关键词： 轮轨黏着特性   激光毛化   形貌取向   水润滑   冰润滑  

摘要： 轮轨黏着特性是影响列车牵引和制动的重要因素，轮轨黏着特性的研究对于列车安全平稳运行、减少轮轨疲劳和表面擦伤，以及降低脱轨风险都具有重要意义。轮轨之间的黏着特性主要体现在黏着系数上，影响黏着系数的因素很多，例如蠕滑率、速度、润滑介质特性、轮轨表面粗糙度和表面形貌取向等。　　本文主要研究激光毛化形成的车轮表面形貌取向对水润滑和冰润滑条件下运行的高速列车轮轨黏着特性的影响。根据弹流润滑理论，对于水作为润滑介质的情况，将轮轨接触按混合润滑情况处理，基于统一Reynolds方程方法计算了车轮表面具有纵纹、横纹、菱形三种形貌以及无激光毛化处理的随机形貌的黏着系数随蠕滑率、速度而变化的规律;对于零摄氏度以下，冰作为润滑介质的情况，首先计算了具有随机形貌的轮轨接触区压力分布，根据冰的相图和压力融化原理，将接触区分为混合润滑区域和固体（冰-钢）接触区域，在混合润滑区仍然用统一Reynolds方程进行计算，而在冰-钢接触区域，用退化的Reynolds方程，即Hertz方程进行计算，总的黏着系数是两个区域黏着系数之和。最后，计算了蠕滑率为0.02条件下纵纹、横纹、菱形三种激光毛化形貌车轮表面在0～-21℃温度范围内的黏着系数。　　本文主要结论是:　　(1)在水润滑条件下，激光毛化形貌有明显的增粘效果，其中，菱形分布增粘效果最明显，横纹优于纵纹;(2)对无量纲压力和膜厚的计算显示，载荷比是影响黏着特性的主要因素，载荷比表示固体承担载荷的比例，激光毛化技术可以有效提高载荷比;(3)冰润滑时，在相同的蠕滑率和速度条件下，黏着系数比水润滑情况更低，随着温度升高，冰润滑的黏着系数逐渐增加;(4)激光毛化形貌在冰润滑的条件下也有显著的增粘效果。

关键词： 轨道车辆   轮轨磨损   惯性参数   多体动力学仿真  

摘要： 本文在德国卡尔斯鲁厄理工学院车辆研究所针对轨道车辆轻量化研究的基础上，对于车辆部件不同惯性参数关于轮轨磨损的影响程度进行了敏感性分析，对之后的部件轻量化以及悬架参数的优化研究提供了依据。　　减少能源消耗以及减少二氧化碳排放正得到日益关注，因此车辆结构轻量化被广泛采用。在减重的过程中，由于轮轨磨损替换车轮以及轨道需要很高的维护成本，所以研究惯性参数关于轮轨磨损的影响是必要的。　　本文通过SIMPACK多体动力学仿真对轨道车辆轮轨磨损关于惯性参数做了敏感性研究，以便找出哪些惯性参数对于轮轨磨损有重要影响，哪些惯性参数由于对轮轨磨损的影响很小可以忽略不计。　　通过分析文献中的轮轨磨损模型，基于仿真时间选择合适的评价函数。对于仿真实验中所使用的轨道模型，为了很好地模拟现实中整条轨道的影响以及减少SIMPACK中的仿真时间，根据标准建立了一条虚拟的轨道集合模型。　　为了识别每个惯性参数对于磨损的影响，采用了散点图的敏感性分析方法。采用拉丁超立方抽样对每个输入参数进行了分层抽样，并通过SIMPACK-MATLAB联合仿真进行1000次仿真实验。　　在对影响最大的参数识别后，为了进一步研究敏感性分析，对于不同轨道半径下以及不同车辆载荷的仿真结果进行了对比。　　最后，为了对文中采用的轨道集合模型定性验证，将轨道集合模型的实验结果与德国莱比锡到马德格堡的真实轨道实验结果进行了比较。比较结果表明，采用轨道集合模型对于研究轮轨磨损关于惯性参数的敏感性是合适的。

关键词： 轮轨力   有限元   车轮多边形   连续测试   仿真模型  

摘要： 随着铁路事业的蓬勃发展,列车的轴重与运行速度逐渐提高,轮轨关系也趋于复杂。当列车运营到达一定里程后,列车车轮沿圆周位置方向呈现周期性磨耗,这种磨耗被称为车轮多边形化。车轮多边形化在地铁、普铁及高铁车辆都有发生,国内学者已经通过实测发现20阶车轮多边形。车轮多边形会对轨道各部件和车体本身产生严重冲击,使轮轨间产生冲击作用力,严重影响车辆、轨道各部件的使用寿命,降低乘客乘坐舒适度,威胁乘车安全性,车轮多边形问题已经成为了轮轨关系中亟待解决的重点、难点问题。由于车轮多边形形成机理复杂,并且会随着运营里程的增加而发生变化,对于如何识别车轮多边形,目前还没有较为准确的方法。因此,对列车车轮多边形识别问题进行详细而深入研究,具有重要的意义。本文应用轮轨垂向力连续测试方法,对车轮多边形识别问题进行研究。首先应用自主开发的轮轨垂向力连续测试系统在实验现场进行测试,采集到钢轨连续应变信号,并进行对比分析。根据多边形化车轮的几何特征,建立了“车体-多边形化车轮-轨道”动力学有限元模型研究了不同波深、车速和多边形阶数对轮轨力及轨道结构动力响应的影响。最后,将实测数据进行拟合,得到锯齿波函数,并以此函数作为多边形车轮识别的标定函数,对仿真模型中的多边形车轮进行识别。通过对现场实测结果与仿真结果的对比证明了轮轨垂向力连续测试方法的正确性,分析实测数据,提出能够进行连续标定轮轨力的锯齿波函数,并证明该函数不受车速影响。通过对仿真模型的分析,将车轮多边形按不圆阶数分为低阶(1-5阶)不圆和高阶(6-20阶)不圆。分析结果显示:低阶多边形车轮对轮轨垂向力影响较小,变化规律与高阶不同;高阶多边形车轮,随着车速、不圆阶数和波深的增加,引起的轮轨垂向力也随之增加。锯齿波函数对多边形车轮识别结果,较为明显的出现了符合各阶车轮多边形的特性,验证了基于轮轨垂向力连续测试方法识别车轮多边形的可行性。

关键词： 列车  

ISBN: (纸本)9787030561299

摘要： 本书主要介绍了列车运行安全过程中轮轨状态视频监测方法的原理及应用。全书共分为9章：第1章对列车运行安全监测的国内外研究现状作了介绍，第2章-第6章分别提出了轮轨冲角、摇头角、轮轨位移等轮轨接触状态参数的视频测量方法，并通过实验数据分析验证了各个方法的科学性和有效性。第7章-第9章通过组建机车运行模型对列车运行过程进行了仿真，为列车脱轨系数评判及列车脱轨预测提供了理论依据。

关键词： 70%低地板轻轨车辆   动态性能   车轮踏面   磨耗  

摘要： 随着国家城镇化进程的不断深入、城市人口的不断增加,现代城市交通问题日益凸显。轻轨交通以其运量大、运行准时、乘坐方便舒适等优势成为缓解现代城市交通压力、解决大城市交通拥挤的主要途径,其中低地板车辆是轻轨交通运输中重要的移动装备之一。但实际运营经验表明,低地板列车通过小半径曲线时,独立车轮和刚性车轮的踏面和轮缘均会产生较大磨耗。本文针对运用在长春轻轨三期工程的Q6W-1型70%低地板车辆车轮踏面磨耗严重这一工程实际问题,在对车轮踏面磨耗情况进行现场测试统计的基础上,通过动力学仿真计算的方法分析了车轮踏面磨耗对低地板车辆动力学性能的影响。首先,介绍了WS-2009型车轮踏面外形测量装置的结构特点和工作原理,通过现场测试的手段,掌握了Q6W-1型70%低地板轻轨车辆的结构特点和运营状况,获取了Q6W-1型70%低地板轻轨车辆踏面的磨耗数据。基于多体动力学理论,根据Q6W-1型70%低地板车辆的结构特点和工作原理,利用SIMPACK多体动力学分析软件建立了Q6W-1型70%低地板车辆的动力学模型。并介绍了Q6W-1型70%低地板车辆动力学性能的评价标准,为后续的动力学分析提供评价依据。最后,通过仿真计算的方法,对比分析了踏面未产生磨耗以及各个实测踏面磨耗车辆的动力学性能。结果表明:直线工况下,车轮踏面磨耗对Q6W-1型70%低地板车辆动力学性能的影响较小;曲线工况下,车轮踏面磨耗对Q6W-1型70%低地板车辆的轮轴横向力和脱轨系数影响较大,对轮轨垂向力和轮重减载率影响较小。

关键词： 高温超导磁体   同步直线电机   轮轨交通   电磁力  

摘要： 为实现高速铁路列车突破600km/h的速度极限,本文提出了一种与现有轮轨交通兼容的高温超导同步直线电机方案,并通过有限元方法建立了高温超导同步直线电机的仿真模型.设计并制作了小型实验样机,其定子由三相铜绕组与硅钢材质的铁轭构成,使用二代高温超导材料YBCO带材绕制车载磁体.通过实验方法验证了模型的有效性,并用该模型研究了高温超导线圈回路电流、线圈匝数和气隙对电机推进力和法向力等电磁力特性的影响规律.本文的研究结果为高温超导同步直线电机在轮轨交通领域中的应用提供了可行性依据.

关键词： 地铁车辆   轮轨关系   钢轨波磨   车轮踏面   外形优化设计  

摘要： 轨道交通为缓解城市交通压力，方便城市居民出行，促进经济发展起到了重要作用。但地铁的运用维护也需要较大的代价，其中轮轨的磨损和养护占有较大的比率，钢轨的曲线磨损、钢轨的波浪型磨损、车轮不圆磨损等问题导致车轮的频繁镟修。　　本文以轮轨滚动接触的接触几何计算方法、力学分析主要理论及计算方法为基础进行分析和研究，并提出适用于对到交通车辆轮轨接触的计算方法。对上海地铁2号线科技馆站和江苏路站附近的踏面外形测量数据，对测量数据进行统计与分析。并对该线路段的钢轨波浪型磨耗进行测量，分析其波长和波深数值，统计波长分布范围。结合实验测试数据，进一步对钢轨波浪型磨耗产生机理进行研究分析。采用各种软件对部分关键元素进行了全方面的定性分析。针对上海地铁曲线上的轮轨系统问题，测量现有钢轨的横截面廓形，获得了统计钢轨廓形，应用‘利用轮径差函数及钢轨外形方法设计车轮踏面’优化车轮踏面外形，建立轨道交通车辆的动力学计算和仿真模型，模拟并对比不同踏面外形的动力学性能、轮轨接触性能等参数，从而实现对车轮踏面的优化。　　本文对8号线的曲线段钢轨波磨情况进行现场查看和测量，并对曲线内轨波磨的形成机理进行研究。为了研究哪些因素轮对粘滑振动的影响规律，本文对钢轨的横向定位刚度、轮轨间的粘着水平、弹性体的刚度、曲线半径等因素进行分析和研究。利用本文提出的基于‘以轮径差函数和钢轨外形设计车轮踏面的方法’优化踏面外形，多目标参数优化结果的目标型线间的差异较小，设计的车轮踏面型线与实测钢轨外形间的轮轨接触几何参数匹配度较高。为了研究不同踏面的过曲线安全性、磨损性能及振动舒适性能，对DT015踏面、LM型踏面和DIN5573踏面采用MATLAB的自编动力学程序进行分析和研究。在以相同速度通过不同半径曲线的线路时，新设计的DT015踏面车辆的曲线通过性能整体优于另外的LM型踏面和DIN5573踏面车辆。所研制的踏面外形经动力学分析，与现有车轮相比具有更好的曲线通过性能，也符合8号线镟轮机床的要求。

关键词： 小号码道岔   转辙器   轮轨接触   脱轨机理   准静态条件   动态条件  

摘要： 道岔是线路上的薄弱环节,其轮轨关系较区间线路更为复杂,导致道岔区的行车安全性更值得关注。特别是小号码道岔,由于其铺设条件及养修状态较正线道岔及高速道岔更为恶劣,车辆脱轨事故频发。本文在总结国内外车辆脱轨理论研究现状的基础上,基于轮对模型对小号码道岔转辙器区的脱轨理论开展了深入的研究,主要研究内容如下:1.转辙器区轮轨接触关系研究通过对尖轨轨头刨切过程的分析,推导了尖轨平面线型和尖轨降低值等设计参数与尖轨轨头水平刨切路径和垂直刨切路径之间的对应关系,建立了尖轨空间三维型面及尖/基轨组合型面的计算方法,并与目前普遍采用的型面插值法进行了对比,验证了本文所提出的计算方法的精确性。针对道岔转辙器区复杂的轮轨接触状态,通过对转辙器区进行划分,较为详细的阐述了转辙器区可能出现的轮轨接触情况;在迹线法的基础上,通过对车轮进行分区域划分,解决了转辙器区轮轨多点接触求解的难题。结合尖轨空间三维型面及尖/基轨组合型面的计算方法,编制了转辙器区轮轨接触几何计算程序,既可在静态及准静态条件下对不同横移量及摇头角下的轮轨接触状态进行分析,又可作为轮轨系统动力学模型中的子程序。2.准静态条件下轮对脱轨理论研究建立了三维条件下轮对的脱轨分析模型,推导了车轮三维脱轨系数限值和轮重减载率限值的计算方法;从理论和试验两方面,对比了Shen-Hedrick-Elkins蠕滑力模型、Polach蠕滑力模型和Fastsim简化蠕滑模型计算的轮轨法向力、蠕滑力及脱轨系数的差异,确定了以Shen-Hedrick-Elkins蠕滑理论为基础的脱轨安全限值求解方法;研究了轮对摇头角(冲角)、摩擦系数、最大轮轨接触角和静轮重等因素对脱轨系数限值和轮重减载率限值的影响规律。3.准静态条件下转辙器区行车安全限值研究运用转辙器区轮轨接触几何算法及轮对准静态脱轨理论,分析了轮对在转辙器不同断面位置处脱轨过程中的轮轨接触几何关系特征,指出车轮在转辙器区脱轨过程中可能存在两次爬轨过程,并根据轮轨接触几何关系结果对转辙器二维条件和三维条件下的脱轨安全限值进行了研究。4.转辙器区轮对动态脱轨行为研究建立了适用于转辙器区动态脱轨分析的弹性定位轮对动力学仿真模型,采用将求解轮轨法向弹性压缩量转化为求解轮轨垂向相对位移的方法,实现了对轮轨接触及分离状态的判别,更适用于轮对动态脱轨的仿真分析。对轮对侧逆向和侧顺向通过转辙器时的动态脱轨行为进行了仿真研究,结果表明,轮对侧逆向通过转辙器时,车轮在尖轨顶宽5mm0mm范围内容易爬上尖轨;而轮对侧顺向通过转辙器时的爬轨点则位于尖轨顶宽5mm前的基本轨上,即车轮的爬轨过程是在基本轨上完成的。由此造成轮对侧逆向通过转辙器时脱轨风险要明显高于侧顺向通过转辙器的情况,因此应特别注意防范轮对侧逆向通过转辙器时脱轨的发生。5.小号码道岔转辙器行车安全性提升技术对小号码转辙器区的行车安全性限值与我国现行的行车安全性评价指标限值进行了对比,表明我国现行车辆安全性评价指标限值在尖轨顶宽5mm5mm范围内并不适用。考虑到对小号码转辙器区制定专门的评价指标限值并不现实,以此确定了从岔前平面线型和尖轨降低值优化两个方面对小号码道岔转辙器区行车安全性进行提升的技术路线,并以5号单开道岔为例进行了相关研究。

关键词： 桥式起重机   轮轨接触   轨道断裂   连接挡板  

摘要： 某钢厂450t桥式起重机属于重载设备，在工作时出现支撑结构形状及其位置的变化，由此会使车轮和轨道接触异常导致轨道受力异常。在吊车运行时，伸缩缝一方面由于尺寸变化产生应力集中。另一方面，当整个重型起重机的载荷作用到轨道伸缩缝时，现场均出现此处强度不足现象。但现场两条轨道之间的伸缩缝是由一块传统的矩形板块连接，远远不能满足重载要求，导致此处是最薄弱环节所在。因此断裂部位也主要集中于伸缩缝部分轨道接头截面变化处。本文利用有限元方法以450吨桥式起重机系统结构为研究对象其对轮轨接触状态进行全面的分析研究，主要研究内容包括以下几点：　　(1)结合起重机轨道接头断裂问题的研究现状进行针对性的理论分析，对轮轨接触的受力进行分析。运用经典力学理论建立物理模型，分别施加结构在车轮运动经过不同轨道连接接头下的外载荷进行计算。　　(2)对车轮和轨道结构、运行机构和支撑结构的有限元分析模型依据要求以及相关设计图纸，使用空间建模软件Solidworks建立。为了解决车轮在不同轨道接头处时的运动规律以及应力变化，利用现场实际的测量数据并且运用有限元软件ANSYS对比分析。　　(3)提出创新型挡板的概念，加大挡板和轨道之间的装配强度。对新结构的受力分析以及有限元仿真，都给出轨道之间的连接方式，解决由于挡板问题及轨道截面变化导致的轮轨异常接触。　　本文对在车轮经历不同轨道连接方式时的应力变形分析以及大车运行机构的强度刚度进行了有限元分析。依据轨道不同连接方式下车轮和轨道接触应力的改变情况以及关于运行机构的强度和刚度的改变状态，分析出了每种情况下的薄弱环节并提出了相应的改进措施，为轨道端头连接处的断裂分析提供了理论依据和解决措施。

关键词： 磁流变阻尼器   联合仿真   轮轨冲击力   控制策略  

摘要： 中国高铁以其舒适高效闻名于世,随着列车速度提高,轮轨相互作用加剧,列车振动加剧难以避免。高速列车横向振动对乘车舒适性的影响较大,车体横向减振的研究一直是国内外的热点问题。目前被动液压减振器以其结构简单,成本低廉等优势被广泛应用于列车二系悬挂的横向减振,但被动减振器是对线路情况综合调研后的折中选择,对多变的振动适应性较差;主动减振器根据激励变化及时做出反应,灵敏高效,但其耗能巨大,稳定性也较差;半主动减振器既具备主动减振器可控的性质,也具备被动减振器结构稳定的特点,目前已广泛应用于工程领域。在各种半主动减振器中,磁流变减振器以其结构简单,安全性高,响应迅速,能耗微小等优点近年来在列车减振领域发展迅猛。乘客对列车横向振动加剧的感知远大于垂向振动,列车二系悬挂横向磁流变减振器由控制策略控制输出力,控制策略的引入可有效控制列车横向振动,但与此同时却有可能加剧转向架与轮对的横向振动,如天棚阻尼控制策略。钢轨的磨耗伤损与轮轨接触状况密切相关,而且当单侧轮重减载过大时,极小的轮轴横向力也可导致车轮脱轨。列车二系悬挂横向半主动磁流变阻尼器的使用是否会加剧轮轨接触,对行车安全与钢轨维护带来不利影响值得探讨。本文首先在Simulink中建立磁流变阻尼器的参数化模型(即Dahl模型),在Simulink中模拟万能试验机对磁流变阻尼器的正弦加载,得到其阻尼力的动态特征,并与实验室万能试验机对磁流变阻尼器的动态测试结果进行对比,以此验证磁流变阻尼器参数化建模的正确性;其次基于Simpack-Simulink建立单自由度K-V交互模型,并与利用Simpack自带力元建模的单自由度K-V模型进行对比验证,说明Simpack-Simulink交互平台的正确性;然后在Simpack中建立高速列车动力学模型,并利用Simpack-Simulink交互平台实现可控磁流变二系横向减振器的建模,最后分别对在二系悬挂安装有被动减振器与可控磁流变减振器高速列车进行不同工况下的对比分析,探究磁流变阻尼器对轮轨冲击力的影响。结果表明:高速列车二系悬挂加装天棚磁流变减振器后,轮轨接触力虽然在时域上没有明显变化,但经过三分之一倍频处理后,可明显看出:中心频率5Hz以下轮轨接触得到有效抑制,在中心频率4Hz到80Hz范围内轮轨接触会加剧轮轨接触,在中心频率12530Hz的高频范围内,在天棚半主动磁流变阻尼器作用下轮轨横向接触力明显大于液压减振器,高频轮轨冲击力加剧可能会对钢轨正常服役产生不利影响。