列車脫軌機(jī)理與脫軌分析理論研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)外列車脫軌時(shí)有發(fā)生，將造成鐵路運(yùn)輸中斷，甚至車毀人亡。脫軌研究從來都是各國(guó)軌道交通領(lǐng)域的重大課題。軌道交通運(yùn)輸安全研究已經(jīng)納入中國(guó)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》中的重點(diǎn)領(lǐng)域及優(yōu)先主題。我國(guó)鐵路自提速以來，貨物列車脫軌呈上升趨勢(shì)，脫軌在鐵路行車重大、大事故中的比例高達(dá)70％左右；隨著我國(guó)高速客運(yùn)專線建設(shè)的廣泛展開，保證列車安全運(yùn)行更為重要。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)脫軌問題研究了一百多年，取得了很多很好的成果。不過，至

2、今未弄清列車脫軌機(jī)理，在列車脫軌分析理論中尚存在三個(gè)主要問題。因此，弄清列車脫軌機(jī)理，解決三大問題，建立新的列車脫軌分析理論，將具有十分重要的理論價(jià)值、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。本論文取得了如下主要研究成果： 1．在大量分析國(guó)內(nèi)外脫軌研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，深刻總結(jié)出脫軌研究中存在的三個(gè)主要問題，并提出了解決這些主要問題的方法。 2．首次提出了列車脫軌機(jī)理是列車一軌道(橋梁)時(shí)變系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱此系統(tǒng))橫向振動(dòng)喪失穩(wěn)定。 3．提出

3、了此系統(tǒng)橫向振動(dòng)失穩(wěn)及列車脫軌的條件為：此系統(tǒng)橫向振動(dòng)極限抗力作功σ<,c>等于此系統(tǒng)橫向振動(dòng)最大輸入能量σ<,p,max>；此系統(tǒng)橫向振動(dòng)穩(wěn)定及列車不脫軌的條件為：σ<,c>>σ<,p,max>。 4．創(chuàng)立了一套新的列車脫軌能量隨機(jī)分析理論，其主要內(nèi)容包括： (1)考慮輪軌位移銜接條件及輪軌“游間”影響，建立了能計(jì)算列車車輪脫軌全過程的此系統(tǒng)空間振動(dòng)矩陣方程； (2)建立了列車車輪脫軌幾何準(zhǔn)則； (3)

4、提出了列車脫軌全過程的計(jì)算方法； (4)首次算出了列車車輪脫軌全過程振動(dòng)響應(yīng)及此系統(tǒng)橫向振動(dòng)極限抗力作功σ<,c>與車速V的關(guān)系曲線，并建立了σ<,c>的增量△σ<,c>的表示式； (5)提出了此系統(tǒng)橫向振動(dòng)最大輸入能量σ<,p,max>的增量△σ<,p,max>的計(jì)算方法； (6)首次建立了此系統(tǒng)橫向振動(dòng)穩(wěn)定性及列車是否脫軌的能量增量判別準(zhǔn)則。 (7)提出了預(yù)防脫軌措施及預(yù)防脫軌標(biāo)準(zhǔn)的制訂方法。

5、 5．針對(duì)非正常行車條件下的列車脫軌，發(fā)明了一種列車脫軌報(bào)警器，以防脫軌后的事故進(jìn)一步擴(kuò)大，并獲得了國(guó)家實(shí)用新型專利1項(xiàng)；針對(duì)正常行車條件下的列車脫軌(不明原因脫軌)，提出了列車脫軌預(yù)警系統(tǒng)的技術(shù)原理，為研制列車脫軌預(yù)警系統(tǒng)提供了理論依據(jù)。 6．在北京至通化線路上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了貨物列車構(gòu)架蛇行波，首次得出了空載貨車構(gòu)架蛇行波標(biāo)準(zhǔn)差σ<,p>與車速V的關(guān)系曲線，為貨物列車脫軌分析奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)；在秦皇島至沈陽(yáng)客運(yùn)專線上現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了高速列

6、車構(gòu)架蛇行波，首次得出了高速列車構(gòu)架蛇行波標(biāo)準(zhǔn)差σ<,p>與車速V的關(guān)系曲線，為高速列車脫軌分析奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。 7．基于列車脫軌能量隨機(jī)分析理論，研發(fā)了一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的列車脫軌分析軟件TDAS v1．0。首次算出了21例(9例脫軌，12例不脫軌)長(zhǎng)大列車是否脫軌結(jié)果，計(jì)算結(jié)果均與實(shí)際情況符合，突破了列車脫軌理論分析這一世界百年難題。 8．分析了長(zhǎng)春至圖們干線上33117次貨物列車重大脫軌事故的原因?yàn)榱熊?-軌道時(shí)

7、變系統(tǒng)橫向振動(dòng)喪失穩(wěn)定，分析結(jié)果得到了鐵道部安檢司采用。 9．分析了南京長(zhǎng)江大橋等6座橫向振幅超限橋梁上的列車走行安全性，計(jì)算結(jié)果為在設(shè)計(jì)車速以內(nèi)這些橋梁上的列車不會(huì)脫軌，與長(zhǎng)期振幅超限下行車未發(fā)生脫軌的實(shí)際情況符合，分別得到上海、沈陽(yáng)、鄭州等鐵路局的肯定及采納，避免了橋梁換梁和加固，取得直接經(jīng)效益達(dá)8400萬元。解決了橫向振幅超限橋梁上的列車走行安全性的分析問題。 10．論證了進(jìn)行橋上列車脫軌控制分析的必要性，作了武廣