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时速350公里客运专线道岔动态轨距优化设计研究报告
西南交通大学
二〇〇九年八月
目录
TOC\o1-3\h\z\u一、前言 1
二、可考虑轨距优化设计的道岔动力学理论 3
1、车辆模型 3
2、可动心轨单开道岔的整体模型 4
3、轮轨关系 8
4、不平顺 10
5、振动方程的建立与求解 10
6、计算参数的选取 17
三、动态轨距优化设计动力仿真分析 21
1、无轨距加宽时动车组直向过岔 21
2、有轨距加宽时动车组直向过岔 25
3、无轨距加宽时动车组侧向过岔 29
4、有轨距加宽时动车组侧向过岔 33
5、分析与小结 37
四、动态轨距优化设计参数分析 38
1、轨距加宽值的影响 38
2、轨距加宽范围的影响 40
3、最大轨距加宽位置的影响 41
4、小结 43
五、动态轨距优化设计 44
1、轮轨游间对行车平稳性的影响 44
2、轨距加宽不对称对行车平稳性的影响 47
3、单侧轨距加宽对行车平稳性的影响 51
4、小结 54
六、初步结论 55
时速350公里客运专线道岔动态轨距优化设计研究
一、前言
时速350公里客运专线道岔设计的关键技术之一就是其轮轨关系研究，我国在进行自主研发时曾采用了尖轨、心轨顶面降低值设计优化，心轨水平藏尖设计等技术措施来提高动车组直向过岔时的行车安全性与舒适性。
京津城际铁路采用的是德国BWG公司生产的高速道岔，该道岔在转辙器部分轮轨关系设计中还采用了一种动态轨距优化设计技术，将基本轨向外弯折并加宽尖轨，使动车组直向过岔时左右车轮的轮轨接触点能同时外移，这样虽然增大了直基本轨在转辙器部分的高低不平顺，但是能保证轮对的横移量较未加宽时有所减小，可有效提高动车组直向过岔时的舒适性，京津线岔区轮对横移测试结果也表明该技术起到了提高德国舒适性的明显效果。18号道岔及侧向160km/h的36.288号道岔在转辙器部分的动态轨距优化设计如图1、2所示。
图118号道岔轨距加宽设计
图236.288号道岔轨距加宽设计
其中18号道岔基本轨前端为弯折半径210m的一段反向曲线，在顶宽30mm附近达到最大弯折量15mm，后端为一直线段，尾端采用半径1000m的曲线在0.98m范围内过渡至原基本轨线上，整个基本轨的弯折范围为21.743m，直曲基本轨的弯折情况相同。采用轨距加宽技术后，18号道岔在弯折范围内的轨距如表1所示。
36.288号道岔基本轨前端为弯折半径1500m的一段反向曲线，在顶宽30mm附近达到最大弯折量15mm，后端为一直线段，尾端采用半径1800m的曲线在1.0m范围内过渡至原基本轨线上，整个基本轨的弯折范围为42.842m，直曲基本轨的弯折情况相同。
表118号道岔基本轨弯折范围内轨距加宽值
轨枕号
轨距mm
1
1435
2
1435
3
1435.1
4
1437.9
5
1442.5
6
1439.8
7
1441.4
8
1443.2
9
1444.9
10
1446.6
11
1448.3
12
1449.8
13
1449.8
14
1449.2
15
1448.6
16
1448.1
17
1447.4
18
1446.9
19
1446.3
20
1445.7
21
1445.1
22
1444.5
23
1444
24
1443.4
25
1443
26
1442.2
27
1441.6
28
1441
29
1440.4
30
1439.8
31
1439.3
32
1438.7
33
1438.1
34
1437.5
35
1436.9
36
1436.3
37
1435.7
38
1435.2
39
1435.1
德国道岔的这种动态轨距优化设计（德文简称FAKOP）是一种带有优化行车动力学的尖轨和基本轨的特殊设计，能够减少尖轨磨损面积，并促进车轮的两点接触。车轴以正弦波的形式前进的基本要求是车轴的两个车轮位于轨距槽中心线时几乎在同一个车轮直径上，可以减缓车轮的蛇行运动。由于这个原因，对于每种道岔都可以确定一种特殊的轨道曲线（基本轨的凸起）。同时车轮从基本轨到尖轨的超出部分由于尖轨厚度的快速增加而缩短，也起到了提高行车舒适性的目的。
二、可考虑轨距优化设计的道岔动力学理论
为了合理地反映出道岔的主要结构特点，正确描述道岔各部件的振动特性，解决道岔设计中所关心的问题，道岔结构模型不可能象区间线路一样简化为单边轨道结构，而必须是一个空间的双层叠合梁系结构。这就决定了道岔区轮轨系统分析模型必须是空间耦合振动模型。
1、车辆模型
道岔区内车辆模型与区间线路上相比
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