关键词： 重载铁路   影响系数   非赫兹接触   Archard磨耗模型  

摘要： 为了探讨重载铁路平曲线超高对钢轨磨耗的影响,首先利用有限元方法求解了轮轨法向接触影响系数,然后建立了详细的钢轨磨耗预测分析模型,模型包括车辆-轨道耦合动力学模型、修正的轮轨非赫兹法向接触模型、轮轨切向接触模型和Archard磨耗模型,并用现场实测结果验证了预测模型的正确性。利用该模型计算分析了曲线超高对重载铁路钢轨磨耗的影响。结果表明:假定车速为60 km/h,在曲线半径450 m线路条件下,曲线中点处外轨的侧磨量大于垂磨量;随着通过总重的增加,钢轨磨耗宽度,垂磨量呈阶梯状发展,磨耗宽度在磨耗初期发展迅速,随后趋于稳定;在曲线超高0.05 m、0.07 m、0.09 m,线路半径1 000 m的条件下,随着外轨超高增大,外轨磨耗有增大的趋势,内轨磨耗有减小的趋势,主要原因是轮对横移量比轮轨法向力对钢轨磨耗的影响更加明显。

关键词： 高速列车   车轮多边形磨耗   轮轨力   高频振动   车辆轨道耦合动力学模型  

摘要： 列车车轮多边形磨耗会显著加大轮轨相互作用力和转向架关键部件振动幅度,恶化车辆系统和轨道部件的工作环境,严重时将会威胁到行车安全。基于三维车辆-轨道耦合动力学模型,用谐波叠加法模拟车轮多边形磨耗,作为车辆轨道耦合动态行为分析时的激励输入,计算车轮多边形磨耗阶次、车辆运行速度和运行里程对轮轨力的影响,并分析车轮多边形磨耗与轮轨力之间的相位关系;建立转向架系统高频振动全有限元模型,以时域轮轨力作为模型输入,分析车轮多边形磨耗参数对转向架轴箱、构架振动响应的影响。计算结果显示,随着列车运行速度、车轮多边形磨耗幅值和阶数的提高,轮轨垂向作用力波动范围和转向架振动响应均会显著增大。所得的结果可为高速列车车轮多边形形成的机理和抑制措施的进一步研究提供参考和指导。

关键词： 车轮踏面设计   轮轨接触关系   等效锥度   车辆稳定性  

摘要： 针对某型动车组运营过程中出现的转向架蛇行失稳报警和车体低频晃动等问题,结合S1002CN型车轮踏面与实测钢轨打磨前和打磨后轨面的轮轨接触特征,将车轮踏面接触区分为踏面喉根圆接触区、常工作区和踏面端部接触区三部分,并对其外形进行改进设计（称为LMB10型车轮踏面）。改进的LMB10型车轮踏面保持工作区的轮轨接触关系,减小轮缘厚度并平缓轮缘根部,降低了由于高等效锥度带来的转向架蛇行失稳报警风险;同时增大踏面端部斜率,降低了由于低等效锥度带来的车体低频晃动风险。仿真分析和线路试验结果表明,改进的LMB10型车轮踏面与标准CH60型轨面匹配的等效锥度降低至0.105,增大了轮轨间隙,与打磨前后轨面匹配适应性增强,改善了车辆的蛇行运动稳定性、运行平稳性和曲线通过性能。在线路运营考核中,改进的LMB10型车轮踏面镟轮周期最长达39万公里,在整个运行过程中始终具有良好的动力学性能。

关键词： 钢轨波磨   车辆轨道耦合动力学   轮轨   磨损   残余波磨  

摘要： 概述了钢轨波磨研究现状及现有钢轨波磨计算模型。基于刚柔耦合的车辆轨道耦合动力学模型、改进的轮轨非赫兹滚动接触力学模型、钢轨材料摩擦磨损模型和磨耗叠加计算模型,建立整车-无砟轨道钢轨波磨计算模型。其中刚柔耦合的车辆轨道耦合动力学模型可以同时考虑钢轨、轨道板柔性以及钢轨周期离散支撑条件等因素;改进的三维非赫兹接触模型考虑不均匀磨损对轮轨接触的影响;材料摩擦磨损模型考虑自旋对磨耗的贡献。钢轨波磨计算模型考虑了轮轨之间的动力作用对波磨形成和发展的影响,以及波磨导致接触表面改变后其对轮轨接触及动力学的反馈作用。该模型可以模拟整车八个车轮和钢轨相互作用所形成的波磨。利用该模型再现了现场残余波磨的初期演化情况,该项研究可为钢轨波磨的减缓和治理提供理论基础和技术手段。

关键词： 高速电梯   轮轨耦合   导轨振动   接触参数  

摘要： 电梯的不断提速使得导轨的振动越来越明显,降低了高速电梯运行的舒适性和安全性。因此,对在高速状态下电梯导轨振动响应的研究势在必行。文章基于达朗贝尔原理,从轮轨及滚轮与轿厢间的相互作用关系出发,建立了轿厢—滚轮—导轨大系统的耦合动力学模型;采用变量离散下的新型显式二步数值积分法,借助MATLAB软件进行数值仿真,研究了各结构参数对导轨振动的影响规律。结果表明:高速电梯轿厢系统与导轨耦合作用下,导轨的水平振动响应不可忽略且表现出振动挠度和震荡2种形式;导轨表面不平度主要影响导轨震荡,且幅值随其表面不平度增大而增大;轮轨预紧力对导轨振动挠度和震荡均有显著影响,当预紧力取值分别为10、20、40 N时,导轨振动挠度幅值分别为1.9×10^(-5)、3.4×10^(-5)、6.8×10^(-5)m,其振动挠度近似成倍增加,同时导轨的震荡幅值则逐渐减小。

关键词： 高速铁路   轮轨关系   硬度匹配   摩擦磨损   轮轨磨耗  

摘要： 针对我国高速铁路轮轨关系中钢轨磨耗小、车轮存在凹磨和多边形磨耗、车轮镟修周期短和维护成本高等问题,从轮轨硬度匹配角度,开展轮轨材质硬度摩擦磨损小比例试验、现场轮轨磨损规律测试试验、轮轨磨耗仿真计算等研究,对轮轨硬度匹配指标和方案进行探讨。研究结果表明,轮轨硬度比控制在1.00∶1.00以上,可有效减小车轮磨耗;提高车轮硬度,可抑制和减缓多边形磨耗的产生。建议适当提高我国应用车轮的硬度,推广我国自主研发的强韧性兼备高硬度车轮,延长车轮镟修周期,节约养护维修成本。

关键词： 高速铁路   轮轨关系   钢轨波磨   车轮多边形   车轮镟修  

摘要： 结合我国高速铁路车辆运用实践及试验数据,探讨高速铁路轮轨关系发展中的相关技术。研究高速铁路晃车、横向加速度报警的影响因素,指出车辆晃车与横向加速度报警具有对立统一性,并提出轮轨匹配等效锥度是诱发车辆横向加速度报警的主要原因;阐述高速铁路钢轨波磨及动车组车轮多边形发展的特点及影响因素,初步指出造成钢轨波磨与动车组车轮多边形的原因是轮轨系统不良而诱发的耦合振动,二者具有明显的相生相伴特征;针对目前轮轨关系存在的技术问题,建议开展线路条件下的轮轨关系服役技术研究;为维持良好的轮轨关系,应充分结合动车组运用状态、线路运用状态以及动车组运营组织特点,制定合理的车轮镟修及线路打磨策略。

关键词： 轮轨噪声   边界元法   隧道声场   声线跟踪法   地铁  

摘要： 轮轨系统的噪声是城市轨道交通振动噪声的主要组成部分,且城市轨道交通尤其是地铁的主要线路都在隧道内,所以轮轨噪声的形成机理以及隧道空间内轮轨噪声的声场特性是地铁噪声的重要研究方向。本文首先建立钢轨和车轮的振动计算模型、声辐射计算模型,并计算轮轨区域的辐射声功率。其次,建立隧道内轮轨噪声及隧道混响声场预测分析模型,预测相关场点的声学响应,研究轮轨噪声源在隧道内和明线上形成的辐射声场特性。论文主要研究工作如下:(1)运用频域轨道结构振动特性模型,对固定点简谐激励下钢轨的垂向振动进行了计算。运用模态叠加法计算车轮振动,并通过力锤敲击试验验证。利用轮轨联合粗糙度除以轮轨和接触区域的联合导纳计算得到轮轨接触力,并计算了轮轨粗糙度激励下的轮轨系统振动。(2)建立了基于求解Helmholtz积分方程的二维和三维直接边界元轮轨噪声预测模型并编写了数值程序,对单元数量、单元类型、CHIEF点位置和个数、高斯积分点数对程序计算结果的影响进行了讨论,通过与相关理论模型、商业软件的计算结果进行比较分析,验证了仿真模型的有效性。(3)利用二维直接边界元程序计算了钢轨自由场的声辐射效率,然后又计算了轮轨力激励下的钢轨声辐射。采用三维直接边界元计算了轮轨力激励下的车轮声辐射。结果表明,轮轨噪声中钢轨主要贡献频率范围是0-1600Hz,而车轮的主要贡献频率在2000Hz以上。(4)建立了基于声线跟踪法的隧道内轮轨噪声及隧道混响声场预测模型,计算得到相关测点的声学响应,并通过试验结果进行验证。基于验证的预测模型,计算隧道内和明线上轮轨噪声的声场特性并进行了对比。研究发现,在60km/h速度下,隧道内轮轨附近噪声声压总值高出明线上约6.2dBA。基于验证的预测模型,计算分析了隧道截面形状、隧道吸声、车体边界对隧道内轮轨噪声形成声场的影响。研究发现,在尺寸接近的情况下,圆形隧道和矩形隧道内声场总体相差不大,有明显差距的区域在靠近车体侧墙和车体顶部;隧道边界安装吸声材料对轮轨附近区域降噪效果不明显,而对车体侧墙和车顶周围区域降噪效果显著;没有车体边界时隧道内声场更均匀,有车体边界时隧道内时轮轨附近声压总值增加2.5dBA,侧墙和车顶附近小部分区域声压减小。本文的边界元研究可为边界元数值计算实现提供参考,对隧道内声场的研究可以为隧道内运行的车内噪声预测及其控制研究提供依据和参考。

关键词： 轮轨接触   轮轨冲角   激光线   图像处理算法   椭圆检测  

摘要： 随着铁路高速化和重载化发展,轮轨间相互作用更加剧烈,容易引发轮轨间磨耗严重、接触疲劳和脱轨等故障,所以监测、分析轮轨接触参数对行车稳定性和安全性有重要意义。列车通过大坡道和小半径转弯区域时会引起轮轨接触状态多变,冲角增加,从而导致非正常磨耗增加。冲角作为轮轨接触状态评估的一个重要指标,不仅在提高行车安全性及舒适性方面起决定性作用,也是轮轨磨耗测量中的重要参数。本文分别就列车在直行和转弯两种场景下的轮轨接触冲角变化量进行研究,针对两种场景特性分别利用不同数字图像检测方法来实现轮轨冲角检测。列车在直行情况下,因车体存在蛇形运动使轮轨间易产生轮轨位移、侧滚和冲角。文中将安装在转向架上的CCD传感器和红外激光源组成冲角图像检测装置,使激光线照在轨面上且与轮对运行方向一致,以此表示轮对运行方向,通过相机获取轨面图像来获取激光线和轨道边缘图像,并通过图像滤波、特征检测、直线拟合等步骤确定轨道边缘线和激光线准确位置,由此计算两者在图像中的角度,即轮轨瞬时冲角。列车通过转弯区域时,轨道弯曲程度不同导致轮轨接触情况复杂,使大冲角和大位移的情况时常发生。本文提出一种基于图形几何映射关系模型的轮轨冲角检测方法,该方法在相机成像原理的基础上,将相机固定在列车转向架的特定位置,构建几何成像模型使图像中车轮几何形态与其空间位置成单一对应关系,由此将车轮偏转角的检测转化为椭圆短轴测量,通过数学模型计算得出偏转角与图像椭圆在数值上的对应关系,并由车轮图像信息得到冲角量。为了确保轨道边缘检测的准确性,文中运用广义插值傅立叶变换来加快radon变换并改变最小插值误差来调节GIFT参数。另外针对背景复杂,噪声严重的车轮图像,使用基于边缘曲率及区域搜索的椭圆检测优化算法进行椭圆检测,并误差范围内,应用建立的映射模型实现了冲角检测。在最后,分别针对两种方法进行了模拟检测实验,以此验证方法的合理性和有效性。