(毕业论文)铁路大提速下的弯道设计.doc

摘 要 问题一中，从弯道转弯半径，外侧轨道超高，转弯处轨道宽度变化，弯道末端与直道之间的缓冲过渡，相邻弯道之间的夹直线长度与钢轨自身的强度等几个方面进行分析，将弯道设计与安全运行联系起来。 问题二中，从四个方面对弯道的性质进行描述：①弯道弧顶②缓冲轨道③夹直线④转弯处轨道加宽。分别建立了弯道弧顶模型，缓冲轨道模型与夹直线模型。 弯道弧顶模型： 通过力学分析，把通过弯道的速度v，轨道超高h，曲率半径R联系起来：，并通过计算平均速度。 缓冲轨道模型： 在本模型中，通过对外轨超高h与轨道中轴线曲率半径R的描述来确定缓冲轨道。 根据对缓冲轨道目的的研究，决定采用三角曲线来近似外轨超高h，使火车在直道与缓冲轨道、缓冲轨道与弯道弧顶时刻的值为零。从而可以得到：h与R=（与为弯道弧顶的超高与曲率半径，为缓冲轨道长度） 夹直线模型： 夹直线是为了衰减火车驶离弯道时的振动。模型认为火车的振动表现为垂直铁轨的横向速度，衰减是因为车轮与车轨的横向非弹性碰撞。经计算，衰减时间为，因此夹直线的长度为 问题三中，根据对于弯道性质参数（驾乘人员感受到的外侧离心加速度）的限定，通过建立的模型，提出弯道限速方程：，（R是该弯道的最小曲率半径，是通过加权平均算得的平均速度）该方程以“货车通过”原则来求解。 所谓的“货车通过原则”为：在铁路行驶中，货车比客车慢。一个弯道必然要使各种车辆的速度都落在区间内，因此要使：（是货车速度）；在模型的具体实施中，采用=50km/h来处理。 通过上面的限速方程，分别对I、II、III级铁路的不同路况进行了分类，并通过区间上限来推断该段铁路继续提速是否可行。 关键字 货车通过原则 克里奥利力 外轨超高 一、问题重述 时代在进步，铁路要提速！我国铁路已经从十年前的最高时速60公里/小时至80公里/小时提高到160公里/小时至200公里/小时。然而在提高速度的同时，相关的硬件设施要进行适当的调整，从而确保列车的安全运行。铁路弯道的设计是保证列车高速安全运行的关键问题之一。一般认为影响列车在弯道上运行的因素主要有: 弯道的弯曲程度； 倾斜度（即内地外高的倾斜度）； 列车的行驶速度； 列车的重量。 表1.1所示，影响列车运行四要素的约束条件。 表1.1 影响列车运行的四要素 轨道弯曲程度 倾斜度 列车速度 列车重量 曲率半径 〉= 350米 客车 160~200 km/h 客车 自重 15~17吨 载重 10 吨 货车 60~80 km/h 货车 自重 22 吨 载重 60 吨 中国大地幅员辽落，地形复杂多变，因此，铁路平面设计的标准很难统一规定，可以在指定的范围内因地制宜适当采用。即Ⅰ、Ⅱ 要研究的问题是： (1)　请你分析研究与弯道设计和列车安全运行有关的因素之间的关系。 (2)　如果客货车的重量一定，按我国铁路目前的这种客货列车混合运行的模式，要保证货车时速在60~80公里/小时，客车时速在160~200公里/小时运行，则应该如何来设计弯道（即弯曲度和倾斜度如何），才能保证列车的安全运行？ (3) 按照你的设计方案，对列车的最低允许速度、最高允许速度和相应的可靠性，以及进一步提速的可行性进行讨论。 二、模型的假设与假设的说明 1.火车行驶在平坦的区域： 为简化模型，利于分析，本报告中均假设货车行驶在平坦的地方，不考虑货车爬坡转弯，下坡转弯的特殊情况。 2.钢轨为刚性无限长梁： 一条铁路的长度是用千米来描述的，而压力使钢轨产生的横向形变是以毫米来描述的。这两者之间的数量级差6位左右，完全可以忽略钢轨的形变。并且忽略钢轨之间的空隙。因此可以将铁轨看成是刚性的无限长梁。 3.火车匀速过弯： 一列火车的长度为几千米，而弯道的长度不过几百米，因此在过弯时，火车必然有一大部分仍然在直道中，保持着某个恒定的速度。考虑到火车的长短必然不会放生变化，因此列车上的各点切向速度应该是一致的。所以假设货车是在匀速过弯的。 4.车厢同侧车轮最大距离远小于曲率半径 车厢同侧车轮最大距离不超过20m，而曲率半径通常在千米的数量级，最小也有350m，所以假设成立。 5.在夹直线上不计火车与轨道的横向摩擦 由于火车车轮与车轨都非常光滑，且接触面积很小，所以摩擦作用比较细微，相对于车轮横向运动与车轨非弹性碰撞的影响可以忽略不计。 三、符号说明 ： 乘客在车厢内感受到的离心加速度 b： 车厢重心距离铁轨的高度 ： 弯道弧顶上的外轨超高 h： 缓冲轨道上的外轨超高 ： 直道上的两轨距离 s： 弯道上某点的两轨距离 θ： 轨道平面与水平面的夹角 D： 车厢长度 ： 弯道弧顶的曲率半径 R： 缓冲轨道上的