高铁运用经济速度与安全稳定裕度调控

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1、高铁运用经济速度与安全稳定裕度调控摘要：作为京沪高速晃车现象及其现场调控的跟踪调研，通过动态仿真、线路试验和构架动荷特征等多方面综合分析，可以确认抗蛇行软约朿技术优越性，如在两到三个锁轮周期内连续保持踏面磨耗的均匀性。Ifll对长交线路高铁运营，还必须认清欧系车辆所存在的两个基本不稳定问题及其所造成的诸多典型故障：即转向架稳定裕度不充裕问题和高速列车稳能鲁棒性问题。从振动失效或振动疲劳分析角度来看，高铁运用必须采取以预防为主的技术对策，以进一步改善其技术经济性。转向架优配协调解决了上述两个基本不稳定问题，充分展示新一代高速转

2、向架三大稳定特征：适度拓展速度空间系统优化构架动荷、克服轮轨激扰与磨耗消极影响以及更加强调高速列车稳定鲁棒性能。关键词：高铁车辆；经济速度；安全稳左裕度；高速转向架非线性中图分类号：U266.4文献标识码：A文章编号：10044523(2013)06093509引言与武广振动报警故障类似，京沪高速晃车现象再次说明了高铁运用存在技术经济性问题。经济速度作为高速转向架的重要技术指标之一，仅仅是高速转向架非线性与高铁车辆安全稳定裕度之间权衡或优化结果。高铁车辆必须应用基于抗蛇行频带吸能机制的稳定新理论(简称稳定新理论)来证实莫在经

3、济速度下具有安全冗余。降低蛇行振荡参振质量是高速转向架技术创新的主要特征之一。口本新干线作为高铁运用的新纪元，主要归功于松平津的学术贡献，首次在理论与试验上证明了轨道车辆横向动力学是一个非保守系统［1］。根据威金斯理论［2］,在高速轮轨接触下车轮自旋蠕滑是决定横向蠕滑力的主要因素Z-o因而降低蛇行振荡参振质量是减小车轴横向力的最有效技术途径。如3种电机悬挂方式（即体悬、简单架悬和弹性架悬）对比研究表明［3］：电机吊架横摆振动可以减小动车转向架摇头运动的相位滞后，进而降低跟随轮对的车轴横向力。客观地讲，如何突破常规轨道车辆商业

4、速度极限仍然是高铁运用的基木问题之一。对于300km/h高速转向架来讲，目前有两种不同的技术创新趋势，如德国西门子公司ICE3系列转向架，牵引电机以弹性吊架形式实现横摆振动。而庞巴迪公司Zefiro380高速列车动车转向架则采用了永磁电机新技术。由于悬挂高阻抗作用，高速转向架具冇非线性，且轮轨磨耗敏感。因而与常规轨道车辆不同，高铁车辆必须得到充分证实其在最高商业速度下具有安全兀余。目前型式试验也做了相应的修订：对于任何新型高铁车辆，其试运行里程必须达到30万公里方可进行稳定性能验收型式试验。根据上述高铁车辆安全稳定理念，文献

5、［4］结合武广振动报警故障原因分析，提出了抗蛇行串联刚度判定准则,并制订了基于抗蛇行软约束的安全稳左裕度调控技术对策。针对京沪高速晃车问题，抗蛇行软约束在现场调控中得到工程应用。长期跟踪测试数据统计分析也充分证实了抗蛇行软约朿的技术优势，如在两到三个讎轮周期内连续保持踏面磨耗的均匀性。随着京广高铁（约2200km）联通与运营,中国高铁已经实现了不同经济区域之间的城际运营或长交线路运营。因此，鉴于服役条件的复杂性与不确定性，有必要进一步强调高速列车稳定鲁棒性能。为此，本文在文献［4］的基础上，首先讨论高速转向架核心技术问题及其

6、相应的5大技术创新。再结合典型问题及其解决，阐述高铁运用的技术经济性。最后，应用稳定新理论给出了转向架优配方案，以充分展示新一代高速转向架的3大稳定特征。1高速转向架核心技术问题1.1快速铁路客运技术探索在既有线路提速和高铁运用的工程实践过程中有着多种多样的前沿技术探索。在既有线路提速的技术探索过程中，养路成本是最值得借鉴的欧洲铁路经验之一，如钢轨蛇行屈曲变形等问题。高速摆式列车是既有线路提速的典型案例之一，曲线通过车体倾摆(2.0-3.0)°。尽管车体横向平衡得到了恢复，但是车轴横向力仍然很大。摆式转向架经历了抗蛇行减振器

7、性能的相关研究［5〜7］,但是主动控制技术却在车体横向减振上得到了应用。山于复摇枕及其倾摆机构的复杂性，特别是曲线通过惯性坐标系不断变化，横向主动控制不得不被切换掉，并以横档气缸“夹持”取而代之。美国高速列车Acela采用了新型摆式转向架，以丝杆电子反馈控制取代液压伺服控制，其倾摆角度也降低至(0.5-1.0)°。目前高速列车Acela在东北走廊既有线路上也实现了200km/h运用。但是根据添乘与维修现场调研，摆式转向架的技术可靠性仍然是考察要点Z-,如实际运用故障率较高。在车轮踏面选用以及轮对定位确定之示，抗蛇行减振器足改

8、善转向架稳定性能的重要环节之一。口本新干线原始转向架具有如下主要技术特征：即选用低锥度踏面，采用拉板轴箱定位，特别强调横向定位刚度，以彻底解决低锥度晃车问题。为了进一步提高车速，采用了大阻尼抑制蛇行机制，如每架抗蛇行减振器线性阻尼为2X2450kN-s/m0根据威金斯理论，在口旋蠕滑W0.