探究鐵路側坡高度對火車的影響

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1不同路堤高度時測風站位置及風速相關性

為了解路堤高度對線路周圍風速的影響，此處同時對cotγ=1.5，路堤高度h分別為6，8，10，12和14m這5種情況進行數值模擬計算。根據計算結果，取得軌面上方4.5m高度處水平線上速度分布曲線，同時給出了矢量風速和水平風速的大小)。可以看出：隨著路堤高度的增加，線路正上方及周圍風速明顯增加，因此，路堤存在明顯的增速效應。但線路周圍風速分布總體趨勢保持一致，都是氣流在路堤前方受到阻擋風速降低，在靠近路堤時風速迅速上升，在線路上方風速達到最大后在路堤背風側降低。矢量風速與水平風速在路堤前方有一定差距，且這些差距均隨著路堤高度的增加而增大，說明在路堤越高的線路上，使用水平風速測量儀引起的誤差將越大；但在背風側兩者之間的誤差較小。還可以發現，在路堤的前方矢量風速和水平風速兩者基本一致，到達駐點時兩者之間開始出現分離，但出現駐點的位置基本一致，因此，測風站可以安裝在駐點位置，避免測風儀讀數受到垂向風速的影響。在不同路堤高度下，同時考慮測風站處于上風區和下風區2種情況，測風站風速、路堤上方風速、氣象站風速以及三者之間的關系見表2。從表2可以看出：隨著路堤高度的增加，駐點所處位置與“n”點的距離越來越遠，駐點處風速及線路上方風速以及Ur/Umu，Ur/Umd和Ur/Uα則越來越大。對Ur，Umu，Umd和Uα進行擬合可得測風站風速、氣象站風速與線路上方最高風速的近似關系式：可以根據測風站或氣象站風速及風向，判斷測風站是位于上風區還是下風區，來推導線路上方風速，進而預測車輛的運行安全性，指揮列車在風區安全運行。對測風站與軌道左側“n”點的距離與路堤高度h之間的關系進行線性擬合得到公式：X1.949h46.444r(6)式(6)中相關系數R2=0.9992，因此，可直接依據式結合路堤高度確定測風站的安裝位置。

2結論

在軌面上方4.5m高度處的矢量風速和水平風速基本一致，采用水平風速儀能夠反映真實風速。測風站應當安裝在線路前方風速駐點處，其所在位置與線路左側端點的距離分別與路堤斜率和高度呈線性關系，但路堤高度對位置的影響較大。路堤邊坡斜率及路堤高度都會對線路周圍風速分布產生較大的影響：當路堤高度為10m時，線路上方風速與測風站風速或氣象站風速呈正比；當路堤高度在6~14m間變化時，線路上方風速與測風站(或氣象站)風速、路堤高度呈雙線性關系。當測風站位于下風區時，其規律性與測風站位于上風區時的一致，僅是相關系數發生了變化。

作者：蘇見信單位：香港鐵路總公司