资源描述：
《城市轨道交通列车走行性若干问题探讨.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、城市轨道交通列车走行性若干问题探讨摘 要:根据城市轨道交通的特点,对城市轨道交通中缓和曲线的长短、竖曲线半径的大小、高架结构基础沉降、桥梁徐变等对行车安全、乘客舒适等影响因素进行了理论分析,建立了适当的数学模型,编制了专用的计算程序。作为算例,对上海城市轨道交通明珠线的有关设计参数进行了评估。结果表明,本文所建立的理论和程序是可靠的,可以为城市轨道交通的设计提供参考。关键词:城市轨道交通,走行性,振动目前我国城市轨道交通建设还处于起步阶段,由于缺少相应的建设标准,因此在工程设计中往往套用其他相近行业(如铁路)的设
2、计标准[1]。但城市轨道交通有其自身的特点,这些标准的适用性是值得探讨的,因此,有必要建立使用城市轨道交通的技术标准,而轨道交通的安全性和乘客乘坐的舒适性(即列车的走行性)是建立这些标准的出发点。由于技术原因,我国铁路技术标准的制定,很大程度上以静力分析为主,所必须考虑的动力学问题往往也变换成一般的静力形式。目前我国的铁路设计技术标准已经难以适应提速、高速列车开行和新结构设计的需要。对此,许多学者正在进行标准铁路和高速铁路列车动力学的研究,试图通过有效的研究,为铁路设计提供更为科学的技术支持[2～5]。学者们的工
3、作取得了成效,对轨道交通的发展起到了积极的作用。但是,这些研究各有特定的方法对象,难以对制定城市轨道交通结构的技术标准提供进一步的依据。因此,针对城市轨道交通工程中急需解决的实际问题,进行城市交通列车走行性研究是十分必要的。1 模型的建立由于列车、轨道、桥梁结构动力问题的空间特性,如平曲线、竖曲线、曲线桥梁等,以二维的方法(参见文献[2～4])进行研究有其局限性;因此在建立列车、轨道和桥梁模型时,应该采用三维空间模型。据此,本文分别建立了每一辆车具有23个自由度的车辆模型,桥梁则用每节点具有6个自由度的有限元模拟
4、[6],同时在考虑车桥耦合振动时,引进蠕滑理论[7]以更好地反映轮轨之间的相互作用。1.1 车辆模型由于列车运行的空间特性,本文在建立车辆计算模型时采用了轨道随动坐标系,因此在计算列车通过平曲线、竖曲线时,其质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵可以采用固定形式,而只需对外力向量进行修正,最后将不同情况下的附加外力向量进行迭加。一般情况下,用矩阵表示的列车动力平衡方程为Mvδv+Cvδv+Kvδv=Fv式中:Mv为车辆质量矩阵;Cv为车辆阻尼矩阵;Kv为车辆刚度矩阵;δv为车辆位移列向量;δv为车辆速度列向量;δv为车辆加
5、速度列向量;Fv为车辆外力列向量。1.2 桥梁模型本文在建立桥梁模型时采用的是系统整体坐标系。用矩阵表示的桥梁动力平衡方程为Mbδb+Cbδb+Kbδb=Fb式中:Mb为桥梁质量矩阵;Cb为桥梁阻尼矩阵;Kb为桥梁刚度矩阵;δ5b为桥梁位移列向量;δb为桥梁速度列向量;δb为桥梁加速度列向量;Fb为桥梁外力列向量。1.3 轮轨关系本文采用了Kalker的线性蠕滑理论,并作了如下假定:①轮轨接触几何关系为非线性;②计及线路不平顺;③计及缓和曲线上曲率及超高的变化;④不计车辆产生轮缘接触等大蠕滑现象;⑤蠕滑规律以及悬
6、挂元件是线性的;⑥不计自旋蠕滑所产生的蠕滑力;⑦不计钢轨的弹性及阻尼。在竖向,假定车轮始终密贴于钢轨,即轮轨之间在竖向通过位移联系。而在横向,由于轮轨之间存在间隙,只能通过力来联系。其中蠕滑力由蠕滑理论求得。1.4 列车通过曲线桥梁时坐标系的采用当桥梁位于线路上曲线区段时,通常以多跨简支直线梁组成的折线梁段来实现,如图1所示。以前分析列车通过曲线桥梁采用2种方法:一为只采用曲线正交随动坐标系,二为采用系统整体坐标系[8]。本文在考虑列车曲线通过时,对列车部分采用轨道随动坐标系,桥梁部分使用系统整体坐标系,两个系统
7、间的动力学和运动学量值通过坐标转换矩阵实现。这种方法可以使分析分别在简单的系统中进行,同时其转换的实现方式是标准的。1.5 动力平衡方程解法车辆、桥梁动力平衡方程都是大型动力微分方程组。求解这类问题,一般采用直接数值积分方法。本文即采用了常用的Wilson-θ法。2 程序的实现用VisualC++6.0开发了城市轨道交通列车走行性研究系统RTV。本程序主要包括4类:CBridge(桥梁类)、CVehicle(车辆类)、CTrain(列车类)、CTrack(轨道类)。另外利用其可视化的特点,制作了良好的界面,如图2
8、所示。3 走行性分析3.1 平曲线中缓和曲线长度对列车走行的影响平曲线中缓和曲线的长度对列车走行的影响主要有:①通过缓和曲线时,因内外轨不在同一平面上,而使前轮内侧减载,在横向力作用下,可能发生脱轨事故,因而要对外轨超高顺坡值加以限制;②通过缓和曲线时,外轮在外轨上逐渐升高,其时变率应不致影响旅客舒适;③旅客列车通过缓和曲线,未被平衡的离心加速度逐渐增加,其时变率应不致影
