列車類型、線路坡度、最小曲線半徑,線間距與設(shè)計(jì)速度的關(guān)系

Goodisgood,butbettercarriesit.

精益求精，善益求善。Goodisgood,butbettercarriesit.

精益求精，善益求善。列車類型、線路坡度、最小曲線半徑,線間距與設(shè)計(jì)速度的關(guān)系列車類型、線路坡度、最小曲線半徑,線間距與設(shè)計(jì)速度的關(guān)系列車類型、線路坡度、最小曲線半徑,線間距與設(shè)計(jì)速度的關(guān)系PAGEPAGE7列車類型、線路坡度、最小曲線半徑,線間距與設(shè)計(jì)速度的關(guān)系PAGE最近鐵路建設(shè)的力度大大加強(qiáng)，許多新線的設(shè)計(jì)速度達(dá)到了250km/h甚至350km/h，各種針對鐵路速度的爭吵日益劇烈，似乎是非250不要，最好一步上350……所以，有必要了解一下鐵路速度的秘密，減少無謂的爭吵，加深對鐵路的了解。)i9B&T2y#d2Y7]/X8z??個(gè)人認(rèn)為，今后主要建設(shè)的鐵路有以下三種類型：??1.最高設(shè)計(jì)速度300~350km/h的客運(yùn)專線線路，肯定是電氣化，采用無碴軌道，精度要求高、承重能力低，一般不走機(jī)車牽引的客車，更不走貨車。這樣的線路，只會(huì)建在經(jīng)濟(jì)條件好、既有鐵路網(wǎng)密集的地區(qū)，一句話，沿線地區(qū)的貨運(yùn)任務(wù)必須由其他線路承擔(dān)。不運(yùn)貨發(fā)展不了地區(qū)經(jīng)濟(jì)！??2.最高設(shè)計(jì)速度200~250km/h的高等級(jí)客貨混運(yùn)線路，肯定是電氣化，采用有碴軌道，允許貨車運(yùn)行，今后將大量建設(shè)以完善鐵路網(wǎng)，因此，原先沒有鐵路的地區(qū)，攤到這樣的一條線路，是很幸運(yùn)的，別瞧不起200~250km/h的速度！這樣的線路，如果今后有平行貨運(yùn)通道分流速度低的貨車，具有提速到300km/h的潛力。??3.最高速度120~160km/h的次要型線路，在陡峭山區(qū)可能一次性電氣化，大部分為單線，主要用于向邊疆延伸，以及某些區(qū)域內(nèi)部的路網(wǎng)完善。即使有這樣的鐵路，一天之內(nèi)，也能從最遙遠(yuǎn)的邊疆走到繁華的大都市。"u:n7P4`7]%r※至于最近炒得很火的“城際鐵路”，受到京津城際的影響，設(shè)計(jì)速度也越拔越高。關(guān)于城際鐵路的問題，由于站點(diǎn)密集，需要結(jié)合動(dòng)車加速性能來研究第二節(jié)．簡述列車速度與線路坡度的關(guān)系:??寫一段列車速度與坡度的關(guān)系，為的是明確什么樣的車型/機(jī)車能夠跑出什么樣的速度：并不是說設(shè)計(jì)速度120km/h就不管拉什么車、不管什么線路都能跑出這樣的速度。現(xiàn)在論壇中這方面的知識(shí)非常欠缺！"c,D3a??C$O+~;g??在沒有限速因素的線路上，列車能達(dá)到的速度與線路坡度密切相關(guān)，列車勻速爬坡時(shí)，發(fā)出的牽引力必須能克服摩擦阻力、空氣阻力，以及自身重力在沿下坡方向的下滑分力——這正是坡道導(dǎo)致的。??一般貨車運(yùn)行時(shí)，摩擦和空氣阻力之和（即為基本阻力）只相當(dāng)于列車在2~3‰上坡道上的下滑分力；120~160km/h客車的基本阻力相當(dāng)于5~7‰上坡道的下滑分力；因此，對于機(jī)車牽引的列車，哪怕是6‰這么小的上坡道，都能顯著改變列車的受力情況，直接結(jié)果就是列車受到減速度，速度逐漸降低。在平原地區(qū)，坡道有起有伏，問題不大；在山區(qū)，往往會(huì)遇到很長的坡道，列車速度必然受到影響。%t7Y*i-K+x5Y'z$`1.動(dòng)車組?，F(xiàn)有的A型動(dòng)車組，具體型號(hào)為CRH1、CRH2A、CRH2B、CRH2E、CRH5，最高速度250km/h（CRH1被做了手腳只跑200km/h是例外），在相應(yīng)的無限長上坡道上可以達(dá)到的速度：(\/|)d+X9[7C2N!T6‰——250km/h；12‰——不小于200km/h；):18‰——CRH1和CRH2約170~180km/h，CRH5約165km/h；??可知，在石太、宜萬、渝利、貴廣等限制坡度達(dá)18‰的線路上，A型動(dòng)車仍然能達(dá)到很高的速度。實(shí)際線路中除了爬山路段，坡度不會(huì)連續(xù)這么大，動(dòng)車速度還能進(jìn)一步提高；而且動(dòng)車有強(qiáng)大的再生制動(dòng)性能，下坡制動(dòng)問題不大?？梢哉f，新建線路中A型動(dòng)車運(yùn)行速度達(dá)到200km/h是很容易的。6^!w-k+z#L/q??L&N-L現(xiàn)有的C型動(dòng)車組，具體型號(hào)為CRH2C、CRH3，最高速度350km/h，在相應(yīng)的無限長坡道上可以達(dá)到的速度如下：%E&U;t3_4R6‰——310km/h；%p;N7R#@??b;U+_12‰——270km/h；3k!m%K&\3F2}18‰——CRH2C約235~240km/h，CRH3約230km/h；??這類動(dòng)車單位功率比A型車大了50%，因此爬坡能力更強(qiáng)。如果鐵道部能夠區(qū)分線路類型，在坡度較大的線路采用增強(qiáng)功率的A型車，即可充分利用線路設(shè)計(jì)速度。#f)C8j:M*z'Y!e(H2.機(jī)車牽引的客車??選取3種機(jī)車進(jìn)行比較，一是現(xiàn)有的SS7E/9G即6軸4800千瓦機(jī)車，二是4軸6400千瓦機(jī)車，三是6軸9600千瓦機(jī)車；牽引重量一律按長途客車的1000~1100噸計(jì)算。4800千瓦機(jī)車：2‰~160km/h，4.5‰~140km/h，12或13‰~90km/h，18‰必須雙機(jī)；??D;N.^7v(M.h6M&n"a6400千瓦機(jī)車：5或6‰~160km/h，12‰~120km/h，18‰需要雙機(jī)；4H0R8J7q.O!E)q$U0S9600千瓦機(jī)車：12‰~155km/h，18‰~不小于120km/h；$Z._'[8w1A'e??可知，現(xiàn)有直流客運(yùn)機(jī)車只能在坡度平緩的路段跑出較高的速度，最大坡度能適應(yīng)到12~13‰，再高就需要雙機(jī)牽引，雙機(jī)的效果可以參考9600千瓦機(jī)車的數(shù)據(jù)。+D"_8|5Z0Q4r,c'H6c??另外，機(jī)車牽引客車下坡時(shí)制動(dòng)能力不如動(dòng)車，速度不會(huì)很高，暫時(shí)認(rèn)為與爬坡時(shí)相同。由于機(jī)車牽引客車的速度介于動(dòng)車與貨車之間，所以對曲線半徑的選取影響不大。3.貨物列車S%u;S$G1M#f8\/}"S??一般要求貨車以不低于機(jī)車持續(xù)速度通過限制坡道，我國鐵路貨運(yùn)任務(wù)繁重，貨車重量巨大，機(jī)車負(fù)荷高，遇到不長的大坡道速度就可能接近持續(xù)速度，尤其是功率較低的機(jī)車。6`0G.d0g??e9^3O)Y-L4X目前軸功率800千瓦的直流貨運(yùn)電力機(jī)車，持續(xù)速度約50~55km/h；:i9Q7Q1{6_&u軸功率1200千瓦的貨運(yùn)機(jī)車，如HXD1、2、3，持續(xù)速度約65~70km/h；軸功率1600千瓦的貨運(yùn)機(jī)車，如HXD1B、2B、3B等，持續(xù)速度約76~80km/h；??綜合制動(dòng)性能考慮，可以認(rèn)為，采用直流機(jī)車或HXD1/2/3型機(jī)車的線路，貨車最低速度為60km/h，最高速度80~120km/h；采用最新電力機(jī)車的線路，貨車最低速度80km/h。第三節(jié)．列車通過曲線的相關(guān)概念??列車在曲線上做圓周運(yùn)動(dòng)，必須受到向心力才行，這個(gè)向心力由鋼軌針對車輪提供。曲線路段的軌道，外側(cè)鋼軌高于內(nèi)側(cè)鋼軌，形成“超高”，列車走行其上，向曲線內(nèi)側(cè)傾斜。列車受到軌道的力，總的來看是垂直兩根鋼軌形成的平面，方向?yàn)樾毕蛏希瑢@個(gè)力做正交分解，可以得到：$l??|??e,M4\6B????1.垂直地面方向的力，與列車的重力平衡；(a)h%}3T7s????2.水平指向曲線內(nèi)側(cè)的力，提供了列車的向心加速度（可能只是一部分）；??由軌道支持力與鉛垂方向的夾角，就能算出軌道給予列車的向心加速度，而這個(gè)夾角可由“超高值”算出。"O-Q2d6].R1G+K根據(jù)物理公式，向心加速度=速度的平方÷曲線半徑6H:M8g7t6{曲線的超高，按照兩側(cè)車輪滾動(dòng)圓之間的距離1500mm（稍大于軌距）來計(jì)算。按照國際標(biāo)準(zhǔn)的米.千克.秒單位制，計(jì)算式子為：??b-E5r"y&x2[7_3y)I&B%uarctan[sin(超高值÷1.5)]×9.81=速度×速度÷曲線半徑$^%x,L8Z#B-c(l/p4v)P3K6t9q"O6u#~1O2X#X6p2p)j6W9{3x4k&N2K(}/i1})Y3F??但是，這個(gè)式子太復(fù)雜，實(shí)際使用中，列車傾角不大，sin與tan的值差別很小，超高160毫米以上才會(huì)引入1毫米以上的計(jì)算誤差；而且超高值的單位一般為mm，而列車速度單位是km/h，曲線半徑的單位是m,統(tǒng)一單位比較麻煩，因此，上式有一個(gè)簡化形式：%n)I-r8p0Y3f7u,i:M4o(A,r;U1V'J9g&]/a1S:M4\,N7C;\&@'k5P??w/W;s7g11.8×速度×速度=曲線半徑×超高)A4~2l2q0{4j/U??已知兩個(gè)值可以算出第三個(gè)，比如列車以120km/h的速度通過800米半徑的曲線，需要的超高為：11.8×120×120÷800=212（mm）,不必轉(zhuǎn)換單位。??實(shí)際的鐵路線路，最大超高是有限度的，比如上述曲線實(shí)際設(shè)置的超高為150毫米，無法完全滿足上述列車需要的超高，那么列車就會(huì)壓向外側(cè)鋼軌，由外側(cè)鋼軌針對輪緣提供一個(gè)向曲線內(nèi)側(cè)的壓力，提供額外的向心加速度，于是列車通過時(shí)存在沒有完全平衡的向心加速度，在列車上能感到往外甩，因此對外側(cè)鋼軌內(nèi)側(cè)面有額外的磨損，我們可以認(rèn)為列車通過曲線時(shí)存在212-150=62mm的“欠超高”。0U8d'V7{-w+S(e-q.]#r5x??同理，如果一列貨物列車以80km/h通過上述曲線，通過計(jì)算可知只需要94mm的超高，可是線路實(shí)際設(shè)置超高達(dá)150mm，那么列車就會(huì)壓向內(nèi)側(cè)鋼軌，由內(nèi)側(cè)鋼軌與輪緣作用抵消一部分向心力，在列車上能感到向內(nèi)倒，因此對內(nèi)側(cè)鋼軌內(nèi)側(cè)面有額外的磨損，我們可以認(rèn)為列車通過該曲線時(shí)存在150-94=56mm的“過超高”。'V8I;J)J7Z3G1W9j'X#@;M;a:u??由以上分析可知，除非所有列車速度一致，一般情況下列車通過曲線都存在或多或少的“欠超高”或“過超高”，它們與線路“實(shí)設(shè)超高”的大小都是有限度的：%g,E2c&h(s0q&{??“欠超高”太大的話，乘客感覺不舒適、對外側(cè)鋼軌磨損很大，列車甚至可能飛出曲線；7W;{5c,W4n+e??“過超高”太大的話，內(nèi)側(cè)鋼軌磨損嚴(yán)重；??“實(shí)設(shè)超高”太大的話，一旦列車停在曲線，有可能向內(nèi)翻倒，限于軌道結(jié)構(gòu)，也不容易保持。'\*o??^)Y6b2H??我國鐵路規(guī)定單線鐵路最大實(shí)設(shè)超高為125mm，雙線鐵路為150mm，高速鐵路為180mm。以下的分析按照：有碴單線鐵路最高125mm，有碴雙線鐵路150mm，無碴鐵路為180mm。.??關(guān)于欠超高，國內(nèi)沒有統(tǒng)一的規(guī)定,五花八門。性能好的車體加上舒適的座椅，可以允許較大的欠超高，但是我國鐵路取值比較低，普通鐵路一般70mm，困難90mm,個(gè)別110m；高速鐵路良好40mm，困難80mm——個(gè)人認(rèn)為這些值都取的比較小，實(shí)際上較大的欠超高主要出現(xiàn)在動(dòng)車上，而動(dòng)車的走形部件性能最好，座椅又很舒適的，乘客能夠承受較大的欠超高，所以通過最小半徑曲線時(shí)欠超高70mm不成問題，個(gè)別困難曲線達(dá)到90mm也不在話下。???過超高的取值也沒有統(tǒng)一的規(guī)定，個(gè)人意見是，貨車重量大，對軌道損壞嚴(yán)重，一般40~50mm，困難60mm就可以了；而中速客車跑在高速線時(shí)，由于重量輕，取到70mm甚至更高也沒問題?！唧w問題具體分析，一刀切是不行的p(t7j+w,i!|3@此外，國內(nèi)還有諸如“欠超高與過超高之和一般不大于110mm，困難不大于140mm”、“實(shí)設(shè)超高與欠超高之和一般不大于220mm,困難不大于260mm”……之類的非標(biāo)準(zhǔn)性規(guī)定，下面一節(jié)的分析多數(shù)情況參考這些規(guī)定，少數(shù)情況例外。第四節(jié)．詳解各種線路級(jí)別與最小曲線半徑的關(guān)系??現(xiàn)在進(jìn)入本帖的核心部分，分析幾種常見的線路種類中列車速度與最小曲線半徑的關(guān)系。以下的“超高”值是我自己設(shè)的，主要是為了方便分析，沒有固定的根據(jù)。把“超高”加上“欠超高”，得到的就是最高速度列車通過曲線需要的超高值，把“超高”減去“過超高”，得到的就是最低速度列車通過曲線時(shí)需要的超高值——這兩個(gè)是實(shí)際算出來的。9Y,[/Q9j??q8d一．首先是三種普速線路，最近幾年，隨著鐵路施工技術(shù)的發(fā)展和動(dòng)車組列車的引進(jìn)，設(shè)計(jì)速度低于200km/h的線路已經(jīng)淪為支線、邊疆開發(fā)一類的鐵路，或者是重載貨運(yùn)專線。普速線路單線居多，最大超高為125mm，貨運(yùn)比重大，因此盡量取較小的過超高值。最高運(yùn)行速度120km/h，假設(shè)貨車最低80或60km/h，則最小曲線半徑取值為（根據(jù)麗香線等的參數(shù)分析）：:一般1200米，超高取71mm，則欠超高70mm,過超高9或36mm；'[.])W8A;A(o8o困難800米，超高取120mm，則欠超高90mm，過超高26或67mm；+L$]"u-V.}8A,S0z5k'z2{2\7B&E??F;UB．最高運(yùn)行速度140km/h，假設(shè)貨車最低80或60km/h，則最小曲線半徑取值為（根據(jù)洛湛線等的參數(shù)分析）：一般1600米，超高取63mm，則欠超高80mm，過超高16或37mm；7i&J+|&W??W困難1200米，超高取95mm,則欠超高96mm，過超高32或60mm；.[8p&I;}+F(x6a5x1c3VC.最高運(yùn)行速度160km/h，假設(shè)貨車最低速度80或60km/h，則最小曲線半徑取值為（根據(jù)新黔桂線等的參數(shù)分析）：一般2000米，超高取80mm，則欠超高70mm，過超高42或59mm；+~.X!f*@2T*G困難1600米，超高取86mm,則欠超高101mm，過超高39或60mm；&j-g0r8W!b6m+h5d'F$j??從以上線路的數(shù)據(jù)可以看出，最高列車速度是最低列車的2倍以內(nèi)時(shí)，超高設(shè)置容易滿足客車和貨車的要求；當(dāng)客車速度達(dá)到貨車的2.67倍時(shí)，超高取值就不容易了，欠超高和過超高難以取舍，因此減少列車速度差是很有意義的，尤其是貨車提速。二．接下來是200~250km/h的客貨混跑的線路，當(dāng)今的熱點(diǎn)。這樣的線路為雙線，采用有碴軌道，最大超高可達(dá)150mm。這類線路一般最大曲線半徑為8000米，太大了檢修不易。D．最高運(yùn)行速度200km/h，貨車最低速度80或60km/h。這種線路，往往是最近幾年設(shè)計(jì)的，有的位于山區(qū)，很可能會(huì)由較老的貨運(yùn)機(jī)車牽引列車，因此貨車最低速度設(shè)為60km/h。最小曲線半徑取值為（根據(jù)新湘桂線等的參數(shù)分析）：9G8c'z+N5W8o(['R"@*v一般3500米，超高取64mm，則欠超高70mm，過超高43或52mm；;A0t1Q;K1v&o6Q6G!F.X&u困難2800米，超高取75mm，則欠超高92mm，過超高48或60mm；可見，貨車速度過低的話，曲線半徑必須放大，否則難以兼顧欠超高和過超高，有文章提出對于山區(qū)的200km/h級(jí)別線路，有必要把最小曲線半徑放大為4500米（困難3500米）。9k-V;D'o'i:P2C#d;R??@5r4P,_9R$[,h:Z.SE．最高運(yùn)行速度250km/h，貨車最低速度80km/h。我個(gè)人給出的最小曲線半徑取值為：一般5500米，超高取54mm，則欠超高80mm，過超高41mm；7}2P4`??X1c7J:i2G困難4500米，超高取73mm，則欠超高90mm，過超高56mm；??這類線路主要是陡峭山區(qū)的250km/h級(jí)別高等級(jí)線路，由于坡度大，即使采用軸功率1600千瓦的貨運(yùn)機(jī)車，貨車速度也可能低到80km/h，客車速度與貨車速度差距非常大，采用4500米這么大的曲線半徑，欠超高和過超高的值仍然踩限！可見，敢跟250km/h動(dòng)車混跑的貨車，必須采用新型大功率交流機(jī)車，保證運(yùn)行速度不低于80km/h，否則曲線半徑將大到可怕的程度，在地質(zhì)問題多多的山區(qū)根本就無法修建。)C4~)b/f#S&TF．最高速度250km/h，貨車最低速度120km/h。我個(gè)人給出的最小曲線半徑取值為：一般5000米，超高取77mm，則欠超高70mm，過超高43mm；困難4000米，超高取93mm，則欠超高90mm，過超高51mm；??這已經(jīng)是很理想的狀態(tài)了，假設(shè)貨車功率足夠，速度保持120km/h，實(shí)際上是很難的。因此，250km/h客貨混跑的線路（或者說是提速到250km/h的混跑路段），最小曲線半徑都應(yīng)該在4000~4500米甚至5000米。事實(shí)上合武等線的最小曲線半徑就是4500米。)N#m6k1p1M!x'三．現(xiàn)在看看三種只跑客車的“城際”型線路。這類線路可能采用無碴軌道，因此我給出的超高值較大，由于都是動(dòng)車組運(yùn)行，允許的欠超高和過超高也比較大。&K6R(J8S??M7P8eG．250km/h高速車與160km/h低速車混跑，由于不同列車的速度差很小，因此只需很小的曲線半徑即可，我個(gè)人給出的最小曲線半徑取值為：一般4000米，超高取123mm，則欠超高60mm，過超高48mm；8R)n8F/V&q困難3000米，超高取156mm，則欠超高90mm，過超高55mm；??y2l!Y"A,nH．300km/h高速車與160km/h低速車混跑，我個(gè)人給出的最小曲線半徑取值為：一般5500米，超高取125mm，則欠超高66mm，過超高70mm；困難4500米，超高取153mm，則欠超高80mm，過超高86mm；9l7U-B2M0k'A(ZI．300km/h高速車與200km/h低速車混跑，我個(gè)人給出的最小曲線半徑取值為：一般5000米，超高取150mm，則欠超高60mm，過超高56mm；困難4500米，超高取170mm，則欠超高63mm，過超高65mm；+z4P;L??I)y-L9[3I*t;^??對