劉煒琦

摘要：隨著社會經(jīng)濟水平的不斷提高和科學技術(shù)的不斷進步，我國高速列車的研發(fā)技術(shù)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位，為全球高速列車發(fā)展做出了重要貢獻。為了不斷提高高速列車的運行穩(wěn)定性和安全性，需要對高速列車的關(guān)鍵物理力學問題進行分析和研究，本文就以此為主題進行了分析，主要對軌道平穩(wěn)性問題、機車重量問題、主要零件損耗問題、空氣阻力問題、材料接觸力學等五大部分進行了分析闡述。

關(guān)鍵詞：高速列車；力學；物理

我國的高速鐵路發(fā)展起步較晚，但是發(fā)展迅速，目前已經(jīng)達到世界先進水平。高速鐵路以其運行速度快、運行感受舒適、安全系數(shù)高等優(yōu)點，快速在國內(nèi)各個省份發(fā)展。并且，中國先進的高鐵技術(shù)已經(jīng)走出國門，走向世界，在很多外國國家開展高鐵建設(shè)，為世界鐵路運輸做出巨大貢獻。目前，我國已經(jīng)自主研發(fā)的高鐵機車“復興號”已經(jīng)開始投入使用，相信不遠的將來，我國的高速鐵路機車會逐漸普及我國自主研發(fā)的“復興號”高鐵機車。在研制“復興號”高鐵機車的過程中，需要解決大量的復雜的技術(shù)問題，其中包括很多物理力學問題需要解決，本文對高速列車的關(guān)鍵物理力學問題進行分析，請不同意觀點者批評指正。

1 軌道平穩(wěn)性問題

我們知道，高速鐵路軌道并非是一整條完整的鋼鐵，而是由短的鋼軌通過焊接的方式相連成一根長的鋼軌，那么，在鋼軌連接處會出現(xiàn)連接痕跡，可能存在一定的顛簸。由于我國高速鐵路運輸?shù)乃俣绕毡樵?00km/h以上，較高的運行速度對鋼軌的平穩(wěn)性的要求更高，高速運行的列車對輕微的顛簸也會有很大的震動，因此，鋼軌的鋪設(shè)這對于鋼鐵焊接技術(shù)是一個不小的考驗。列車的平穩(wěn)運行不僅對乘車舒適感有影響，還關(guān)乎乘客的乘車安全，通過軌道平穩(wěn)感受能夠?qū)α熊嚨倪\行安全作出判斷，穩(wěn)定的運行也對列車結(jié)構(gòu)綜合性能和承載能力產(chǎn)生非常大的影響。因此，在高鐵列車不斷提速過程中，必須重視列車運行的平穩(wěn)性問題，深入研究線路條件和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)問題，并且提出配套的軌道養(yǎng)護方案，最大限度保障列車平穩(wěn)運行。

在高速列車不斷提速的過程中，也要加強對線路的研究和改造。大量的實踐經(jīng)驗和數(shù)據(jù)證明，有線軌道技術(shù)改造列車按照設(shè)計速度投入運行之后，行車的安全性是能夠得到保障的，這說明對線路的改造技術(shù)能夠達到行車安全和行車速度兩方面的要求。造成列車運行平穩(wěn)失衡的原因有很多，包括線路設(shè)施建設(shè)缺陷，施工質(zhì)量達不到標準并且后期很難進行補償，后期維護管理不到位等原因?qū)е铝熊囘\行失穩(wěn)。

2 機車重量問題

高速列車的機車重量對高鐵運輸也存在一定影響，質(zhì)量比較輕的機車能夠降低摩擦，提高機車運行能源使用效率。高速列車機車輕量化在高速列車機車結(jié)構(gòu)設(shè)計中屬于基礎(chǔ)性要求，質(zhì)量較輕的機車能夠改善列車運行時的動力學性能。解決機車車身重量問題，需要考慮兩個方面的問題：一是使用材料的問題，另一個是結(jié)構(gòu)強度設(shè)計問題。較輕的機車重量雖然能夠降低能源消耗，提高機車運行效率，但是對車體強度造成一定的消極影響，因此，對機車車身的強度、使用壽命及其可靠性綜合分析，才能保證高速列車的穩(wěn)定運行。由于列車高速運行，車體的彈塑性強迫振動頻率和幅度會增大，導致疲勞破壞加速，因此，對于高速列車的車身質(zhì)量需要進行研究。

3 主要零件損耗問題

在高鐵運行過程中，由于高速列車運行時常較長，服役時間較長，雖然大部分高速列車只有白天時段運行，夜晚時段進行檢修，但是高速列車的主要零部件仍然有較大的損傷，需要加強零部件的維護和檢修，才能保證列車的安全運行。只要存在摩擦就會導致磨損，高速列車由于運行速度快，承受的壓力較大，在運行中受到嚴重磨損。并且，鋼軌在列車運行中承受到的壓力更大，對鋼鐵性能提出了更高的要求，特別是鋼軌接縫處，由于長期經(jīng)受高質(zhì)量的列車運行的壓迫，更加容易產(chǎn)生變質(zhì)和老化，對列車運行安全問題存在嚴重隱患。

4 空氣阻力問題

機車車身暴露在空氣中高速運行，需要抵抗較大的空氣阻力，并且隨著高速列車車速的不斷提高，列車遇到的空氣阻力也隨之增大，隨著高速列車運行速度的提升，列車所受到的空氣阻力與運行速度的二次方成正比，當運行車速達到250km/h時，全部阻力有75%80%；來源于空氣阻力，目前我國高速列車的運行速度大多在300km/h以上，因此，空氣阻力對列車運行的影響是非常嚴重的。并且，當列車在隧道中運行時，會遇到強大的壓力沖力，對行車安全造成威脅，因此，需要對高速列車空氣運動學進行研究。目前已經(jīng)比較成熟的空氣動力學研究，比如飛起起飛前的空氣動力學和汽車運行過程中的空氣動力學在高速鐵路運行中的空氣動力學并不適用，高速列車的空氣動力學逐漸成為一個學科門類，培養(yǎng)更多的專業(yè)人才，解決高速鐵路空氣動力學問題。

5 材料接觸力學

高速列車運行過程中，與軌道的接觸面積比較小，但是列車載滿乘客時重量大大增加，對軌道的磨損比較嚴重，在列車運行與軌道接觸過程中會產(chǎn)生大量并且嚴重的摩擦，考慮到輪軌彈性及表面幾何不平順，需要對輪軌建立力學模型，對高速列車運行過程中機車與鐵軌的接觸力學進行研究，主要研究兩點接觸、非赫茲接觸等，通過對車輪尺寸及其實驗研究，驗證理論模型，綜合試驗研究結(jié)果，得出最具有代表性的低摩擦性能的鐵軌制造參數(shù)和車輪制造參數(shù)。并且對服役中的軌道及高速列車提出可行性保養(yǎng)措施，定期檢修列車機車性能及軌道平穩(wěn)性能，保證機車運行安全穩(wěn)定。

6 總結(jié)

隨著科學技術(shù)的不斷進步，高速列車的發(fā)展速度飛快，我國大部分地區(qū)已經(jīng)通上了高速列車，高速列車網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積逐漸增大，為我國經(jīng)濟發(fā)展起到了很大的促進作用。本文針對高速列車關(guān)鍵物理力學問題進行了分析，以此能夠提升高速列車的運行穩(wěn)定性和安全性。

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