[00111746]列车脱轨分析理论与应用研究

　　列车脱轨危害很大。国际上百多年来未突破列车脱轨的理论分析难题，根本原因在于：国内外分别建立车辆、轨道振动方程组，不能考虑轮轨位移衔接条件；始终以轨道不平顺为车、轨横向振动激振源，丢掉了轮轨接触状态这个真正的激振源；始终以轨道谱作车轨横向振动随机分析，丢掉了轮轨接触状态的随机作用。因而算不出列车脱轨，抓不准列车脱轨机理，百多年来只好采用轮轨一点接触、车轮开始悬浮条件下的Nadal车轮脱轨系数为防止脱轨标准，然而，脱轨事故不断。该项目组经过近30年拼搏，提出了一套原创性列车脱轨分析理论： 　　（1）提出了“弹性系统动力学总势能不变值原理”及形成系统矩阵的“对号入座”法则，由此原理和此法则，建立了列车轨道（桥梁）系统（简称此系统）振动矩阵方程。由此系统横向振动的齐次性及其激振源——轮轨接触状态，找出了车辆构架横向振动波（简称蛇形波）为此系统横向振动激振源。由构架蛇形波的标准差为单位时间作的平均功及能量守恒与转换原理，提出了此系统横向振动能量随机分析理论。 　　（2）论证了列车脱轨机理是此系统横向振动丧失稳定；为制定保证列车不脱轨的设计判据指明了道路。 　　（3）提出了弹性系统运动稳定性的总势能判别准则，开拓了运动稳定性分析的能量增量方法，为此系统横向振动稳定性分析提供了能量增量思想。 　　（4）提出了一套此系统横向振动稳定性及列车脱轨能量随机分析理论：①提出了此系统横向振动失稳破坏及列车脱轨的条件为：输入此系统横向振动最大能量等于此系统横向振动极限抗力作功；②考虑轮轨位移衔接条件（车轮位移=钢轨位移+轨道不平顺+轮轨相对位移）及轮轨“游间”影响，首次建立了反映轮轨接触状态的此系统空间振动矩阵方程，首次算出了长大列车脱轨全过程及此系统横向振动极限抗力作功；③提出了极限抗力作功及输入最大能量的增量表示式；④建立了此系统横向振动稳定性及列车是否脱轨的能量增量评判准则。 　　（5）首次算出了21个长大列车是否脱轨实例，计算结果均与实际情况符合；首次算出了7例横向振幅超限桥梁的列车走行安全性，在设计车速以内不会脱轨，与长期超限振幅行车未脱轨的情况符合，被铁路局肯定和采用。 　　2005年5月铁道部科技司组织了专家会议鉴定了这套理论，结论为：“课题组实现了列车脱轨分析理论的重大突破，研究成果为原始创新，达到了国际领先水平，具有很高的实用价值和广阔的应用前景，为制定预防列车脱轨措施及预防列车脱轨标准提供了理论依据。”该项研究突破了列车脱轨理论分析的世界百年难题，发展了系统运动稳定性理论。