关键词： 车辆-轨道耦合动力学   重载铁路   钢轨波磨   轮轨相互作用   安全阈值  

摘要： 重载运输是提高铁路运能效率的有效方式,已成为我国铁路货运的主要发展方向。随着货车轴重的加大和运营速度的提升,尤其是轮轨的垂向相互作用力会不断增加,给轮轨之间的相互作用带来不利影响。钢轨波磨使得轮对和轨道结构振动加剧,影响车辆的安全性,因此会极大缩短轮对和轨道结构的使用寿命,甚至造成脱轨事故。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立重载货车-有砟轨道垂向耦合动力学模型,将车辆子系统、轨道子系统的数值振动方程,转换成矩阵形式,可以方便准确地求解车辆-轨道动力学的非线性方程;采用连续谐波模拟钢轨波磨作为轮轨间激励,编制仿真计算程序研究钢轨波磨对整体系统动力学响应的影响。在数值计算与分析部分,货车轴重分别选取25t、27t和30t,在60km/h、80km/h和100km/h的运行速度下,分析了不同波长和波深的钢轨波磨对重载铁路轮轨动态作用性能和货车运行安全性的影响;最后基于行车安全性能,确定了钢轨波磨安全控制限值。研究结果表明:(1)对于选定的钢轨波磨计算工况,假定波磨波长不变、波深增大,货车的轮轨垂向力、轮重减载率、轮对振动加速度、钢轨振动加速度随波深的增加而增大;波磨波深不变、波长增大,轮轨动力响应数值相应减少。(2)特别地,当车辆运行速度和波磨激励波长分别为60km/h和250mm时,此时波磨激振频率接近于轮轨系统振动频率,发生共振现象,导致轮轨相互作用加强。(3)当波磨波长从10mm逐渐增大到250mm时,不同轴重和不同速度等级下的各项轮轨动力响应指标,其变化趋势均随波长的增大而增大,在出现峰值后逐渐减小。在波磨波长大于临界波长的情况下,相应指标均随波深的增加而增大,并且在特定区段呈线性变化的特征。(4)根据临界波长与货车轴重、货车速度的关联关系,在相同计算条件下通过求解钢轨波磨波长和波深的安全阈值得出,如果波长大于临界波长或者波深小于临界波深,车辆将安全运行。

关键词： 轮轨力   有限元   连续测量   小波包   EEMD   车轮扁疤  

摘要： 随着列车的速度与轴重日益的提高和增加,轮轨关系变得更加激烈和复杂,铁路运输的安全形势变得更加严峻,所以轮轨力的准确实时测量显得尤为重要。轮轨力测量的方法中,地面测量轮轨力是比较精准和低成本的方法之一,通过组桥贴片,连接测试系统,从而记录和分析轮轨接触力的状态,判断是否出现安全隐患。列车在运行过程中,轮轨接触变化是非常复杂的。变化的接触作用导致了列车车轮和钢轨不同程度的缺陷。列车车轮和钢轨的缺陷将影响行车的稳定性、安全性,舒适性以及轨道的各部件的使用寿命。本文在中国铁路高速发展的背景下,以轮轨垂向力连续测量和车轮扁疤识别为主题,主要进行了如下的研究工作:1.利用ABAQUS有限元软件建立车轮-钢轨有限元模型,得到不考虑车轮扁疤和轨道不平顺的轮轨作用力仿真结果。在模型分析中,通过提取钢轨垂向位移和振动加速度以及弹簧变形量来分析列车无缺陷车轮行驶情况下,不同车速时,列车对钢轨状态的变化影响。结果显示了,不同车速对钢轨垂向位移变化的影响非常小,而钢轨振动加速度随着车速增大而增大。同时,车速对弹簧的变形量影响不明显,即对弹簧模拟的钢轨扣件的扣压力影响不大。2.提出了连续测试轮轨力的方法,建立有限元模型进行仿真分析,并且通过与缩尺模型试验数据进行对比,证明了理论和仿真模型的可行性和正确性。将本方法应用于实际地铁线路,并且得到了实际的轮轨力应变信号。为消除采集信号中存在的高斯白噪声,通过用小波包降噪结合EMD解相关算法,对实验仿真信号和实测的轮轨力应变信号进行分析处理。证明了该方法在信号降噪,提高信号分析的精度,突显信号的特征方面的有效作用。3.运用有限元软件建立了车轮扁疤的有限元模型,分析了车轮不同扁疤长度的轮轨冲击力特性,得出了轮轨冲击力随着车轮扁疤长度的增加而增大的结论。利用EEMD的分解方法来分析车轮扁疤引起的轮轨冲击力特征,进而对车轮扁疤进行识别。

关键词： 踏面形状   地铁车辆动力学性能   轮轨磨耗   影响  

摘要： 城市地铁建设是缓解地面交通压力的一种手段,当前很多城市都在加快地铁建设,我们就不同踏面对于地铁轮轨磨耗的影响进行分析,并对不同踏面形状对车辆两种动力学性能——稳定性和曲线通过安全性进行了研究,以了解不同踏面形状在地铁建设中应用的适合条件。

关键词： 道岔   轮轨动力学   车辆动力学   成功  

摘要： 7月10;4日,由轨道集团组织的2017年轮轨动力学及道岔专题培训班在山海关山桥培训基地成功举办。轨道集团所属研究中心、技术公司、铁福公司、九州铁物公司业务骨干员工共计40余人参加了培训。此次培训邀请了西南交大、山桥集团、北京局等单位专家就轮轨动力学、道岔结构设计与生产工艺、道岔现场维护等方面进行了专题培训;到中铁山桥集团、新铁德奥道岔有限公司进

关键词： 重载铁路   橡胶垫老化   双层轨道结构   动力学模型   动力学性能分析  

摘要： 在重载铁路中,轨下橡胶垫是轨道结构中十分重要的弹性部件,起着减振降噪的重要作用。近些年,随着重载货车轴重的增加和运营速度的提高,重载铁路的轨道结构所承受的荷载不断增大,进而导致轨下胶垫的老化速度加快,轨道几何状态难以保持,对货车运输的安全已经构成了严重的威胁。针对上述出现的问题,有必要深入研究胶垫老化现象对轮轨系统动力学性能的影响。本文基于多体系统动力学理论,针对以往研究中重载铁路轨道模型过于简化的问题,利用SIMPACK软件对其轨道模块进行细化分层,建立了具有双层轨道结构的30t轴重货车轮轨动力学模型。该模型能够分别调节轨下胶垫及道床结构的刚度和阻尼,解决了以往研究中胶垫和道床等部件的刚度和阻尼被集中的问题,使得理论研究更加符合实际。然后假定货车的运营时速分别为60、80以及100km/h,综合分析了轨下胶垫老化对整体系统动力学性能的影响。研究结果表明:在不同的车速下,当胶垫刚度取值在2000MN/m范围内逐渐增大时,车体的横向加速度和平稳性最大值均有微小波动;车体的垂向加速度和平稳性最大值呈小幅度增大;轮轨横向力和脱轨系数的变化趋势较为相似,两者的最大值均在小范围内波动且无规律性可寻;轮轨垂向力的增幅较为明显,在三种不同的速度下,其最大值的增幅依次为7.45%、9.37%和12.45%,因轮轨垂向力的增大会加速对轮轨系统的损伤,故应定期对其进行抽检并及时更换老化的胶垫;钢轨垂向位移和加速度随着胶垫刚度的增大均明显减小,其中胶垫刚度由20MN/m增至100MN/m时,钢轨位移的减小量就超过了60%,表明胶垫刚度对其位移的影响尤为显著;轨枕垂向位移和加速度均增大,相比轨枕的位移,胶垫刚度对其加速度的影响更为明显。假定胶垫刚度不变,货车速度对车辆和轨道的动力学性能均有较大影响。由上述结果可知,轨下胶垫老化(胶垫老化后刚度常大于200MN/m)会增大轮轨垂向力和轨枕垂向位移及振动加速度,加剧轮轨间的冲击力和磨耗以及轨下结构的振动,恶化线路条件;而线路条件的恶化又将反过来加剧轮轨间相互作用力,形成恶性循环。因此为延长钢轨、轨枕、道床和路基的使用寿命以及降低维修工作量和运营成本,应定期对轨下胶垫进行抽检并及时更换老化的胶垫。

关键词： 轨式输送机   轮轨系统   滚动噪声   振动   优化  

摘要： 散料物流一直是工业领域的重要环节,用户对如何实现散体物料的绿色输送需求越来越明显。市场也希望有能耗更低、噪声更小、污染更低或零污染的新技术引领行业进步,同时满足国内外市场需求。轨式输送机是新研发的节能型矿山散料物流输送装备,在同样的散料输送原始参数下,轨式输送机比传统输送机节能30%～50%,而且距离越长,节能、节材、节省成本效益越明显,保守估计,10km以上单机造价将减少1/4,节能超过40%。轨式输送与传统带式输送机的本质区别是通过结构设计的变革消除了传统输送系统能耗占比最大的压陷阻力,解决了我国传统带式输送机难以实现超长距离输送,系统阻力大,能耗高的难题。输送机运行过程中,由于设备转动、装卸料等原因会产生噪声污染。若输送线路穿越居住区,过高的噪声会影响人们的生活工作,严重时甚至危害人们的身体健康。随着现代工业的快速发展,噪声污染越来越引起人们的重视,如何控制降低产品噪声成为绿色设计的主要内容。为此,研究新型节能轨式输送机的噪声机理,实现该项新技术的绿色设计与制造,对我国散料物流的可持续发展具有重大社会及经济意义。本课题来源于山东省科技发展计划项目:轨道式散料输送系统开发(2013GZX20307),由力博重工科技股份有限公司和澳大利亚纽卡斯尔大学联合研制。本文主要对轨式输送机轮轨滚动噪声进行研究,对噪声源及轮轨滚动噪声机理进行理论分析;建立轮轨滚动噪声模型,探究轮轨相互作用关系和轮轨速度阻抗;基于搭建的样机试验台,对其进行振动加速度测试和噪声测试试验,采集数据对轨式输送机产生的振动噪声进行分析;最后在理论分析与现场测试的基础上,提出一系列轨式输送机减振降噪优化设计。

关键词： 刚-柔耦合   相关性   相关系数   时域   频域  

摘要： 由于客运列车行驶速度、行驶密度的不断提高,列车和轨道材料的服役环境日益恶化,各隐患问题日益严重,严重影响行车安全。当列车运行时,线路各种确定性、非确定性不平顺以及动力不平顺等作用下,都会加剧轮轨间的动作用力。运行过程中,可以看作一个动态的输入输出系统,当轮轨作用力不断发生变化时,构架载荷也在不断变化,同时也引起了构架动应力的不断变化。国内外大量的调查研究表明,许多铁路事故都是由于转向架焊接构架在复杂的交变载荷作用下引起的疲劳损伤造成的,构架作为高速列车的关键部件,其使用寿命受到高度关注与重视。就目前而言,对轮轨力、构架载荷以及构架动应力进行线路实测已经有了较高水平,但若通过其间存在的关联性,借助构架载荷对轮轨力进行预测,分析对构架动应力的影响,将具有较大的经济意义,也可以避免线路实测时对某些数据测试的不便性,也能通过相关性分析对实测数据的结果进行评价。本文研究构架载荷与轮轨力以及构架动应力之间存在的相关性,借助ANSYS有限元软件将转向架构架进行弹性化处理,在SIMPACK中建立刚柔耦合动力学模型,分别分析垂向、横向上存在的关联性。所做工作及结论如下:(1)在垂向上,轮轨力与构架载荷在不同速度下的相关系数均小于0.3,属弱相关;随着速度的提高,高频成分对轮轨力影响明显,而构架载荷由于车辆一系悬挂系统的阻尼减振作用,受到的影响有限,构架载荷的主振频率同一系悬挂的自振频率相一致;当车辆以300km/h运行以不同的波长作为激扰时发现频率在4Hz以上时,轮轨力与构架载荷之间有明显的相位差,为此不能忽视不同频率成分传递时相位差对相关系数的影响;而轮轨力与构架载荷在不同速度的有效值、幅值的变化情况之间有明显的相关性,根据构架的振动频率界定范围,分别分析在低、中、高频区域构架载荷和轮轨力的相关性,最后得出以一系悬挂自振频率的倍频、不同速度时构架载荷频率分布作为划分依据,以各频域区间有效值比值作为传递系数可以完成构架载荷与轮轨力时间历程的拟合,并对拟合曲线进行评价。(2)利用ANSYS分析在垂向作用力下应力大的点,运用瞬态分析方法分析在一定的载荷时间历程下,该点的动应力变化情况,由于构架载荷的频率成分绝大部分低于构架的一阶自振频率,所以用两者有效值比值作为传递系数,完成对动应力的影响分析。(3)根据横向作用力在时域以及频域的变化特征,提取关联信息,提出了横向构架载荷对横向轮轨力的拟合方法及步骤,以及横向作用力下对构架动应力的影响。

关键词： 轮轨系统  

ISBN: (纸本)9787030520685

摘要： 本书共六章, 第一章论述轮轨黏着的基本概念及研究方法, 第二、三章分别介绍干态和水、油、树叶、防冻液等轮轨界面第三介质工况下的轮轨黏着行为 ; 第四章从弹流润滑理论出发, 结合第三章中的研究成果, 建立水、油介质工况下的轮轨黏着数值仿真模型 ; 第五章系统谈论不同增黏方法的增黏效果及对轮轨损伤行为的影响 ; 第六章介绍轮轨黏着系数的测定及利用控制方法。

关键词： 踏面形状   地铁车辆动力学性能   轮轨磨耗影响  

摘要： 不同的车轮踏面形状与同一钢轨匹配时具有不同的轮轨接触几何关系,影响车辆的动力学性能.选择好合适的车轮踏面,不仅可以改善车辆的动力学性能,而且还能降低轮轨间的磨耗,减少制造和维修成本,提高车轮的可靠性.基于此,文章就踏面形状对地铁车辆动力学性能及轮轨磨耗影响进行简要的分析.

关键词： 轮轨式   带式输送机   结构设计   仿真分析   试验验证  

摘要： 目前普遍使用的是托辊支撑式带式输送机,带与托辊间所产生的摩擦、压陷、弯曲及托辊自转阻力损耗等不仅限制了输送带速、单位时间运载量,也使得输送机综合运营成本多年来居高不下。基于此,本课题提出了一种钢轮轨式带式输送机,利用钢轮轨运行系统的低摩擦高运速的特点,不仅使输送带传送速度大大提升,整个输送系统的结构尺寸得以缩小,单位行程的输送机载运量也得以提高,同时,输送系统更为节能降耗,综合运营成本低。论文主要研究内容及结论如下:(1)设计了轮轨式带式输送机的关键部件的结构:带上设计了“门”形支架,支架的横梁直接与输送带的上覆盖层进行胶粘,支架的两侧板由输送带上覆盖层至下覆盖层直接穿出,“门”形支架的两侧板尾端通过轴承等组件铰接带有凸缘的钢轮;在带的宽度方向的两侧增设了弹簧钢片,弹簧钢片设计为钝角形,其较长边与带侧边下覆盖层胶粘,另一边与支架侧板固定;“工”字形钢轨由输送机机架支撑;滚筒开有成对沟槽以适应成对钢轮的饶入。(2)分析研究了轨式带式输送机的运输过程、工作阻力及卸料轨迹。工作时依靠输送带与滚筒表面间的摩擦力牵引钢轮在轨上的传动,钢轮轮毂与钢轨踏面接触运行,钢轮凸缘与钢轨内侧趋于接触起到导向及防脱轨作用;输送过程的工作阻力主要包括物料流的弯曲阻力和轮轨接触滚动的摩擦阻力,远小于通用带式输送机的运行阻力;卸料时物料轨迹近似抛物线形。(3)利用ANSYS仿真,对轮轨式带式输送机进行了结构静力学及预应力模态分析。静力学分析表明:带、轨在工作载荷作用下的总变形极小,满足要求;弹簧钢一端固定,一端由120°逐渐转至90°的过程中,其应力云图显示,仅在弹簧钢两边相接处易发生最大应力集中,易断裂,因而需要对两边交接处进行倒圆角及加宽加厚优化设计;带、轮、轨的模态分析表明,在正常稳定有载工况下,三者无共振可能。(4)对钢轮轨式带式输送机进行了样机试制及试验,试验指标为:轮轨运行稳定性、输送带饶入、绕出滚筒碰撞情况、输送带下陷深度、输送带是否撒料、是否跑偏。试验结果表明:轮轨式输送机整体运行情况良好,运行稳定,但在近滚筒处的结构安装精度有待进一步的提高。