探討鐵路選線設計方案的動力學性能評價及優化分析

張 希

中鐵第五勘察設計院集團有限公司

探討鐵路選線設計方案的動力學性能評價及優化分析

張 希

中鐵第五勘察設計院集團有限公司

隨著我國鐵路的行駛速度在不斷的提升和軸重的持續加大，在線路設計當中要給予動力學性能的評價以及優化工作的高度重視。本文章將深入探討動力學選線設計當中的原理和方法，而且建立了線路動力學性能評價指標的體系，也提出了區段線路動力學性能評價及優化的措施。用線路動力學性能指數對線路設計方案的動力性能進行全面的評價，用“影響度”表示線路設計參數的變化對動力學性能指標的影響程度，可用于指導對線路設計方案的動力學性能的優化設計工作。

鐵路；選線設計；動力學；評價；優化

前言

選線設計是鐵路設計當中一項關系到全局的總體性工作內容，其不僅決定著鐵路運輸的能力與建設投資，還將關系到列車在運行過程當中的安全性與旅客乘坐的舒適度以及線路的穩定性以及耐久性等。隨著我國鐵路行車速度的不斷提升與軸重不斷加大，機車車輛和線路之間的相互動力作用越加顯著，由此所引發的動力問題也在變得日益突出。所以，有必要在鐵路選線的設計當中，對每一條設計線的選擇方案，從動力學的角度進行整體的評價與優化，即進行動力學選線設計，要盡可能降低輪軌相互間的作用力與提升行車的安全性以及旅客乘坐的舒適度。

1 、動力學選線設計的理論和方法

1.1 動力學選線設計的原理

動力學選線設計，就是將機車車輛系統與線路系統作為一個相互作用與相互耦合的整體大系統，運用機車車輛一線路耦合動力學理論，建立車一線耦合動力仿真分析平臺，對區段線路的設計方案進行有效的模擬運行試驗，從而來獲得全程線路的車一線整體系統的動態響應指標來作為評價指標與優化目標的作用，以便來對線路的設計方案進行動力學性能上的綜合評價和優化設計，從而可以得出機車車輛系統與線路系統在動力學性能的設計上能夠相互適應與相互匹配的做好線路的設計方法。當前的選線設計的方法最大的區別在于，線路方案的評價和優化當中，除了要深入考慮經濟方面的因素外，還要考慮自然運輸與環境等因素外，將線路動力學性能的相關指標來作為方案比選的重要因素，從而來適應鐵路重載話與高速化的現代發展趨勢；線路動力學性能指標并非只考慮線路系統當中的動態性能，還要深入分析對機車車輛系統的動態作用的影響，這樣不僅分析了機車車輛系統是不是和線路系統所匹配，還是機車車輛在線路上的行駛性能的指標，如果運行平穩性和輪軌動態安全性指標等，都要依照線路動力性能的評估結果來改進線路設計的參數。

1.2 動力學選線設計方法

鐵路線路動力學選線設計方法。將線路的最初的設計數據與機車車輛的數據以及運營數據輸入機車車輛一線路耦合動力學仿真分析系統當中，通過深入模擬的分析，來獲得線路動力學性能的重要指標；要依照有關機車車輛與線路結構動力的性能來評定標準與方法進行綜合的評估，并且來對線路設計的方案進行科學合理的評價；?比較差的動力性能指標與指標影響度大的線路設計相關的參數；優化有關的線路設計參數，并且重新進行動力學能的分析和評估工作，知道獲得能夠滿足線路自身動力性能的要求還能顧確保機車車輛在其設計的線路當中能夠平穩運行的最好線路設計的方案。

2 、區段線路動力學性能評價方法

為了對區段線路動力學性能的評價工作，要引入線路動力學性能指數Z的概念。其是充分考慮了線路沿程當中各項動力學性能指標的評定等級與其對應的長度，以及各動力學性能指標的權重的因素，對線路動力學性能的綜合評分。Dij是和動力學性能指標的評定等級所相應的分值；Wi是動力學性能指標的權重值；n是線路沿程的采樣點的個數，一般情況都是每10米采集一個點；m是動力學性能指標的個數。線路方案的好壞，是依據線路動力學性能指數Z大小的排序來進行確定，Z越小，說明線路的動力學性能也就越好。

3 、線路設計參數對動力學性能指標的影響度研究

要明確線路動力學性能指標對線路設計書變化的敏感性，可以在線路方案動力學優化時有的放矢，有效提高優化的效率，提高線路設計的整體質量。從理論上講，可以通過敏感性分析，明確線路平面與縱斷面設計參數來對區段線路動力學性能的影響程度與敏感性程度。但是由于線路設計參數是十分的復雜，各項動力學指標也并非是獨立的，因此在實際當中是并不可行。本文結合某高速鐵路線路，并且深入分析了平面設計的參數與縱斷面設計的參數對線路動力學性能的影響規律，并且結合了高速鐵路各項設計的參數當中的取值范圍，并且通過對方針結果的定量定性的對比分析，從而確定了線路設計的參數變化對于動力學性能指標的影響程度，并且還提出了“影響度”的概念來定量表示。定義影響度為：5.影響很大;4.影響較大;3.影響一般;2.影響較小;1.影響很小;0.沒有影響。在線路動力學性能優化的設計當中，要優先調整對其動力學指標影響度大的設計參數。

4 、結束語

(1)隨著我國鐵路行車速度的不斷提升與軸重加大，在線路設計當中要足夠重視動力學性能的評價及優化。動力學選線設計是通過對區段線路設計的方案進行全程車一線動力學仿真運行，從而來提取的全程線路的車一線整體系統的動態響應指標作為評價指標與優化目標，從而來對線路設計的方案進行動力學性能的綜合評價及優化設計，這樣將有利于降低輪軌相互作用力與提升行車的安全性以及旅客乘坐的舒適性。并且提出了動力學選線設計的方法。

(2)建立了線路動力學性能的評價指標體系，并且引入了線路動力學性能指數Z用于對線路動力學性能進行量化的評價，還應用層次分析法的原理來計算設計線路動力學性能指標權重，而且還建立了各項東路性能指標登記的評語集，能夠科學合理的額給出登記評定標準與對應的分值。

(3)提出了線路設計方案動力性能的優化設計的方法，用“影響度”表征線路設計的數據變化來對動力學性能指標的影響程度，并且用以指導對線路設計方案動力性能的不斷優化。在研究線路平縱斷面設計數據對動力性能影響規律的基礎之上，從而確定了影響度的取值。

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