高速列车过曲线安全性分析

寇丽君

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132200）

1 车辆动力学基本理论

铁路的发展历史已经接近200年，现在轨道车辆应用最为管饭的就是旅客和货物运输。由于车辆运行速度不断提高，安全和舒适是人们一直关心的核心问题。这就对高速列车的车辆动力学特性设计提出了更严格的要求，需要探明一系列影响列车运行安全的关键问题，诸如如何有效识别影响车辆舒适度和脱轨问题的动力学参数匹配问题等，以确保列车良好的安全特性。对于脱轨和蛇形运动问题需要了解车辆的轮轨参数匹配和其他动力学特性参数设置。

SIMPACK软件可以解决目前几乎所有的铁路车辆的动力学仿真问题，满足在频域或时域中的车辆动力学仿真计算，其高效的建模操作和仿真速度，使SIMPACK成为铁路行业仿真分析的领导者。

随着列车向快速化及高速化方向发展，综合解决车辆直线运动稳定性和曲线通过性能的方法、途径和技术措施将会继续成为广大铁路研究人员研究的热点之一。

2 分析模拟过程

（1）利用动力学分析软件SIMPACK建立动车组模型。

（2）建立线路模型。轮轨建模主要包括以下几个方面：

①车辆在直线轨道上或在带有水平和垂直曲率的曲线轨道上运行。

②计算车辆的加速度

③单个轮对的接触问题

④前后车轮踏面的接触问题

⑤轮轨踏面接触区的平滑处理，为了避免轮轨接触力的非平滑过度。道岔通过性能。

⑥轨道外形的前处理及应用。

最后建立一条完整的曲线直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线。其中各组成部分长度为：直线L1=200m;缓和曲线L2=300m;圆曲线L3=1000m;缓和曲线L4=300m;直线L5=200m。圆曲线半径：R=1000m。曲线超高值：h=0.15m（设定运行速度≥120km/h）。

为了更好地对车辆实际运行工况进行仿真，还需要对线路设置轨道不平顺。在SIMPACK中，轨道随机不平顺可以作为激励的形式作用在整车上。本次设计计算以美国5级（America5）线路轨道谱为激励，采用Track-related的形式进行定义。

表1 防止脱轨稳定性的评定标准（GB5599-85）

3 计算、求解

为确定列车通过曲线的最高速度范围。首先定义初始速度。选择Globals→Vehicle Globals，定义初始车速为V1=220km/h，定义求解器。选择Solver Settings→$SLV_Solver－Settings，

仿真时间为60 s，采样频率设置为200 Hz，保存模型，点击离线积分，开始计算。计算无误后，可以进行计算结果分析。

重复上面过程的过程，设定初始速度V2=250 km/h，仿真时间为48s。计算无误后，进行计算结果分析。

继续重复上面的过程，设定初始速度 V3=100 km/h，仿真时间为80s，计算无误后，可以进行计算结果分析。

4 安全性分析

打开SIMPACK软件后处理SIMPACK Post9.7，选择上一节计算得到的结果文件，分别分析初始速度V=120km/h下的安全性。把轮轨垂向力Q、脱轨系数Y/Q，分别绘制在不同的Page，根据表1得出当车辆运行通过圆曲线半径为R=1000m，曲线超高值为h=0.15m的曲线线路时，运行速度应该在220km/h左右，可以更安全地通过曲线。最低速度不能小于100km/h，最大速度不能大于250km/h。