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铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的.弯道处要求外轨比内轨高,其内外轨高度差h...

铁路转弯处的弯道半径r是根据地形决定的.弯道处要求外轨比内轨高,其内外轨高度差h的设计不仅与r有关,还取决于火车在弯道上的行驶速率.下图表格中是铁路设计人员技术手册中弯道半径r及与之对应的轨道的高度差h.
弯道半径r/m    660    330    220    165    132    110
内外轨高度差h/mm50100150200250300
(1)根据表中数据,试导出h和r关系的表达式,并求出当r=440m时,h的设计值;
(2)铁路建成后,火车通过弯道时,为保证绝对安全,要求内外轨道均不向车轮施加侧向压力,又已知我国铁路内外轨的间距设计值为L=1435mm,结合表中数据,算出我国火车的转弯速率v(以km/h为单位,结果取整数;路轨倾角很小时,正弦值按正切值处理)
(3)随着人们生活节奏加快,对交通运输的快捷提出了更高的要求.为了提高运输力,国家对铁路不断进行提速,这就要求铁路转弯速率也需要提高.请根据上述计算原理和上述表格分析提速时应采取怎样的有效措施?
(1)由于660×50=330×100=220×150为定值即hr=33m2,故可以求出当r=440m时h的设计值; (2)因为火车运动的轨迹圆沿水平方向,转弯中,当内外轨对车轮没有侧向压力时,轨道的支持力在竖直方向的分力平衡重力,在水平方向的分力恰好提供向心力,故有,再根据当θ很小,有:,即可求出火车转弯的速率v. (3)根据(2)中速率v的表达式即可找到可采取的有效措施. 【解析】 (1)分析表中数据可得,每组的h与r之乘积均等于常数 C=660m×50×10-3m=33m2 因此    h•r=33(或h=33)    ① 当r=440m时,有: h=m=0.075m=75mm                     (2)转弯中,当内外轨对车轮没有侧向压力时,火车的受力如图所示.由牛顿第二定律得:     ② 因为θ很小,有:       ③ 由②,③可得:        ④ 代入数据得:v=15m/s=54km/h (3)由④式可知,可采取的有效措施有: a.适当增大内外轨的高度差h; b.适当增大铁路弯道的轨道半径r. 答:(1)当r=440m时,h的设计值为75mm; (2)我国火车的转弯速率v为54km/h; (3)为了提速应采取的措施有:a.适当增大内外轨的高度差h;b.适当增大铁路弯道的轨道半径r.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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