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： 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。

关键词： 钢轨裂纹   故障诊断   种群熵   种群方差   多种群  

摘要： 本课题是通过研究列车通过时的钢轨裂纹噪声信号，运用信号处理算法和智能算法结合的方法，提取其中包含的噪声信号特征，建立能够真实反映钢轨裂纹噪声信号的数学模型，进而实现对钢轨健康状况的实时动态检测，从而提高我国列车运输安全的检测水平。在此背景下，本文主要完成了以下工作：　　构建了基于Labview的高性能采集实验平台。该平台以MEMS麦克风为基础，结合运算放大电路，以NI公司的USB-6210高性能数据采集卡为核心，在Labview环境下，可以完成复杂声音信号的采集和储存。　　针对基本遗传算法改进的小波包分解算法收敛速度低、容易早熟、故障诊断准确率不高等问题，提出了种群熵和种群方差理论对基本遗传算法中的交叉、变异算予进行改进，之后，选用最优保存策略优化选择算子。性能测试结果表明：该算法总收敛概率比基本遗传算法和自适应遗传算法分别高34.9%和9.5%，最优适应度的方差最小且所用时间最少。但该算法的收敛代数需要人为设定，因此提出多种群理论对此算法进一步优化，性能测试结果表明：二次改进算法的总收敛概率比基本遗传算法最多高51%，比初次改进的遗传算法最多高6%，并且稳定性更好，迭代次数更少，最大的不超过70代，没有停滞现象，同时不受固定迭代次数的限制。　　在实验室搭建了噪声采集系统，对不同尺寸的横向裂纹信号进行了采集;在对钢轨裂纹信号特征进行深入透彻分析的基础上，构建了同时考虑时域和频域信息的故障判据函数和代价函数，实现了信息的有效提取。　　对不同尺寸的横向裂纹信号进行在线故障诊断，考察了本文所提出的两种算法的诊断准确率，并与基本遗传算法的诊断结果对比分析。结果表明：当算法类型相同时，横向裂纹尺寸越大，平均检测准确率越高;当横向裂纹尺寸不变时，平均检测准确率按照基本遗传算法、初次改进算法、二次改进算法的顺序递增;二次改进算法的故障诊断准确率可达95.33%，与其他两种算法相比有明显提升，这说明二次改进算法更易检测出裂纹故障，具有更强的检测优势。

关键词： 高速铁路   轮轨型面   滚动圆半径差   轮轨匹配   优化设计  

摘要： 随着我国车辆运行速度的不断提升,作为车辆—轨道系统动力学基本问题之一的轮轨关系显得尤为重要,轮轨接触关系的机理越来越复杂,轮轨之间的相互作用加强,这必然会直接影响行车平稳性、安全性。良好的轮轨型面匹配能够得到理想的车辆运行性能,包括脱轨安全性、曲线通过性能、运行安全性和平稳性。为了获得良好的动力学性能,改善轮轨作用力和行车平稳性,有必要根据现有线路优化出更加匹配的车轮型面。目前,我国高速铁路主要采用60kg/m钢轨,为比较CHN60、60N钢轨与LMA车轮型面的匹配性能,建立了轮轨接触几何参数模型和动力学模型。结果表明:在轮轨接触几何方面,LMA与60N匹配时,接触点对分布较为集中,等效锥度较小。在直线运行稳定性方面,LMA与60N匹配时具有更高的临界速度、更好地车体横向稳定性,并且其他指标差异较小。在曲线通过能力方面,CHN60磨耗功小于60N钢轨型面,其他指标差异较小。因此,应该针对CHN60钢轨,以LMA与60N匹配时的轮径差为设计目标,优化出与其更加匹配的车轮型面。滚动圆半径差是决定车辆动力学性能的主要参数之一,决定着轮对的运动学和动态性能。根据轮轨接触几何特性,给出一种轮轨型面反向设计方法,该方法包括车轮型面设计、对称钢轨型面设计和非对称钢轨型面设计三部分。其以滚动圆半径差为目标,在已知钢轨廓形（车轮廓形）、滚动圆半径差曲线的基础上,采用二分法、斜率控制法及循环迭代的数值方法,得出满足设计要求的车轮型面（钢轨型面）,并编制了相应的Matlab程序。同时开展了轮轨型面设计方法的验证工作,通过对车轮型面、对称钢轨型面和非对称钢轨型面的反向设计,验证了设计方法的有效性。以CHN60钢轨为对象,以LMA与60N匹配时的滚动圆半径差为设计目标,对车轮型面进行优化设计。优化车轮型面具有更合理的接触应力,临界速度提高了10.8%,车辆横向稳定性提高了7%左右;通过曲线时,除了轮对横移量稍大外,车轮磨耗功、脱轨系数和轮轨横向力均有所降低。

关键词： 齿轮轨   化学热处理   半齿   渗碳  

摘要： 针对采煤机齿轮轨强度和刚度不足的问题,对齿轮轨热处理的渗碳工艺进行了渗碳工艺进行了改进;对改进的渗碳工艺进行了数值模拟分析,二次渗碳后的渗碳层厚度与预定值相差较小,二次渗碳工艺便可满足生产的需求;齿轮轨半齿不同位置的渗碳效果有所差异,但差距较小。

关键词： 高速列车轮轨   滚动接触疲劳裂纹   扩展机理   有限元分析  

摘要： 在高速铁路运输快速发展过程中,轮轨接触疲劳损伤问题日益凸显,影响了铁轨使用寿命。本文将采用有限元分析方法,对高速列车轮轨的滚动接触疲劳裂纹扩展机理进行分析,首先介绍了相关理论研究基础,进而通过构建有限元分析模型,研究疲劳裂纹扩展的具体影响因素,并提出几点缓解裂纹扩展的方法。