【摘 要】
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自然环境下的大风对高速运行安全会产生较大影响,列车在大风环境下高速运行时其气动载荷以及运行的安全性指标会发生显著变化,列车运行安全性降低,容易产生交通事故。因此,需
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自然环境下的大风对高速运行安全会产生较大影响,列车在大风环境下高速运行时其气动载荷以及运行的安全性指标会发生显著变化,列车运行安全性降低,容易产生交通事故。因此,需要对风载突变而导致列车气动性能及动力学性能发生改变影响高速列车运行的安全性进行研究,为列车在自然环境中安全运行提供参考。本文以国产CRH3高速动车组为研究对象,分别研究了在无风屏障和有风屏障时高速列车在不同风载荷环境下的气动特性及运行安全性。首先对高速列车在无风和大风环境下下高速列车的外部流场进行仿真,分析高速列车在无风、横风、阶跃风和自然风环境(即风载荷突变风)下的外部流场变化及其气动载荷随风载变化的规律;然后结合车辆多体动力学,利用Input Function将在流体力学计算得到的气动载荷,加载到车辆系统动力学中,得到在气动载荷影响下的列车运行安全指标参数。研究结果表明,风载荷突变对列车的安全运行影响较大。在自然风环境下,头车的气动特性最复杂,气动载荷变化最大,当风载荷突变时,头车横向力增大67%,升力由负值变为正值,头车的侧滚力矩变化不大,但其点头力矩增大175%,而摇头力矩则由正值变为负值。自然风环境下评价列车安全系数的四个指标都最大,阶跃风次之,横风环境下最小。在无风屏障的线路上行驶,自然风环境下的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力最多分别比阶跃阵风环境下增大26%、24%、64%、14%,比横风环境下分别增大83%、39%、78%、31%,风载荷是影响高速列车安全运行的一个重要因素。为减少风载影响,安装风屏障后,自然风环境下列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力最多分别比没有风屏障减少41%、47%、55%、30%,横风环境下中,列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力最多分别比没装风屏障减少67%、30%、10%、8%,阶跃阵风环境下列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轮轨垂向力最多分别比没有风屏障减少69%、38%。17%、21%,说明风屏障对横风有阻挡作用,线路安装风屏障后,列车的运行安全得到明显提高。
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