关键词： 轮轨力响应   缓和曲线   低轨侧波磨   关键参数   重载线路  

摘要： 以探究重载线路运行参数对车辆通过缓和曲线低轨侧波磨区轮轨力的影响规律为目的,基于Simpack多体动力学软件搭建了C80车辆-轨道耦合多体动力学模型,利用Matlab生成美国五级轨道随机不平顺,叠加缓圆点前钢轨波磨时域激励作为模型输入,仿真得到在缓圆点处不同波长、波深波磨状态下,缓和曲线长度、曲线半径、超高、行驶速度等关键参数对轮轨力的影响。通过分析一位轮对的轮轨力变化趋势和其最大增长率,发现波磨侧的轮轨力受波磨影响较大;无波磨一侧轮轨横向力受波磨的影响比垂向力大;曲线参数中,各指标最大增长率均随速度的增加而下降;除高轨侧轮轨横向力外,其余指标均随曲线半径的增大而减小;缓和曲线长度和超高的变化,对各指标最大增长率没有明显的降低作用,甚至随着运行参数的增加,指标最大增长率反而增加。

关键词： 材料非均匀   分层模型   接触力学   轮轨滚动接触理论  

摘要： 除有限元外，传统轮轨滚动接触理论计算模型均基于材料均匀假设，为研究材料性能在非均匀条件下的轮轨接触问题，提出一种计算效率高于有限元的二维轮轨滚动接触理论模型。通过接触力学理论和分层模型，结合Fourier变换技术，得到存在非均匀层的钢轨在法向作用力下的位移基本解；通过积分和叠加原理，得到钢轨表面存在非均匀层条件下的轮轨接触力；以存在脱碳层的钢轨为例，分析钢轨脱碳层对轮轨接触力的影响。结果表明：随着钢轨表面残留脱碳层厚度的增加，接触斑尺寸增大，轮轨法向和切向接触力降低。计算结果与Carter理论、有限元结果进行对比，验证本模型的有效性，为存在非均匀层条件下的轮轨接触提供一种除有限元方法外的高效率的数值算法。

关键词： 长大坡道   低黏着环境   轮轨动态相互作用   稳定性   车辆-轨道耦合动力学  

摘要： 雨雪等天气导致的低黏着环境在长大坡道条件下直接影响车辆运行的稳定性与安全性。为研究长大坡道低黏着条件下的车辆运行稳定性，首先，构建考虑牵引加速行为的车辆-轨道耦合动力学模型，根据实验数据拟合随速度变化的黏着系数公式，以模拟长大坡道低黏着环境下车辆的牵引加速行为；随后，基于此模型，采用时域激励法，对比分析长大坡道低黏着环境下的轮轨动态相互作用并探讨牵引载荷大小、轨面不平顺以及长大坡道坡度3种因素对车辆运行稳定性的影响。研究表明，（1）在100kN的牵引载荷作用下，车辆在10‰坡度的长大坡道低黏着环境中加速时，轮轨横移量、轮轨法向力、纵向力均会随着速度的增加而逐渐偏移平衡位置，最终产生失稳现象。相比于无坡道，在10‰坡道上，车辆失稳速度提前约8km/h。（2）牵引载荷大小，轨面不平顺以及长大坡道坡度均对车辆稳定性有所影响。随着牵引载荷的增大、坡度的提升以及施加轨面不平顺，车辆失稳速度会提前。

关键词： 轨顶/轨侧摩擦系数匹配   轮缘磨耗型面   踏面磨耗型面   熵权TOPSIS法  

摘要： 针对车轮型面动态变化下的轨顶/轨侧摩擦系数匹配问题,跟踪测试2条线路在不同服役阶段下的车轮磨耗型面数据,建立地铁车辆动力学模型,分析车轮型面动态变化下轨顶/轨侧摩擦系数匹配对轮轨磨耗性能、轮对冲角、表面疲劳指数和脱轨系数的影响;以上述4个指标建立基于熵权TOPSIS法的多目标优化模型,得到轨顶/轨侧摩擦系数最佳匹配策略。研究发现:随车轮型面动态变化,轮缘磨耗型面和踏面磨耗型面的轮轨接触点发生不同程度的跳跃与集中,轮轨匹配关系恶化;轮缘磨耗型面在服役初期的综合性能主要受轨顶摩擦系数影响,随服役里程增加,轨侧摩擦系数的变化占据主导地位;踏面磨耗型面的综合性能指标主要受轨顶摩擦系数的影响;在车轮服役初始阶段、磨损早期、磨损中期、磨损晚期阶段,轮缘磨耗型面车轮对应的轨顶/轨侧最佳摩擦系数匹配分别为0.30/0.10、0.25/0.10、0.20/0.10和0.20/0.10,踏面磨耗型面车轮对应的轨顶/轨侧最佳摩擦系数匹配分别为0.20/0.15、0.20/0.30、0.20/0.35和0.30/0.15。

关键词： 地铁   测力轮对   轮轨接触点   轮轨力测量补偿方法  

摘要： [目的]列车运行过程中,轮对存在随机振动,导致轮轨接触点位置发生变化,进而影响轮轨力的测量结果。为了解决该问题,提出一种测量补偿方法。[方法]介绍了轮轨接触点位置变化对测力轮的影响;介绍了轮轨接触点位置变化后,轮轨力测量的补偿方案;通过仿真分析,验证考虑轮轨接触点位置变化的轮轨力测量补偿方案的有效性。[结果及结论]添加美国五级轨道不平顺谱激励后,轮轨接触点位置最大偏移量为17.53 mm,垂向力最大相对误差达到了22.85%;采用所提测量补偿方法后,轮轨垂向力最大相对误差为8.02%,测量精度明显提高。叠加尖弯不平顺谱后,脱轨系数最大达到了1.016 8,超过允许限度;采用无偏移标定系数计算出的脱轨系数为0.347 7,采用所提补偿方法计算出的脱轨系数为0.962 2,说明该方法能够更准确地反映出列车的运行安全状态。

关键词： Dynamic response  

摘要： In this study, a half-space 13-degree-of-freedom vehicle model, a double track model, and a train-bridge interaction model were integrated to form a combined people-train-rail-bridge interaction model to analyze the vertical Sperling index of the train body and passengers as realistically as possible. In this bigger, more complete, and novel model, the separation between the vehicle and bridge is considered. By comparing measured data and simulated results obtained using the proposed model with the Newmark-Beta algorithm, the effectiveness of the model was verified, and the results demonstrated that these two values were very close. Upon further numerical analysis, the dynamic responses of the train and the three equivalent human bodies at different train speeds were computed using the developed vehicle-structure dynamic analysis program with different abruptness values in the random rail irregularities. The results of these four dynamic responses revealed that the rail irregularities affected the vertical acceleration of the three equivalent human bodies and train, and the best Sperling index evaluation standard for the train was not fixed (as assumed when only considering the train body) but varied with the passenger position as the train traveled over irregularities. © Shanghai Jiao Tong University 2022.

关键词： 轮轨接触   蠕滑力   车辆动力学   非赫兹接触   蛇行稳定性  

摘要： 轨道车辆非线性临界速度计算结果完全取决于求解轮轨接触问题的准确性，而轮轨接触力又对车辆-轨道系统运动有复杂且高度非线性的依赖性，如接触斑的形状、接触位置的局部弹性行为和摩擦效应。因此，轮轨蠕滑力建模对于评估车辆非线性稳定性至关重要。为了评估轮轨蠕滑力模型对轨道车辆非线性稳定性的影响，基于非赫兹接触理论建立轮轨蠕滑力计算模型，利用降速法和BS EN 14363：2016确定车辆非线性临界速度，并与赫兹蠕滑力模型的结果进行对比。结果表明，轮轨蠕滑力模型对车辆的非线性稳定性评估有不同程度的影响，主要取决于轮轨接触斑的非椭圆化程度。相较于赫兹接触模型，非赫兹接触模型更适用于非线性稳定性评估，其中传统赫兹接触模型可能会在某些情况下错误估计车辆的动力学行为。

关键词： 轮轨黏着   动态效应   大蠕滑   “第二峰”现象   Polach模型  

摘要： 在1:3比例双盘试验台上开展了涵盖不同第三介质、速度及轴重的动态大蠕滑黏着试验，最高线速度250 km/h，获得了轮轨力、蠕滑率、黏着系数及黏滑曲线等动态测试结果，分析了黏着系数的动态变化特征和第二峰现象，并利用测得的振动加速度解释了部分动态现象。结果表明：轮轨力和黏着系数均呈现明显的动态效应，在液体第三介质下尤为突出；水介质下黏着系数波动范围不随速度显著变化，但其重要性因黏着水平的降低而愈发凸显，如在250 km/h速度下第一峰处黏着系数谷值仅0.020，动态低黏着风险加剧；在防冻液、油、肥皂水和水等介质下，黏着系数均值依次递增，第二峰仅在水介质下发生，而黏着波动在防冻液下极小；轴重13、14.5和17 t变化对动态黏滑曲线影响有限且不单调。最后，基于CR450动车组轴重下试验数据，构建了Polach架构的准稳态黏着模型及黏滑曲面，为试验结果应用及后续分析提供重要的参考。

关键词： 重载铁路   实尺轮轨试验台   钢轨   三维扫描   疲劳磨损  

摘要： 基于重载铁路的发展情况和真实轮轨系统，综合考虑机械和动力，设计并制造了1种可模拟重载铁路工况的实尺轮轨滚动试验平台，通过该试验平台探究了U75V钢轨在不同等级荷载作用下的表面磨耗演化规律，并结合三维扫描技术对钢轨磨耗量在本级荷载内随车轮滚动次数增长的变化规律和随荷载逐级增加的变化规律进行了定量研究。研究表明：在车轮滚动循环荷载下，钢轨表面磨耗以黏着磨损和疲劳磨损为主，且随着车轮循环次数的增加呈现黏着-疲劳交叉占据主导的规律；在同级荷载内，随着循环次数的增多，由于残余应力的累计，钢轨表面以黏着磨耗主导过渡到疲劳磨耗主导的周期逐渐缩短；随着荷载等级的增加，磨耗量成非线性增长，在疲劳磨损为主要磨损形式的循环周期内会出现磨耗量激增。

关键词： 测力轮对   轮轨纵向力   LM   超定元非线性方程组  

摘要： 由于地形条件的限制，越来越多的铁路线路设计不得不采???坡道，使得传统仅针对横向和垂向轮轨力的测力轮对技术已经无法解决后续运营维护阶段衍生的一系列问题，需要进一步开展纵向轮轨力测试技术研究。本文提出一种基于LM算法的纵向轮轨力测量方法。首先，通过有限元仿真计算验证纵向力的可测性并探明其作用规律，以此为基础设计纵向力测量电桥，将求解纵向力的问题转化为求解超定多元非线性方程组问题。利用阶次分解拟合任意角度下的标定系数，采用LM算法求解旋转角度与轮轨力。借助SIMPACK模拟列车不同条件下的爬坡运行状态，验证了本文方法的有效性并量化作用点位置对纵向力测量误差的影响。研究结果表明，本文提出纵向力测量方法具有较高的测量精度，其相对误差小于6%。