強(qiáng)側(cè)風(fēng)作用下列車(chē)運(yùn)行安全性研究.pdf

1、強(qiáng)側(cè)風(fēng)作用下，列車(chē)在特大橋梁、高路堤或風(fēng)口線路上極有可能造成列車(chē)傾覆等重大行車(chē)事故。對(duì)強(qiáng)側(cè)風(fēng)作用下列車(chē)運(yùn)行安全性進(jìn)行研究，找出車(chē)輛在強(qiáng)風(fēng)作用時(shí)的傾覆機(jī)理，并找出具體防范措施，對(duì)于預(yù)防大風(fēng)事故的發(fā)生，確保鐵路運(yùn)輸?shù)恼＿M(jìn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 從車(chē)速-風(fēng)速-線路-車(chē)輛耦合情況下車(chē)輛的氣動(dòng)性能出發(fā)，建立了車(chē)輛在瞬態(tài)突變載荷和穩(wěn)態(tài)載荷下車(chē)輛在軌道上傾覆以及車(chē)體在轉(zhuǎn)向架上傾覆的數(shù)學(xué)模型，最終得出了列車(chē)在不同載重、不同線路條件(路堤或橋梁

2、)下風(fēng)速與臨界車(chē)速的關(guān)系，并提出了提高車(chē)輛在強(qiáng)側(cè)風(fēng)下運(yùn)行的安全措施，完整地建立了在風(fēng)-車(chē)-路三者耦合條件下研究車(chē)輛行車(chē)安全性的方法體系。 較為系統(tǒng)地、完整地建立了采用不同結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)向架(一系或二系懸掛、鋼簧或空氣彈簧、擺式或非擺式轉(zhuǎn)向架、有無(wú)搖動(dòng)臺(tái)等)的車(chē)輛在強(qiáng)突變風(fēng)載荷及穩(wěn)態(tài)風(fēng)載荷情況下車(chē)輛在軌道上傾覆、車(chē)體在轉(zhuǎn)向架上傾覆的數(shù)學(xué)模型。研究表明：車(chē)輛在突變載荷情況下更容易發(fā)生傾覆事故；列車(chē)的傾覆不僅與列車(chē)在運(yùn)行中的受力有關(guān)，還

3、與車(chē)體與轉(zhuǎn)向架之間的相對(duì)位置有關(guān)；車(chē)體與轉(zhuǎn)向架之間發(fā)生振動(dòng)時(shí)的相對(duì)橫向偏移量越小，則車(chē)輛越不容易發(fā)生傾覆。 得到了在強(qiáng)側(cè)風(fēng)作用時(shí)車(chē)-路耦合條件下車(chē)輛的氣動(dòng)性能。研究表明：車(chē)輛受到的氣動(dòng)力均隨著車(chē)速和風(fēng)速的增大而增大，在風(fēng)向角為90°左右時(shí)，車(chē)輛受到的氣動(dòng)力最大；在同樣外界條件(車(chē)速、風(fēng)速和風(fēng)向角)的情況下，車(chē)輛受到的氣動(dòng)力均隨著路堤和橋梁高度的增高而增大；路堤迎風(fēng)面結(jié)構(gòu)形式對(duì)車(chē)輛的氣動(dòng)性能影響較小，但背風(fēng)面的結(jié)構(gòu)形式對(duì)列車(chē)氣動(dòng)性

4、能影響較大，隨著路堤背風(fēng)面斜率的增大，車(chē)輛受到的氣動(dòng)力顯著減小；對(duì)在峽谷中橋梁上的車(chē)輛來(lái)說(shuō)，同樣標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速情況下，兩座山之間的間距越短，列車(chē)受到的氣動(dòng)力越大。 得到了風(fēng)-車(chē)-路三者耦合條件下車(chē)輛的速度限值。研究表明：棚車(chē)和集裝箱車(chē)的外形流線化最差，在同樣風(fēng)速條件下會(huì)承受較大的氣動(dòng)力，車(chē)輛的臨界運(yùn)行車(chē)速較低，而罐車(chē)的流線型外形最好，在同樣風(fēng)速時(shí)受到的氣動(dòng)力較小，則車(chē)輛的臨界運(yùn)行車(chē)速相對(duì)較高；車(chē)輛的自重越大，其臨界允許車(chē)速就越高；隨著

5、橋梁和路堤的增高，車(chē)輛的臨界車(chē)速迅速下降，若在線路上加擋風(fēng)墻，則可以有效降低車(chē)輛受到的氣動(dòng)力，進(jìn)而提高車(chē)輛的臨界運(yùn)行車(chē)速；車(chē)輛在曲線上運(yùn)行時(shí)由于受離心力的影響，其臨界車(chē)速會(huì)迅速降低；車(chē)輛的重心越高，則相同的離心力會(huì)產(chǎn)生較大的傾覆力矩，降低車(chē)輛的臨界運(yùn)行車(chē)速；橫向振動(dòng)慣性力對(duì)系統(tǒng)影響較大，加裝阻尼器、改善踏面形狀等可有效的降低振動(dòng)的頻率和幅值，進(jìn)而降低橫向振動(dòng)加速度，最終提高車(chē)輛的臨界運(yùn)行車(chē)速。根據(jù)對(duì)單節(jié)車(chē)的研究結(jié)果，給出了一列車(chē)的限速準(zhǔn)

6、則：即整列車(chē)所處的位置中的所有危險(xiǎn)點(diǎn)上、所有車(chē)輛的最小的臨界運(yùn)行車(chē)速為列車(chē)的限速。 提出了大風(fēng)對(duì)行車(chē)安全影響因素的改善措施。對(duì)車(chē)輛自身而言，降低車(chē)輛重心高、降低車(chē)輛在運(yùn)行時(shí)的橫向振動(dòng)加速度能提高車(chē)輛在強(qiáng)側(cè)風(fēng)下的臨界傾覆風(fēng)速。但根本上來(lái)說(shuō)，降低車(chē)輛在強(qiáng)側(cè)風(fēng)下受到的氣動(dòng)力能有效的提高車(chē)輛的抗傾覆性能，主要措施為改善車(chē)輛在強(qiáng)側(cè)風(fēng)下的氣動(dòng)外形、在線路上加設(shè)擋風(fēng)墻。以棚車(chē)為例給出了棚車(chē)在強(qiáng)橫風(fēng)作用時(shí)的最佳側(cè)壁及車(chē)頂?shù)耐庑屋喞唤o出了路堤上

7、采用不同類型的擋風(fēng)墻時(shí)擋風(fēng)墻的最優(yōu)參數(shù)；給出了橋梁上單側(cè)透風(fēng)式擋風(fēng)墻最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)(擋風(fēng)墻高度、透風(fēng)率、擋風(fēng)墻位置)。 提出了風(fēng)區(qū)風(fēng)速的預(yù)測(cè)方法。即針對(duì)原始風(fēng)速時(shí)間序列，首先進(jìn)行滑動(dòng)平均，然后采用卡爾曼濾波求出真值，最后采用時(shí)間序列或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立風(fēng)速的預(yù)測(cè)模型。時(shí)間序列預(yù)測(cè)主要針對(duì)單個(gè)測(cè)點(diǎn)，該方法需要較多的歷史數(shù)據(jù)，能夠?qū)?lái)很好的預(yù)測(cè)，并能給出預(yù)測(cè)誤差。針對(duì)距離較近、風(fēng)速相關(guān)性較強(qiáng)的幾個(gè)測(cè)點(diǎn)，可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的方法，這