[发明专利]一种时速400km及以上高速铁路曲线超高动力学设计方法

权利要求书

1.一种时速400km及以上高速铁路曲线超高动力学设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据轨距、车体重心高度参数，综合考虑车辆曲线通过稳定性和曲线停车舒适性，确定静力学允许的最大设置超高值；

步骤2，根据线路设计时速、欠超高最大允许值以及步骤1中的最大设置超高值，确定静力学计算得到曲线半径最小值；

步骤3，根据线路设计时速，确定线路曲线半径最大值；

步骤4，对曲线半径最小值至曲线半径最大值的半径范围，根据动力学研究需要适当扩大，以作为动力学的曲线半径分析范围，并在该范围内按一定间隔取半径值；

步骤5，对0至最大设置超高值的设置超高范围，根据动力学研究需要适当扩大，以作为动力学的设置超高分析范围，并在该范围内按一定间隔取超高值；

步骤6，对每个半径值依次与不同超高值进行参数组合；

步骤7，构建可有效表征研究时速下车轨耦合大系统动力相互作用关系的车辆-轨道空间耦合动力学仿真模型；

步骤8，采用车辆-轨道空间耦合动力学仿真模型，对每对参数组合所确定的线路工况，开展研究时速下的曲线通过动力学仿真，求解车辆-轨道系统动态响应值；

步骤9，根据仿真计算得到的车辆-轨道动态响应值，计算车辆—轨道系统动力学性能评价指标；

步骤10，根据各项车辆—轨道系统动力学性能评价指标的限值规定，确定研究时速下各参数组合的合理性；

步骤11，综合不同参数组对应的各项动力学性能指标结果，分析研究时速下曲线半径和设置超高取值对车辆-轨道系统动力学特性的影响规律，从动力学角度得出曲线半径合理取值范围，以及半径值对应的合理超高范围；

步骤12，根据欠超高舒适性评价标准，对合理超高范围进行舒适性评级分区，得出不同满足不同舒适度等级的超高范围，并定量分析其安全裕量；

其中，各仿真工况中，仿真车速研究线路的设计时速，轨道不平顺谱采用固定波长范围内的中国高速谱，仿真线路工况采用对称完整曲线线路，包括直线段、圆曲线段和缓和曲线段。

2.根据权利要求1所述的一种时速400km及以上高速铁路曲线超高动力学设计方法，其特征在于，所述步骤1中考虑车辆通过曲线的稳定性时，最大超高允许值的计算公式为：

式中，S₁为两轨头中心距，mm；H为车体重心至轨顶面高度，mm；n为稳定系数。

3.根据权利要求1所述的一种时速400km及以上高速铁路曲线超高动力学设计方法，其特征在于，所述得到曲线半径最小值的过程包括以下内容：

通过设置外轨超高产生的向心加速度正好平衡掉列车以速度V做曲线运动的离心加速度，则列车的运动状态处于最理想的状态，此时的实设超高为速度V对应的均衡超高，根据平衡关系得，均衡超高的计算式为：

对于标准轨距：

式中，S₁为两轨头中心距，g为重力加速度，g＝9.8m/s²；R为曲线半径，m；V为车辆速度，km/h；

当设计超高h大于或小于均衡超高值时，均存在未平衡超高度，分别为过超高h_g和欠超高h_q：

未被平衡的超高使得内外轨产生偏载，引起内外轨不均匀磨耗，并影响乘客的舒适度，因此必须对未被平衡的超高加以限制；

最小曲线半径应保证以最高速度V_max通过时，欠超高h_q不超过其允许值h_qy，以保证乘客的舒适度， 即：

并将欠超高允许值h_qy，最大设置超高值、车辆运行速度代入最小半径计算公式，可得研究时速对应的最小曲线半径值。

4.根据权利要求1所述的一种时速400km及以上高速铁路曲线超高动力学设计方法，其特征在于，所述步骤4中的曲线半径分析范围，原则上取为既有规范给出曲线半径最小值至曲线半径最大值的范围，足以考虑研究时速下的曲线半径所有可能取值，而在动力学分析中，为揭示研究时速下曲线半径变化对于车辆-轨道系统动力学性能影响规律，同时分析既有规范对曲线半径取值要求的安全裕量，根据研究扩大曲线半径分析范围。