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1、106001概要概要本文旨在安全的大前提下尽可能提高列车速度，并独创性地引入乘客舒适 度指标。 在问题一中我们以普通力学为基础，分析影响列车安全运行的限制因素之 间的约束关系，根据人所感受到的加速度，特别引入旅客乘坐的舒适程度的指 标，得出结论：当旅客感受的外侧离心加速度大于时，旅客会感觉到a 不适。在问题二的研究过程中，本文着重解决的是量化影响列车转弯安全的因素， 从外轨超高顺坡率、线路水平和高低不平顺、线路水平不平顺幅值、线路水平 不平顺波长四个方面，判断脱轨系数是否超过临界值。除线路水平外，我们补 充分析了非线性蛇行运动下可能发生的超高和余高的情况。为了避免发生由非 线性蛇行运动给乘客带
2、来的不适，我们创新性地探讨了不平顺波长对脱轨系数 和减载率的影响，得出结论：波长 68 m 的方向不平顺和波长 46 m 的高低 不平顺对脱轨最危险，并实现了模型的优化。在问题三中我们对已有成果进行分析，确定提速后安全运行时外轨超高的范围 值，通过分析高速列车与不同低速列车匹配时不同曲线半径取值的欠过超高， 根据评价标准，给出适宜的 200 250 km 客运专线铁路平面曲线半径取值范 围及选用标准，在结合了乘车人的舒适度的基础上给出了列车速度范围，并详 细检验列车运行的安全性和稳定性。关键词： 乘客舒适度，外轨超高顺坡率，线路水平不平顺幅值，线路水平不平顺波长， 轮对典型分叉图，非线性蛇行运
3、动，脱轨系数，最小曲线半径106001目录1 背景. 12 名词解释.13 问题重述.24 问题一.34.1 受力分析.3.4.2 受力分析的结果.34.2.1 参数.34.2.2 受力恒等式.34.2.3定性分析.34.2.4 定量分析.44.3 计算机模拟.44.4 模型数据优化.55 问题二.65.1 变量引进.65.2 模型介绍.61060015.2.1 忽略悬挂力和蠕滑率的计算.75.2.2 进一步考虑悬挂力和蠕滑率的影响.75.3 模型计算.75.3.1 外轨超高顺坡率对脱轨的影响.85.3.2 计算实例.95.3.2 线路方向、水平和高低不平顺对脱轨的影响.105.33 线路水平
4、不平顺幅值对脱轨的影响.105.3.4 线路水平不平顺波长对脱轨的影响.115.3.5 线路水平不平顺输入起点对脱轨的影响.115.4 优劣分析.111060015.4.1 模型优点.125.4.2 模型缺陷.125.4.3 模型优化.125.4.3.1 轮对典型分叉图.125.4.3.2 仿真计算.125.4.3.3 不平顺波长对脱轨系数和减载率的影响.136 问题三.146.1 计算参数选择.146. 2 不同速度匹配.147 计算结果分析.157. 1 计算依据.157. 2 极值的可行性分析（200-250km/h）.167. 2. 1 最大时速250 km.16106001（1）最小
5、曲线半径.16（2）个别最小曲线半径.17（3）推荐半径.18 推荐半径上限值主要从以下几点考虑：.1973.1最小时速200 km.19（1）最小曲线半径.20（2）个别最小曲线半径.21（3）对推荐半径取值的分析.217.4 与其他暂规的对比（ 表25）.227.5 结论.238 参考资料.23106001提速列车的弯道设计提速列车的弯道设计1 1 背景背景目前，中国铁路线路总营业里程为 7.2 万公里，人均 5.5 厘米，占世界总 线路 120 万公里的 6%，世界排名第三位；完成运量为 23%，居世界第二位；而 运输效率居世界第一位。中国铁路现有客运座位 240 万个，而最高日客运量达
6、 到 340 万人次，货运需求量 800 万吨/日，而实际运量只达到 480 万吨/日。无 论是客运，还是货运，供需矛盾都是十分突出的。为此，火车提速，进一步利 用现有资源提高运行效率是必要的。 1994 年 12 月，我国第一条时速达 160 公里的广深准高速铁路建成，为我 国铁路提速奠定了基础。1997 年 4 月日，低速行驶了几十年的中国铁路列车 第一次普遍提速。京哈、京广、京沪三大干线开行的快速列车，最高时速达 140 公里，货车最高时速达 80 公里；1998 年 10 月日，我国铁路进行第二次 大面积提速，京哈、京广、京沪线最高时速达到 140 至 160 公里，全路旅客列 车平均
7、旅行时速达到 55.16 公里；2000 年 10 月 21 日，我国铁路进行第三次大 提速，集中在陇海、兰新线，以及京九线和浙赣线上。提速后旅客特快列车时 速达 140 公里以上，全国旅客列车平均时速提高 25.4；2001 年 11 月 21 日 0 时，铁路实施第四次大规模提速，提速范围覆盖了全国较大城市和大部分地区， 对武昌至成都，京广线南段、京九线、浙赣线、沪杭线和哈大线等进行了大面 积的提速. 2004 年 4 月 18 日铁路实施了第五次大提速，三大干线京广、京沪铁路最高行 车速度要达到每小时 160 至 200 公里，京九铁路设计最高时速要达到 140 至 160 公里。这次铁
8、路大提速应用了多项新技术、新工艺。如部分旧道岔更换成 为具有国际先进水平的国产新型提速道岔、加大列车转弯处的曲线半径、使用 超长无缝钢轨等，在提高列车行驶速度的同时减弱列车行进的颠簸和噪音。 作为全世界最繁忙的铁路干线，我国经济的持续快速发展，使这些繁忙干 线过去就紧张的运输能力更显得捉襟见肘。 中国铁路 2007 年 4 月将实施第六次大面积提速。第六次大面积提速将使部 分提速干线列车时速提高到 200 公里以上，达到发达国家提速目标值。这对于 抓好内涵扩大再生产、快速提高路网质量、满足运输市场需求，具有战略意义。 技术经济分析表明，实施时速 200 公里的提速，技术上可行，经济上合算。10
9、60012 2 名词解释名词解释轨距加宽-当轨距不够宽时,后轴的内轮轮缘将受到内轨的挤压，产生了第二 导向力，行车阻力将增加。因此小半径曲线上轨距必须加宽。外轨超高-列车在曲线上行驶对轨道产生离心力，使外轨承受较大的压力，发 生严重的侧面磨耗，并使旅客感觉不适，严重时甚至造成列车倾覆事故。为此， 须将外轨抬高一定程度，借助于因车体内倾所产生的重力内向分力来平衡这种 离心力。缓和曲线-列车由直线进入曲线时，车体所受的离心力与向心力是渐变的，为 使这两种力处处平衡，因此缓和曲线的曲率应是渐变的。3 3 问题重述问题重述（1）分析弯道设计和列车安全运行有关的因素之间的关系，这其中包括轨底坡 （弯道的
10、弯曲程度） 、外轨超高（外柜抬高的数量） 、列车的行驶速度和列车的 重量。 （2）由于我国铁路目前采取客货列车混合运行的模式，要保证货车时速在 6080 公里/小时，客车时速在 160200 公里/小时运行，因此要从轨距加宽、 外轨超高、缓和曲线这三方面设计模型。 （3）对已有成果进行分析，确定提速后安全运行时外轨超高的范围值，并检验 列车运行的安全性和稳定性。4 问题一4.14.1 受力分析受力分析 对列车的整个转弯过程进行受力分析。下图给出的是铁路轨道的几何行位。106001首先，我们对其进行受力分析，发现：列车在 行驶过程中，受到本身的重力以及沿轨道垂 直方向向上的支持力和，在列车的行驶1N2N 方向上受牵引力牵和摩擦力 f。在列车在平 直轨道上匀速行驶时，上述两对作用力和反作 用力互相平衡。 当列车在转弯过程中，将必不可免的出现为避 免列车速度过大而将外侧轨道提高的情况。所 以此时的重力和支持力并不在一条直线上， 因此这二力的合力形成了向心
