提高列车速度的理论与线路平面参数

1、提高列车速度的理论与线路技术条件提速对策提速对策最小平曲线半径及其行车动力学参数最小平曲线半径及其行车动力学参数高速铁路最小平曲线半径高速铁路最小平曲线半径制约提高速度的技术因素制约提高速度的技术因素 讨论题讨论题 为了提高列车的速达性，必须提高其物理能力，即提高最高允许速度、曲线限速、过岔速度、加速和减速性能等。但是，构成铁路系统的车辆、线路电力、信号等各种基础因素是错综复杂的，成为提高速达性的障碍，必须设法消除这些障碍。从大的方面来分析，制约提高速度的技术因素有软性制约因素和硬性制约因素之分；硬性制约因素包括：动力运转性能，制动性能，列车运行平稳性，集电性能，列车控制等；软性制约因素包括：

2、法规规定，舒适度，环境标准等。（a）动力运转性能当克服走行阻力（空气阻力、滚动阻力和坡道阻力）的驱动力不足时，速度就难以提高。车辆的功率增加，不仅涉及成本问题，而且，在物理方面还有动力装置的单位功率和安装空间的制约问题。另外，还有加大驱动力，车轮仍旧打滑，无法产生加速力的粘着限度问题。由于粘着系数具有随速度提高反而降低的趋势；另一方面，走行阻力是随速度提高而增大的（空气阻力是与速度平方成正比增加），因此，从粘着力和走行阻力要达到平衡的粘着性能来分析，存在着一个速度限界。法国TGV高速列车创造了515.3km/h轮轨铁路最高试验速度 (b)制动性能 速度问题首先是以能使列车安全停止为前提条件的，

3、从安全角度出发，希望制动距离尽可能地短些，但是，迫使车轮停止转动的力不断增大，一旦超过钢轨和车轮间的粘着限度时，车轮将会打滑，无法产生减速力，这种限度是客观存在的。可以说，依靠钢轨和车轮间粘着来实现制动的情况中，提高粘着性能是提高制动性能的关键。制动性能是构成信号安全系统的基础。如果想提高速度，在提高制动性能的同时，必须调整运输安全系统。 (c)运行的平稳性 车辆和线路之间的相互关系决定运行的平稳性。作为车辆特性，当运行速度达到某个程度时，车辆会突然发生左右方向的自激振动，这种现象称为蛇行运动。为了不发生蛇行运动，需要选择和确定运行装置的各项技术参数。即使不发生蛇行运动，如果达到高速运行时，由

4、于车辆和轨道不平顺之间的相互作用，也会使车轮作用在钢轨上的力（轮重和横压）发生变化，发生“轮重减载”现象，这样，不仅加剧了轨道的破坏，甚至还有发生脱轨的危险，因为轮重和横压是由于车轮和钢轨相互作用而产生的，所以，在提高速度时，必须同时考虑轨道构造和车辆构造。在轨道构造方面，要设置合理的转向架的转动阻力，适应于小半径曲线中的运行条件，要设计减少轨道负担的车辆构造。由于车辆通过曲线时，受到离心力的影响，所以，通过曲线的速度受到曲线半径的限制。如果处理好超高度、欠超高和缓和曲线长度之间的关系，在保证平稳性和舒适度的前提下，仍有可能提高曲线限速。 (d)集电性能 电气化运输靠地面供应电力，集电性能决定

5、于车辆和接触网之间的相互关系。受电弓和接触网构成一个振动系统，当高速运行时，受电弓对于接触网的追随性降低了，有时会发生火花，最不利情况下还会发生中断电流现象。因此，在提高速度时，必须把受电弓和接触网看成一体，从而获得尽可能稳定的集电系统。 (e)列车控制 为了便于线路上的所有列车安全运行，必须具有能控制列车间隔和速度的信号保安系统。这个系统是以制动性能为基础的。在考虑提高速度时，必须将制动性能和行车安全系统视为整体，千方百计地加以改善。另外，列车的运动能量是和速度的平方成正比，提高速度后，万一发生相撞时，受害程度也会和速度平方成正比增加。因此，随着列车提高速度，有必要加强列车控制方面的安全度。

6、 (a) 规定 在部令、部内规则、标准和指导等各层次中都有许多规定，比如紧急制动距离、最小曲线半径等标准。此外，限制速度的规定随着技术水平的提高和列车运行条件的变化，将会有很多可以修改的地方。特别是车辆重量（轮重、簧下质量等）和轨道破坏之间有关因果关系的研究正在不断深化，如这些研究进一步深入，就有可能修改现行的有关速度和轨道结构的规定。这些研究和修改将有利于节省经费和提高速度。 (b)舒适度 过去，作为通过曲线时舒适度标准定为左右方向稳态加速度值不超过0.08g。最近，研究开发了陀螺式测定器，从而可以在车内正确测定车体旋转角速度。从舒适度角度出发，车体旋转角速度的目标取为5/s以下。根据这个标

7、准可以修改有关缓和曲线长度的规定。对于非摆式车体的一般车辆，也有可能大幅度提高曲线限速。在现行规定中容许的未被平衡超高度（未被平衡的离心加速度）是根据舒适度限度的标准(0.08g)计算得到的，其中考虑了车辆弹簧的挠度，还留有若干余量。随着技术水平的提高和人们对加速度的感觉随时代共同变化，这些规定应有进一步修改的余地。 (c)环境标准 环境问题是铁路提高最高允许速度时的最大课题，铁路建设达到环境标准已成为铁路线提速的关键。列车以高速进入隧道时，在相反的洞口会发生冲击声，为了缓和这种冲击声，在隧道入口处采取了设缓冲墙等措施，但是，在进一步提高速度时，这个问题仍旧是一个制约因素。 建设成本也是一个控

8、制提速的制约因素。制约提速的技术因素解决后，成本成为最大的制约因素。伴随着提速，即随着车辆和地面设备等基础因素水平不断提高，成本也会增加，如何从技术上控制这些成本的增加即成为关键问题了。在具体提速时，应极力减少车辆和地上设备的追加投资，还应极力控制动力费和养护费的增加。 1、 粘着性能的改善 粘着性能对于加速和减速性能起着决定作用。粘着性能对于加速和减速性能起着决定作用。为了使粘着系数尽可能增大，必须改善粘着条件，其方法有为了使粘着系数尽可能增大，必须改善粘着条件，其方法有二种：一种为加强轮轨之间接触的状态管理，以提高粘着系二种：一种为加强轮轨之间接触的状态管理，以提高粘着系数，这种方法称为表

9、面管理；表面管理的途径包括净化车轮数，这种方法称为表面管理；表面管理的途径包括净化车轮踏面和加强钢轨表面管理。净化车轮踏面常采用清扫器和研踏面和加强钢轨表面管理。净化车轮踏面常采用清扫器和研磨器；钢轨表面管理包括波形打磨、几何线型维护以及轨面磨器；钢轨表面管理包括波形打磨、几何线型维护以及轨面增加增粘材料等。增加增粘材料等。另一种为控制作用于车轮上的力（驱动力或者制动力），从另一种为控制作用于车轮上的力（驱动力或者制动力），从而获得稳定、高值的粘着系数。这种方法称为粘着力控制。而获得稳定、高值的粘着系数。这种方法称为粘着力控制。常用的粘着力控制方法有使用交流电机和直流分激电机两种常用的粘着力控

10、制方法有使用交流电机和直流分激电机两种。通过选择发挥这些电机特性的适当控制方法，减少空转时。通过选择发挥这些电机特性的适当控制方法，减少空转时的扭矩，从而提高粘着性能。的扭矩，从而提高粘着性能。此外，减少轮重变化、增加列车轴数和运输条件的改善也是此外，减少轮重变化、增加列车轴数和运输条件的改善也是十分重要的增粘途径。十分重要的增粘途径。 铁路车辆的粘着制动就是在车轮上施加使其停止旋转的力，使车轮踏面和轨头表面的接触面产生一个和前进方向相反的粘着力，从而达到减速、停车的目的。如何获得较大的粘着力是提高制动性能的决定因素。提高制动性能实现高速化的有以下对策： (a)有效地利用粘着力 2、 制动性能

11、和行车保安系统的改善制动性能和行车保安系统的改善 车轮和钢轨之间的粘着限度是随着钢轨表面情况而有很大的车轮和钢轨之间的粘着限度是随着钢轨表面情况而有很大的离散性。如提高制动力，滑行现象也将随着期望的粘着系数离散性。如提高制动力，滑行现象也将随着期望的粘着系数的增大而提高。一旦产生滑行，车轮踏面会有扁疤，车轮和的增大而提高。一旦产生滑行，车轮踏面会有扁疤，车轮和钢轨之间就会发生较大冲击，加剧对轮轨的损伤。因此，作钢轨之间就会发生较大冲击，加剧对轮轨的损伤。因此，作为有效利用粘着力的方法，可考虑将制动力和粘着特性合在为有效利用粘着力的方法，可考虑将制动力和粘着特性合在一起加以控制。在日本新干线电动

12、车组中，即是使减速度沿一起加以控制。在日本新干线电动车组中，即是使减速度沿着粘着特性曲线那样对制动力进行控制的。为了防止粘着系着粘着特性曲线那样对制动力进行控制的。为了防止粘着系数增加导致滑行，必须在列车上设置防止滑行的机构，检测数增加导致滑行，必须在列车上设置防止滑行的机构，检测滑行趋势。一旦出现滑行，立即暂时缓解制动力；滑行趋势。一旦出现滑行，立即暂时缓解制动力；(b)增加粘着的对策增加粘着的对策 为了提高高速区域的制动性能，必须研究提高粘着系数的对为了提高高速区域的制动性能，必须研究提高粘着系数的对策。在日本新干线中，制动时把清扫车轮踏面的研摩器压到策。在日本新干线中，制动时把清扫车轮踏

13、面的研摩器压到车轮上，从而增加粘着。在法国车轮上，从而增加粘着。在法国TGV中，是通过合并使用附中，是通过合并使用附挂车的踏面制动器和盘式制动器（其中踏面制动器仅在挂车的踏面制动器和盘式制动器（其中踏面制动器仅在200km/h以下起作用），结合清扫车轮踏面，来承担一部分制以下起作用），结合清扫车轮踏面，来承担一部分制动力。动力。这种制动方式是在清除车轮踏面上的污染膜同时，利用车轮这种制动方式是在清除车轮踏面上的污染膜同时，利用车轮踏面的粗糙化，在使钢轨表面的污染膜破坏，从而达到提高踏面的粗糙化，在使钢轨表面的污染膜破坏，从而达到提高粘着系数的目的。需要进一步研究研磨器的成份，使硬质粒粘着系数的

14、目的。需要进一步研究研磨器的成份，使硬质粒子附着于车轮踏面上，从而增加车轮和钢轨之间接触面的固子附着于车轮踏面上，从而增加车轮和钢轨之间接触面的固体接触部分，以便进一步增加粘着的效果。体接触部分，以便进一步增加粘着的效果。增粘研磨器使车轮踏面粗糙化，与此同时则增加了磨耗，因增粘研磨器使车轮踏面粗糙化，与此同时则增加了磨耗，因此，研磨器应采用不致使高速列车的车轮踏面产生异常磨耗此，研磨器应采用不致使高速列车的车轮踏面产生异常磨耗的器材。目前使用的研磨器材料有：铁烧结、合成材料和率的器材。目前使用的研磨器材料有：铁烧结、合成材料和率烧结等。在高速化的发展过程中，研究开发有效的增粘制动烧结等。在高速

15、化的发展过程中，研究开发有效的增粘制动研摩器是最重要的研究课题。研摩器是最重要的研究课题。 (c)采用非粘着的制动系统采用非粘着的制动系统 对于粘着制动，存在着粘着性能的限度。为了获得限度以上对于粘着制动，存在着粘着性能的限度。为了获得限度以上的减速度，可采用不依赖于轮轨间粘着的制动系统，如电磁的减速度，可采用不依赖于轮轨间粘着的制动系统，如电磁吸附制动和涡流制动等。电磁吸附制动曾在日本信越线横川吸附制动和涡流制动等。电磁吸附制动曾在日本信越线横川轻井间的大坡道中，作为专用机车的停留制动而被使用轻井间的大坡道中，作为专用机车的停留制动而被使用过；在其它国家也有许多使用实例。过；在其它国家也有许

16、多使用实例。 (d)改善信号保安体系改善信号保安体系 在最高时速达在最高时速达200km/h以上时，采用机载信号系统以上时，采用机载信号系统 (e)列车防护列车防护 采用无线电装置作为预警系统，以乘务员在列车上发报为主采用无线电装置作为预警系统，以乘务员在列车上发报为主，同时车载系统与道口防护开关相结合。如果巡道养护人员，同时车载系统与道口防护开关相结合。如果巡道养护人员携带无线电装置，就可以从地面来阻止列车运行。携带无线电装置，就可以从地面来阻止列车运行。 (f)道口对策道口对策 采用定时报警控制装置。采用定时报警控制装置。提高线区的防灾保安水平，根据线区实际情况采取相应措施提高线区的防灾保

17、安水平，根据线区实际情况采取相应措施（1）列车走行的安全性 如果考虑转动车轮在钢轨侧面的爬上情况时，那么滑下的力等于滑上力与摩擦力的和。可以用下列公式表示： 车辆的走行安全性中脱轨和倾覆是主要问题。颠覆和列车通过曲线时的状态有密切关系，此处，主要考虑脱轨的问题。 从而可推导出下列纳达尔公式： 式中：Q横压 ；P轮重；轮缘角；摩擦系数一般称Q/P为脱轨系数。 当=60，=0.30时，Q/P=0.94；这时相当于轮重的94% 以上的横压在工作，车轮的轮缘沿着钢轨侧面边滚动边爬轨。但是，车轮爬轨必须有一定的作用时间（约1/20秒），当作用时间是瞬时，即使Q/P大，也不致发生脱轨现象。在脱轨系数的容许

18、限度中再保留20%的余量，可以得到下列判别标准：Q/P0.8 （t0.05 秒），Q/P0.04/t （ t0.05 秒）有时，即使横压不太大，由于轮重减载也会发生脱轨现象。如曲线地段的超高不足，超高过量，风的影响，车体的横向振动，以及车辆和轨道的平面扭曲等都会引起轮重减载。从安全角度考虑，相对于平均轮重，是以静态的轮重减载60%以下，动态的轮重减载80%以下为目标。车体左右振动加速度和脱轨系数之间有很高的相关性。对于二轴货车，为了使其脱轨系数不超过0.8，希望车体左右振动加速度在0.4g以下。高速化时，为了不降低走行安全性，必须避免出现过大的横压和轮重减载现象。 （2）列车走行的平稳性 车轮

19、在直线走行过程中，当列车达到一定速度时，车体会发生左右方向的自激振动，即发生蛇行运动。这种蛇行运动不仅降低舒适度，而且，构成破坏轨道的因素，诱发脱轨的危险性。正确地确定车辆各种技术参数和弹簧系的各种参数，可以提高发生列车蛇行运动的临界速度。为了使高速走行中不发生蛇行运动，正确地选择影响走行平稳性的车辆有关参数和增加平稳性的方向。此外，加大转向架转向阻力，提高轴箱前后支撑刚度，也可以使产生蛇行运动的临界速度得到提高。但是，这一系列阻止发生蛇行运动的要素中，例如：延长固定轴距、加大转向架转动阻力、提高轴箱前后支撑刚度等，同时也会恶化车辆通过曲线时的性能。所以，在决定车辆有关参数的过程中，要考虑在使

20、用速度范围内不发生问题的前提下，尽可能降低发生蛇行运动的临界速度，从而改善列车通过曲线的性能。 (3)防止轮重变化的对策 轮重极端地变大和极端地变小不仅会加快车轮和轨道的破坏和疲劳。而且有诱发脱轨的危险性，因此，必须千方百计地避免上述两种现象。另外，轮重变化也会降低粘着性能。 另外，减少车辆簧下质量和簧间质量，也可以减轻轨道的负担，节省轨道维修费用。因此，在国外高速列车车辆中，使车辆轴承、轴箱等都小型化，齿轮等驱动装置都轻量化，高速车辆与普通车辆相比，簧下质量减轻了10%左右。同时，降低轨道弹性系数，消除钢轨踏面上细小的凹凸不平顺也是重要的。 (4)降低转向横压的对策 为了提高走行的安全性和平

21、稳性，在减少轮重变化的同时，降低横压也是重要的对策。当有转向架的车辆通过曲线时，转向架在钢轨的引导下，在转向过程中会产生横压。这种横压由两种因素产生：一种是几何学的因素，即车轴延长线不通过曲线中心而产生的。另一种是构造上的因素，即车体和转向架之间存在旋转阻力（为了防止车辆蛇行运动，需要存在某程度的旋转阻力）。转向架通过曲线的情况大致如下：当车辆进入缓和曲线时，转向架的第1轴轮缘接触外轨，因其反力使转向架转向。这时，车轮即向外轨移动曲线轨距加宽的量值；由于车轮踏面有坡度，因而发生左右车轮直径差，轮轴自行旋转，帮助转向架转向。转向横压随转向架构造和车体支承形式不同而有差异。定性的倾向和曲线半径成反

22、比增大，例如：在R=200m的曲线上，转向横压大致是R=400m曲线上转向横压的2倍。 增大车轮的踏面坡度，降低相对于转向架框架的轮轴支承刚度，可以使列车在曲线走行时，轮轴的径向能对着曲线中心，从而提高轮轴的自然掌舵性。但是，自然掌舵转向架进入直线运行时，容易发生蛇行运动。为了控制前后轴同相位的蛇型运动，在自然掌舵转向架上设计了用联杆把车轴端部连接起来的机构。另一种降低转向横压的对策是采用无摇枕转向架。无摇枕转向架是通过转向框架上安装的空气弹簧来直接支承车体，所以，可以由空气弹簧来吸收转向架的旋转变位。因为结构中没有以往转向架的摇枕梁，所以成为无摇枕梁转向架。无摇枕梁转向架不仅构造简单、重量轻

23、，而且和过去的旁撑方式相比较，转向旋转阻力小，通过曲线的横压也小。另外，把车轮踏面设计成圆弧型，当车辆通过曲线时，这种圆弧形踏面可以进一步加大左右车轮的轮径差，使车辆圆滑地通过曲线，对降低横压有明显效果。无摇枕转向架、轴箱的弹性支承、车轮圆弧型踏面形状、径向转向架技术等，明星改善了走行性能，从而减轻了轨道的负担，提高了列车的舒适性。 （5）高速化中轨道的对策 (a)轨道承载能力 提高行车速度将会增加钢轨、轨枕、道床等轨道材料的负担。其中，限制列车提高速度的重要因素是钢轨的弯曲应力或路基压力。现行的轨道理论实际上就是关于速度和轨道参数（钢轨的类型、轨枕数量、道床厚度）的最佳选择。从该理论出发，如

24、需提高列车速度，则应采取下列对策。*使钢轨弯曲应力变小，即增大钢轨断面系数ZR（使用重型钢轨），或减小钢轨弯曲力矩Mmax，即降低车辆轮重，缩小轨枕间距; 减少路基压力Pmax； 减小道床厚度系数，即增加道床厚度。日本的新干线上隧道和桥梁比重大，所以采用了板式轨道。法国和西德的高速新线中路堑、路堤较多，所以采用的是有道碴轨道。在有碴轨道线路中，除一部分桥梁区间外，都使用双块型轨枕，双块型轨枕的端面接近单根型轨枕的一倍，从而保证了轨排的横向稳定性。 (b)轨道破坏 与轨道破坏直接有关的因素有：列车荷载、轨道构造、轨道材料的状态等，即：破坏系数（）荷载系数(L)构造系数(M)状态系数(N)荷载系数

25、(L)车辆系数（K）通过总重（T）列车速度（V）轨道破坏反映为高低不平顺、方向不平顺、轨距不平顺横压Q和轮重P相互作用等。方向不平顺、轨距不平顺、横压和轮重可定量掌握相应的允许限度，从而控制轨道破坏。高低不平顺占轨道破坏的主要部分，将由此引起的轨道破坏控制在一定范围内的关键是减小构造系数M，或者减小车辆系数K。通过加强轨道结构，即使钢轨重型化、采用预应力混凝土轨枕、增加轨枕根树、加厚道床等，可使构造系数变小。另外，车辆系数K随轮重、簧下质量减小而减小，根据走行部分的参数和特性而变化。 (c)养护和维修轨道几何状态养护和维修轨道几何状态 一般地说，速度愈高，轨道不平顺的允许值应该愈小。从宏观上考

26、虑，速度和方向不平顺之间的关系可以由Birmann公式表示：f=400/V式中：f轨道不平顺的容许限度(mm)； V列车速度(km/h)由上式可得，当速度为200km/h时，轨道不平顺的容许限度为2mm；当列车速度为300km/h时，容许限度为1.3mm；速度越高，容许限度越小。另外，根据日本的研究经验，高低不平顺的限度还与各种波长有关。在高速铁路上，必须严格监控长波长的轨道不平顺。如果车辆保持不变，对于波长2550m的长波长方向不平顺，在300km/h时的管理值必须比200km/h时的管理值严格2倍以上。法国TGV进行380km/h高速运行试验时，铺设轨道时的标准为：方向2mm，高低5mm（

27、在18m距离内）。当轨道稳定以后，高低不平顺的标准为：用10m平均弦测量为3mm（成为10m弦正矢的1/2）；用31m弦测量为8.5m（半振幅为6mm）。为了保持轨道良好的技术状态，除了实行轨道不平顺检测和管理外，还实行以舒适度为主的振动加速度的管理。管理目标值为（全振幅加速度值）：新干线中，以安全性为主的提高速度判定标准值：上下振动为0.5g，左右振动为0.4g。把判定标准的一半作为管理目标值，那么，上下振动为0.25g，左右振动为0.2g。对于既有线中的优等列车，上下振动、左右振动的半振幅都为0.13g。 由于下列原因,需限制通过曲线的速度：(a)颠覆的危险当列车通过曲线时，车辆的离心力是

28、随着速度提高而增大的。当其和重力的合力脱离轨道中心时，在车辆中心处就作用有一个向曲线外侧的力（未被平衡离心力）；当这个力变大，加上受风或振动的影响，就有可能发生颠覆事故。(b)轨道破坏未被平衡离心力变大，虽然不致发生颠覆事故，但是，由于轮重和横压都变大，则促进了轨道的磨耗和破坏。(c)舒适度恶化未被平衡的离心力变大，会使舒适度恶化。因此，要根据曲线半径限制列车的速度。 （一）、最小平曲线半径计算公式（一）、最小平曲线半径计算公式 最小曲线半径是影响高速行车舒适，安全的主要因素之一。最小曲线半径是影响高速行车舒适，安全的主要因素之一。最小曲线半径的选定应考虑行车速度，地形条件和机车牵引最小曲线半

29、径的选定应考虑行车速度，地形条件和机车牵引种类等因素。其中行车速度是选定最小曲线半径的主要依据种类等因素。其中行车速度是选定最小曲线半径的主要依据。高速客运专线的最小曲线半径高速客运专线的最小曲线半径 R 是根据客运最高速度是根据客运最高速度 VK以以及最大超高值及最大超高值 hmax和允许欠超高和允许欠超高hQ，按下式算得：按下式算得： 客货共线或高中速共线高速铁路的最小曲线半径客货共线或高中速共线高速铁路的最小曲线半径R是根据客运是根据客运最高速度最高速度VK和货运（中速客车）最高速度和货运（中速客车）最高速度VH（Vz），），以及允以及允许欠超高许欠超高hQ和允许过超高和允许过超高hG，

30、按下式计算的按下式计算的 可见，当速度一定时，确定最小曲线半径的关键是：曲线地可见，当速度一定时，确定最小曲线半径的关键是：曲线地段外轨超高和未被平衡的离心加速度标准值。段外轨超高和未被平衡的离心加速度标准值。 （二）最大超高（二）最大超高 .安全条件所确定的最大超高度 SD当轨道超高设置为0，轨道面处于水平状态时，作用于曲线外侧的离心力和重力的合力偏离轨道中心；其偏离程度可用安全系数来表示a， 显然合力作用线在二分之一轨距范围内是有利的，即， 也即 。 线路设计中通过设置轨道外侧设置超高，来抵消未被平衡离心加速度；当曲线外轨超高大于0时，车体所受合力如下图：ShSS/2从安全的角度考虑，当车

31、辆在设有超高的曲线中停车或低速通过时，如果从曲线外侧来风不会使车辆向内侧颠覆；取车体向内侧颠覆的安全系数为n，即重力作用在轨顶面1/2n以内， 则相应的最大超高应满足：日本运行高性能列车的新干线，取安全系数为3，相应的S=1435mm，H=1370mm，并考虑25%的裕量，相应的最大超高为219mm。国内外经验证明，轮轨铁路按安全系数取3所确定的最大超高值，是能满足运营安全要求的。 根据我国铁道部科学研究院对我国三种有代表性的车辆YZ22型客车，P60型棚车及G17型罐车进行的试验研究结果，保证安全的最大超高值以货车中的罐车在重车时为最小，其值为344(mm)，如果考虑安全系数1.5，则为34

32、41.5=229(mm)。 确定曲线最大超高还应考虑到当列车在曲线上停车时，旅客对处于倾斜车体里的舒适度反映，以及车辆处于倾斜状态下时机构的可靠性条件等。 我国铁道科学研究院的试验表明，轮轨系统客运专线实设超高允许值不应大于200mm。它主要受停车时旅客乘坐舒适度要求所限。当实设超高为200mm时，列车在曲线上停车时，部分旅客感到站立不稳，行走困难且有头晕不适之感。 国外客运型轮轨高速铁路资料为： 日本新干线： 期望 180mm，最大 200mm； 法国TGV： 期望 180mm，最大 200mm 美国客运专线；期望 203mm，最大 229mm 为了实现高速行车，曲线半径的标准要求很高。允许

33、适当的欠超高存在，则可降低曲线半径标准，或同样的曲线半径标准可以提高运行速度。允许欠超高的确定，应使未被平衡的离心力对车辆倾斜的影响尽可能小，对轨道的偏载尽可能小 1)从安全性方面考虑欠超高从安全性方面考虑欠超高 如车辆向外侧颠覆的安全系数取4，（危险率为25%），则合力作用点在轨距的1/8以内， 相应的欠超高应满足：日本运行高性能列车的新干线，取安全系数为3，S=1435mm，H=1370mm，相应的最大欠超高为：175mm。 可见，允许欠超高的大小，与轨距的平方成正比，与车辆的重心高度成反比。确定允许侧向未被平衡离心加速度标准，还应考虑高速行车的侧向风力作用、侧向振动加速度和高速会车时的侧

34、向力作用的影响。根据轮轨系统的研究成果，在最不利情况下，这些侧向作用力的影响和离心加速度引起倾覆一起对轨道面设置超高引起的稳态倾覆起抵消作用。以未考虑这些因素的侧向稳态欠超高标准作为设计限制值，是偏于安全的。 2）从舒适度方面考虑欠超高）从舒适度方面考虑欠超高 旅客乘车舒适度是衡量列车通过曲线时运营质量好坏的一个最直观的指标， 国外高速铁路通过实验，确定未被平衡的离心加速度的取值标准，从而确定欠超高的允许值范围。英国和美国的试验结果表明，当欠超高达到178mm时，绝大多数乘客没有不舒适的感觉;法国铁路在未经改造的既有线上，列车以200km/h的速度通过曲线，产生的欠超高达到103mm，乘客认为

35、舒适度是允许的。 日本1986在中央东线用183系电车进行试验的结果来分析，在车内测定的左右方向稳态加速度值相对于未考虑弹簧影响计算出来的未被平衡离心加速度约大20%；因此，根据舒适度限度考虑的0.08g计算出来的欠超高115mm中应留有20%的余地。这样，日本在新干线上实际采用的欠超高值为：90mm，相当于=0.06g 法国试验研究表明，在频率1/5Hz时，均方根值为0.05g的加速度是可以容忍的；在水平方向经过3小时30分钟，旅客尚未感到疲劳 我国铁道部科学研究院的试验结果表明，当欠超高达到75mm时，绝大多数乘客的不舒适在轻微感觉以下。综合分析结果国内外的研究试验结果，铁科提出的研究成果

36、为：允许欠超高值，客货共线铁路一般地段为70mm，相当于未被平衡的离心加速度为 0.045g；困难地段为90mm，相当于未被平衡的离心加速度为 0.063g。京沪高速铁路的研究结果：以铁道科学研究院为第一承担单位的课题组，在综合分析国外资料的基础上，结合京沪高速铁路考虑高中速混跑的特点，并考虑到侧向风力等因素的作用，允许的最大欠超高值的取值留有20%的余地。建议的未被平衡的离心加速度标准为：一般地段0.045g，困难地段0.065g。 3）国际标准化组织的评价指标）国际标准化组织的评价指标 国际标准化组织（ISO）将ISO2631标准用于人体对全身振动暴露的评价。其中ISO2631/1，用于对

37、全身侧向振动的评价。 根据国际通用标准-ISO2631/1，当振动作用时间为16min时，侧向均方根加速度值为1.85 m/s2，相应的侧向加速度允许值为1.5 m/s2。当振动作用时间为25min时，侧向均方根加速度值为1.25m/s2，相应的侧向加速度允许值为1.0m/s2。当振动作用时间为1小时时，侧向均方根加速度值为0.85m/s2，相应的侧向加速度允许值为0.68 m/s2。当振动作用时间为2.5小时时，侧向均方根加速度为0.5 m/s2，相应的侧向加速度允许值为0.4m/s2。当振动作用时间为3.5小时时，侧向均方根加速度为0.37m/s2，相应的侧向加速度允许值为0.3m/s2。

38、 允许的最大过超高值主要由运行安全、乘坐舒适度和经济合理性三个条件确定。受车辆运行安全、乘坐舒适度要求的值的确定，与欠超高值确定原理基本相同。区别仅在于后者是车辆向曲线外侧倾斜，而前者是向曲线内侧倾斜。据美国、日本等国的实验结果，可以认为欠超高的值与过超高的值相近。国内外所作的相关实验结果可知，在静态下过超高达到150mm时，部分“旅客”已稍有不舒适感觉；所以满足安全、舒适的过超高值可取100150mm（0.07g0.1g）的标准。对于高速铁路，国际铁路联盟对客货共线运行的轮轨系统中建议的未被平衡的过超高限制值为30-90mm，相当于未被平衡的向心加速度为0.02g0.06g；我国铁路专家们在

39、京沪高速铁路标准研究中建议:允许过超高值的确定，一般地段取70mm，相当于未被平衡的向心加速度0.05g；困难地段取90mm，相当于未被平衡的向心加速度0.06g。 采用摆式列车是提高曲线限速的有效举措。目前世界上已有很多国家采用摆式列车，成功地提高了客运速度。著名的摆式列车有瑞典的X2000、意大利的 ETR450、西班牙的 Talgo、日本的381、德国的6llDMV等。摆式客车的倾摆系统有两种，一是利用客车在曲线上运行产生的离心力，使车辆自动向曲线内侧倾摆的无源摆动，倾摆角度仅35；二是当客车进入曲线时，利用液压或气压伺服系统，使车辆向曲线内侧倾摆的有源摆动，其倾摆角度可达89。我国广深

40、铁路公司1998年引进瑞典的X2000模式列车为有源摆动，最大倾摆角度为8.5；西南交通大学正在研制的摆式客车最大倾摆角度为8，因倾摆时外侧弹簧被压缩，故有效倾摆角度约6.5，可产生170mm的附加超高，提高曲线限速35%左右。 从图可见，采用摆式列车时，作用在旅客身上的未被平衡的离心加速度为： 又因为：又因为： 则：则： 欲使作用在旅客身体上的未被平衡离心加速度为0，则摆式列车摆动角为时，能补偿的欠超高为： 摆式车辆的倾斜角度和补偿未被平衡的离心加速度表示相同的意义，例如，车体倾斜5补偿未被平衡离心力是0.087g。从加在车体上的未被平衡离心加速度中减去0.087g，剩余部分就是旅客所感受到的未被平衡的离心加速度。 根据拟定的行车动力学参数，即可确定高速铁路最小平曲线半径取值标准。（一）、主要要决定因素的取值（一）、主要要决定因素的取值1. 速度目标值速度目标值1）单一高速线路速度目标值根据国家的铁路发展政策