[发明专利]一种确定铁路隧道坡度折减系数的方法

说明书

本发明公开了一种确定铁路隧道坡度折减系数的方法，该方法通过流体力学计算软件，建立能反映列车实际运行过程中与空气相互作用特性的流体力学仿真模型，充分考虑环境因素的影响，对列车在隧道运行过程中的平均气动阻力较明线运行时平均气动阻力的增加量进行计算，进而得出该环境条件下隧道内的坡度折减值，能为铁路隧道内线路的坡度设计提供理论指导，为列车牵引计算提供更可靠的数据支撑，为列车长期、稳定的安全运营提供技术保障。

技术领域

本发明属于轨道交通技术领域，具体涉及一种能通过仿真技术，对列车运行通过隧道时，隧道产生的附加阻力进行模拟计算，以确定铁路隧道坡度折减系数的方法。

背景技术

列车的基本阻力主要通过机车、车辆各零部件之间，机车、车辆表面与空气之间以及车轮与钢轨之间的摩擦和冲击产生，具体可分为：车轴轴承摩擦阻力、轮轨间滚动摩擦阻力、轮轨间滑动摩擦阻力、冲击阻力和空气阻力五个部分，前面四个部分可以统称为机械阻力。研究表明，机械阻力主要受列车重量与列车运行速度的影响，空气(气动)阻力与列车运行速度、空气密度、列车外形与表面材质、运行环境等一系列因素有关。

目前《列车牵引计算规程》、《动车组牵引计算规程》等文件，均以基本阻力经验公式对列车运行过程中的基本阻力进行计算。基本阻力经验公式一般通过试验得出，通过测量列车于直线以一定速度惰行至停车过程中的阻力来确定，故计算所得阻力包括机械阻力与空气阻力。《铁路线路设计规范》(2006)以凉风垭隧道试验数据作为隧道内最大坡度折减的理论依据，其试验年代久远，试验条件较为落后。TB 10098-2017《铁路线路设计规范》对隧道内最大坡度折减进行了较为详细的规定，但计算依据不明。隧道所处的海拔不同、所处地气温与压强差异较大时，隧道内空气密度也会有所差异，同样的隧道在不同环境与气象条件下，对列车造成的隧道附加阻力也有区别，《铁路线路设计规范》根据隧道净断面积与隧道长度对隧道内坡度折减系数进行了规定，并未考虑环境与气象条件对隧道坡度折减的影响。

确定隧道内最大坡度折减较为准确的方法，是通过试验对列车在隧道与明线运行的阻力进行测算，两者相减获得隧道附加阻力的大小，再结合列车重量与重力加速度进行换算。隧道气动阻力主要体现为列车由明线驶入隧道后，气动阻力的增加量，其大小与列车外形、隧道截面、环境条件等因素有关，试验测试只能对某种特定型号的列车在特定隧道内的运行阻力进行测量，同时还需要与相同环境条件下明线试验配合，获得隧道的附加阻力。试验难度较高，成本较大。

随着铁路网向中西部地区不断延伸，铁路建设需要跨越的地形难关也越来越多。修建隧道是跨越地形难关的有效方式之一，西成高铁、贵南高铁上就存在有大量的铁路隧道，正在筹建的川藏铁路的隧道里程将占总里程的70％以上。随隧道里程增加，在进行铁路隧道内线路坡度设计时，隧道附加阻力成为了必须要认真考虑的因素。隧道内线路坡度的不合理设计，会使列车通过长大坡道时产生更明显的降速现象，延长通过时间，影响运营调度；同时，因降速带来的平面曲线过超高问题，也会加剧轮轨间的磨耗，造成安全隐患。

发明内容

为克服上述存在之不足，本发明的发明人通过长期的探索尝试以及多次的实验和努力，不断改革与创新，提出了一种通过仿真技术，对列车运行通过隧道时，隧道产生的附加阻力进行模拟计算，以确定铁路隧道坡度折减系数的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种确定铁路隧道坡度折减系数的方法，包括以下操作：

S1，根据列车外形结构，构建列车三维模型；根据铁路隧道净断面外形与隧道长度，建立隧道三维模型；

S2，建立能模拟列车以不同速度在明线与隧道运行时与空气相互作用特性的流体力学模型；

S3，根据实际情况，设置计算条件，对列车在明线与隧道运行进行仿真模拟，获得列车在明线与隧道运行时的气动阻力；

S4，将既定环境参数条件下计算获得的列车隧道运行气动阻力与明线气动阻力相减，获得隧道附加气动阻力；