当我们骑自行车快速通过弯道|超高高铁快速过弯道的奥妙( 二 ) 当我们骑自行车快速通过弯道

当以上方法无法很好地解决离心力问题时，聪明的铁路设计和施工者另辟蹊径，从改变向心力的施加者入手，引入“超高”的概念，通过设置外轨“超高”最终达到减小离心力的作用。超高的原理是什么
【当我们骑自行车快速通过弯道|超高高铁快速过弯道的奥妙】为了解决列车在曲线上运行所需要的向心力和轮轨间的磨损问题，保证列车能安全、稳定地满足设计时速，并可以经济、舒适地通过弯道，在当前的铁路建设中，人们常用的办法是将曲线段的外轨轨枕下的道床加厚，使外轨高于内轨。这种外轨与内轨的高差叫曲线外轨超高，如下图所示。

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超高原理图
外轨设置超高后，列车车体将向曲线内侧倾斜。列车车体所受的重力G可分解成两个分力，垂直于钢轨轨面的分力P和指向向曲线内侧的水平分力F ，水平分力用以提供列车在曲线上运行时的向心力，以抵消离心力的影响。通过超高的设置，把向心力的提供者由钢轨外轨变成了列车自身重量。只要超出的高度设置恰当，理论上，轮缘和外轨可以不产生相互作用的力，这会在很大程度上减轻列车轮缘和外轨的摩擦以及两者间的磨损，增加了运行安全系数，乘客在列车上也不会感觉到向外倾斜的离心力，提高了乘坐的舒适度。超高如何计算
超高示意图中有不少物理量，包括力G、P、F；长度s、h、l；角度α 。经过推导，可以得出最简化版的超高计算公式：

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在铁路超高的设计中，一般情况下， v取列车设计最大运行速度。如某条高速铁路设计时速为350千米，一般地段最小曲线半径为7000米，据上式可以计算出最大超高值为206毫米。当然，这只是理论计算的结果，我國《高速铁路设计规范》中规定，超高的最大设计值为175毫米。在实际应用中，超高设置要综合考虑各种因素才能确定。
根据物理力学的知识，仅仅通过垫高铁路外轨设置超高，利用车体倾斜时自身重力的分力便能为列车提供进行匀速圆周运动时的向心力。相比增加曲线半径的方法，这种方法大大节省了空间和建设投入，同时也不会降低列车运行速度，还能减少轮轨间的磨耗，为旅客提供更为安全、舒适、快速的乘车体验，体现了科技工作者对物理力学的巧妙运用。
来源：北京邮电大学出版

当我们骑自行车快速通过弯道|超高 高铁快速过弯道的奥妙( 二 )

当我们骑自行车快速通过弯道|超高高铁快速过弯道的奥妙( 二 )