張 希

中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司

探討鐵路選線設(shè)計方案的動力學(xué)性能評價及優(yōu)化分析

張 希

中鐵第五勘察設(shè)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(xù)加大，在線路設(shè)計當中要給予動力學(xué)性能的評價以及優(yōu)化工作的高度重視。本文章將深入探討動力學(xué)選線設(shè)計當中的原理和方法，而且建立了線路動力學(xué)性能評價指標的體系，也提出了區(qū)段線路動力學(xué)性能評價及優(yōu)化的措施。用線路動力學(xué)性能指數(shù)對線路設(shè)計方案的動力性能進行全面的評價，用“影響度”表示線路設(shè)計參數(shù)的變化對動力學(xué)性能指標的影響程度，可用于指導(dǎo)對線路設(shè)計方案的動力學(xué)性能的優(yōu)化設(shè)計工作。

鐵路；選線設(shè)計；動力學(xué)；評價；優(yōu)化

前言

選線設(shè)計是鐵路設(shè)計當中一項關(guān)系到全局的總體性工作內(nèi)容，其不僅決定著鐵路運輸?shù)哪芰εc建設(shè)投資，還將關(guān)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(wěn)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(fā)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(shè)計當中，對每一條設(shè)計線的選擇方案，從動力學(xué)的角度進行整體的評價與優(yōu)化，即進行動力學(xué)選線設(shè)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(xué)選線設(shè)計的理論和方法

1.1 動力學(xué)選線設(shè)計的原理

動力學(xué)選線設(shè)計，就是將機車車輛系統(tǒng)與線路系統(tǒng)作為一個相互作用與相互耦合的整體大系統(tǒng)，運用機車車輛一線路耦合動力學(xué)理論，建立車一線耦合動力仿真分析平臺，對區(qū)段線路的設(shè)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(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)指標來作為評價指標與優(yōu)化目標的作用，以便來對線路的設(shè)計方案進行動力學(xué)性能上的綜合評價和優(yōu)化設(shè)計，從而可以得出機車車輛系統(tǒng)與線路系統(tǒng)在動力學(xué)性能的設(shè)計上能夠相互適應(yīng)與相互匹配的做好線路的設(shè)計方法。當前的選線設(shè)計的方法最大的區(qū)別在于，線路方案的評價和優(yōu)化當中，除了要深入考慮經(jīng)濟方面的因素外，還要考慮自然運輸與環(huán)境等因素外，將線路動力學(xué)性能的相關(guān)指標來作為方案比選的重要因素，從而來適應(yīng)鐵路重載話與高速化的現(xiàn)代發(fā)展趨勢；線路動力學(xué)性能指標并非只考慮線路系統(tǒng)當中的動態(tài)性能，還要深入分析對機車車輛系統(tǒng)的動態(tài)作用的影響，這樣不僅分析了機車車輛系統(tǒng)是不是和線路系統(tǒng)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(wěn)性和輪軌動態(tài)安全性指標等，都要依照線路動力性能的評估結(jié)果來改進線路設(shè)計的參數(shù)。

1.2 動力學(xué)選線設(shè)計方法

鐵路線路動力學(xué)選線設(shè)計方法。將線路的最初的設(shè)計數(shù)據(jù)與機車車輛的數(shù)據(jù)以及運營數(shù)據(jù)輸入機車車輛一線路耦合動力學(xué)仿真分析系統(tǒng)當中，通過深入模擬的分析，來獲得線路動力學(xué)性能的重要指標；要依照有關(guān)機車車輛與線路結(jié)構(gòu)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(shè)計的方案進行科學(xué)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(shè)計相關(guān)的參數(shù)；優(yōu)化有關(guān)的線路設(shè)計參數(shù)，并且重新進行動力學(xué)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(shè)計的線路當中能夠平穩(wěn)運行的最好線路設(shè)計的方案。

2 、區(qū)段線路動力學(xué)性能評價方法

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

3 、線路設(shè)計參數(shù)對動力學(xué)性能指標的影響度研究

要明確線路動力學(xué)性能指標對線路設(shè)計書變化的敏感性，可以在線路方案動力學(xué)優(yōu)化時有的放矢，有效提高優(yōu)化的效率，提高線路設(shè)計的整體質(zhì)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(shè)計參數(shù)來對區(qū)段線路動力學(xué)性能的影響程度與敏感性程度。但是由于線路設(shè)計參數(shù)是十分的復(fù)雜，各項動力學(xué)指標也并非是獨立的，因此在實際當中是并不可行。本文結(jié)合某高速鐵路線路，并且深入分析了平面設(shè)計的參數(shù)與縱斷面設(shè)計的參數(shù)對線路動力學(xué)性能的影響規(guī)律，并且結(jié)合了高速鐵路各項設(shè)計的參數(shù)當中的取值范圍，并且通過對方針結(jié)果的定量定性的對比分析，從而確定了線路設(shè)計的參數(shù)變化對于動力學(xué)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(xué)性能優(yōu)化的設(shè)計當中，要優(yōu)先調(diào)整對其動力學(xué)指標影響度大的設(shè)計參數(shù)。

4 、結(jié)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(shè)計當中要足夠重視動力學(xué)性能的評價及優(yōu)化。動力學(xué)選線設(shè)計是通過對區(qū)段線路設(shè)計的方案進行全程車一線動力學(xué)仿真運行，從而來提取的全程線路的車一線整體系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)指標作為評價指標與優(yōu)化目標，從而來對線路設(shè)計的方案進行動力學(xué)性能的綜合評價及優(yōu)化設(shè)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(xué)選線設(shè)計的方法。

(2)建立了線路動力學(xué)性能的評價指標體系，并且引入了線路動力學(xué)性能指數(shù)Z用于對線路動力學(xué)性能進行量化的評價，還應(yīng)用層次分析法的原理來計算設(shè)計線路動力學(xué)性能指標權(quán)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(xué)合理的額給出登記評定標準與對應(yīng)的分值。

(3)提出了線路設(shè)計方案動力性能的優(yōu)化設(shè)計的方法，用“影響度”表征線路設(shè)計的數(shù)據(jù)變化來對動力學(xué)性能指標的影響程度，并且用以指導(dǎo)對線路設(shè)計方案動力性能的不斷優(yōu)化。在研究線路平縱斷面設(shè)計數(shù)據(jù)對動力性能影響規(guī)律的基礎(chǔ)之上，從而確定了影響度的取值。

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