关键词： 机车轮缘   钢轨   轮轨润滑   轮缘干式润滑   移动式钢轨涂覆润滑车  

摘要： 轮轨磨耗是一个涉及诸多因素的问题,应综合处理。文章对吉林石化公司铁路运输部自备机车和铁路钢轨过渡磨耗的情况进行分析,并对该企业使用过的用于机车轮缘和钢轨润滑的各种润滑装置的实际应用效果进行比较,认为轮轨干式润滑的方式是减缓和解决轮轨过渡磨耗的最为有效地方式。

关键词： 磨损   ALE   有限元   疲劳   动车组  

摘要： 铁路自出现至今已有数百年历史,列车作为铁路系统中的重要组成部分,从早期的蒸汽机车发展到如今的电力动车组列车,速度越来越快,运输能力越来越强,在国民生活和经济发展中扮演着越来越重要的作用。磨损,做为一个几乎无处不在的现象,在列车运行过程中自然不可避免,尤其是在轮轨滚动接触摩擦过程中,磨损现象十分严重。如何防止磨损导致的故障,一直以来是铁路研究领域的一个热点问题。轮轨间的磨损不仅会缩短列车的使用寿命,更会对列车的安全运行带来严重的影响。磨损区域应力集中严重,是车轮踏面裂纹萌生的主要区域,如果裂纹未被发现而继续扩展,最终可能导致车轮断裂,造成严重后果。另外,磨损严重影响踏面的连续性和光滑程度,从而影响列车行驶的平稳性和舒适程度,通过镟修和更换车轮,可以缓解磨损的影响,但同时提高了列车的运营成本。所以无论从安全角度还是经济角度来说,研究车轮的磨损规律,都是十分必要的。ALE(arbitrary lagrangian eularian)方法是有限元分析中的一项十分重要的分析手段,有别于固固分析中常用的拉格朗日法,ALE方法可使网格和材料实现分离,材料可以脱离网格沿流线流动,使用欧拉法描述刚体运动,使用拉格朗日法描述相互作用下的变形,可大大减少模型的网格数量,提高计算效率,特别适合于稳态滚动问题的分析。本文使用有限元ALE方法研究车轮轮轨间的磨损,通过有限元建模,Abaqus静态分析以及稳态分析,并使用Archards磨损模型来研究CRH5型动车组车轮的磨损规律,得到了车轮踏面磨损程度的变化规律,磨损量沿踏面的分布规律,以及应力和接触斑的变化情况。在以上工作基础上,本文对车轮进行了疲劳寿命分析,结果表明因磨损致轮辋疲劳失效是CRH5型动车组车轮失效的主要原因之一。

关键词： 铁道机车车辆轮轨   摩擦磨损情况   节能降耗  

摘要： 近年来,出行事故时常发生,出行安全问题逐渐备受多方关注,作为出行主要方式的铁路运输方式的安全运行自然显得尤为重要.由于铁道机车运行基础是车轮和轨道,所以在二者相互作用时极易因不断摩擦而产生磨损情况,最终引发相关事故,对此,本文进行了相关研究与分析,并提出了相关节能减耗措施,望对相关机车运行过程提供帮助.

关键词： 接触动力学   高速列车   车轮非圆化   瞬态有限元法   磨耗预测  

摘要： 随着我国高速铁路的快速发展以及高速列车运营速度的不断提高,目前我国已经建成了世界上最大规模以及最高运营速度的高速铁路网。至2015年上半年我国铁路通车里程达到12.3万公里,其中高铁达1.9万公里,占世界高铁总里程的60%以上,居世界第一,基本覆盖了我国50万以上人口的城市。随着列车运营速度的提高,之前一些可以忽略的问题变得突出,高速列车车轮磨耗导致轮对非圆化就是其中之一。轮对磨耗不均匀导致轮对踏面出现不圆化,其外形也随之发生改变,从而导致轮轨接触几何也会发生变化。轮轨接触几何是车辆运行的核心,也是影响轮轨安全运行的关键因素,轮轨接触关几何对高速列车运行品质也具有较大影响。本文以我国动车组CRH2头车参数为研究对象,采用多体动力学软件UNIVERSAL MECHANISM建立相应的高速列车车辆动力学模型,模型中设置不同速度、轴重以及摩擦系数,在平直轨道上运行12s。计算得到不同速度下的轮轨接触振动特性,结果表明:轮对在运动过程中,轮轨垂向力随时间的变化曲线可以近似为呈周期性变化,周期约为0.1s;最大垂向力为115751.8N,最小为688.4N,分别是轮轨静载荷的1.938倍和0.012倍;轮对冲角的振动周期T=0.05s,最大振动幅值为1.568 mrad;横移的振动周期T=0.95s,振幅为3.3mm。选择某一时刻的位置接触参数作为有限元计算的初始条件,以动车组CRH2型的上LMA轮对和CHN60钢轨为分析对象,通过有限元软件ABAQUS建立大规模有限元模型,采用mixed Lagrangian-Eulerian方法建立高速列车轮轨滚动接触瞬态模型。通过计算结果分析得到轮对蠕滑以及磨耗的一般规律,结果表明:在轮轨振动行为下,轮轨接触位置与纵横蠕滑力实时变化,轮对横移与轮轨法向力越大,轮轨接触斑内纵横蠕滑力也越大、此时磨耗也越严重,从而导致车轮的非圆化磨耗。轮对踏面磨耗的周期性规律受轮对横移的周期变化和轮轨力周期变化的耦合作用,这也是车轮踏面出现复杂多阶磨耗的根本原因。

关键词： 高速铁路   钢轨打磨   打磨廓形   车辆系统动力学   容差性能  

摘要： 整个铁路运输系统里的主要组成部分包括钢轨和车辆,而钢轨承受着来自车辆的全部重量,必然会出现各种伤损。钢轨的养护维修,对延长钢轨寿命、提高铁路运行品质和安全性都具有重要意义。钢轨打磨作为钢轨养护的重要手段之一,通过钢轨打磨不仅能达到恢复钢轨原始廓形的目的,还能通过改变钢轨廓形,起到改善轮轨关系、预防钢轨伤损的发生和发展的作用。而在实际打磨作业中,由于打磨列车的工作状态和轨道线路的复杂状态等诸多因素会使得钢轨的实际打磨廓形与目标廓形之间产生一定的误差,这必然会引起轮轨关系发生变化,将这种钢轨打磨廓形容忍这些误差的能力定义为钢轨打磨廓形的轮轨关系容差性能。因此,研究钢轨打磨廓形的轮轨关系容差性能对于实际钢轨打磨作业具有很大的理论价值和现实意义,并能为制定钢轨打磨质量检验标准提供理论依据,本文的主要工作和结论如下：(1)首先对国内外钢轨打磨的研究现状进行了详细阐述,根据研究现状提出了本文的研究意义和方向。(2)调查发现国内常用的高速铁路钢轨打磨廓形主要有三种,包括CN60、60N和BST,并对比了三种打磨廓形的几何差异;通过轮轨接触几何和接触力学对钢轨打磨廓形的轮轨静态接触特性进行分析,并建立车辆系统动力学模型对钢轨打磨廓形的动力学性能进行分析,从以上两个角度对钢轨打磨廓形的性能进行综合评价。研究结果表明：将60 kg/m (CN60)以60N廓形为目标廓形所需的打磨量为39.6 mm2,而以BST为目标廓形所需的打磨量为11.4 mm2;三种高速铁路钢轨打磨廓形与LMa新轮匹配时的静态接触特性和动力学性能相差不大,而在与磨耗严重的LMa踏面匹配时的性能BST和60N廓形均优于CN60。(3)对国内某客运专线钢轨打磨进行了现场调研,分析钢轨打磨的工艺误差造成的廓形旋转、平移以及外形变化对钢轨打磨廓形性能的影响,研究了钢轨打磨廓形的轮轨关系容差性能。研究结果表明：钢轨打磨廓形对廓形旋转和平移具有较好的容差性能,而钢轨打磨工艺误差会造成打磨廓形几何外形产生不规则的变化,对其轮轨静态接触特性有一定影响,但对廓形的动力学性能影响不大。

关键词： 载荷辨识   轮轨滚动接触   最优控制   轨道-车辆系统   安全综合评判  

摘要： 轮轨作用力是评价铁路运行安全性的重要参数,为保障高速铁路的运行安全,对运行中的轮轨力进行监测并基于监测数据对轨道-车辆系统进行状态评判十分必要,这不仅要解决测试方法问题,还涉及一系列基础理论问题,是高速铁路关键技术之一。考虑到监测的经济性,易于维护性等因素,发展基于车辆响应的轮轨作用力辨识技术具有较大的理论意义和实用价值。基于杜哈密积分,在时域内推导了动载荷反演方法,并建立了单车轮和轮对垂向力辨识模型。该方法可以做到在线实时辨识。将辨识结果与正演结果进行对比,单车轮辨识轮轨力与正演模型中力的相关系数达到0.81,轮对模型辨识轮轨力与正演模型力的相关系数达到0.9,具有良好的相关性。为了解决二维平面内轮对运动方程数不足的不适定问题,基于蠕滑理论、车辆动力学模型和轮轨几何接触关系,创新性地建立基于滚动接触理论的轮对横向力辨识模型,即RC轮轨力载荷辨识模型。该模型以轴箱加速度、构架加速度作为输入,利用Newmark积分方法和弦截法对模型进行求解,辨识得到轮轨横向作用力,并探索出一套轮轨接触参数动态辨识方法。辨识结果表明：轮对横向力、轮对横移量及其它轮轨接触参数的辨识精度均达到0.7以上。为了解决测量不足的不适定问题,基于最优控制理论推导了整车轮轨力辨识模型,即OC轮轨力载荷辨识模型。该模型首先对动力学系统方程进行变换,将其转换成空间状态方程的形式;然后基于最优控制理论,将载荷看作最优控制策略,以测试加速度作为理想输出,设计最优控制器,推导了载荷辨识方法。该方法本质上是一个反问题,为不适定问题,利用SVD分解技术进行奇异值分解,解决了矩阵求逆的奇异性问题及收敛性问题。引入卡尔曼滤波技术,利用实测加速度对辨识轮轨力进行了正向修正,提高辨识精度,优化了辨识结果。结合RC和OC轮轨力载荷辨识模型,建立全信息的轮轨力载荷辨识模型,即RCOC模型,可以实现对轨道-车辆系统全部轮轨力的辨识：首先基于车辆动力学理论,列出动力学运动方程,建立车辆系统状态空间方程;然后结合OC轮轨力载荷辨识模型辨识出车辆-轨道系统的轮轴力及轮轨垂向接触力;然后基于RC轮轨力载荷辨识模型,辨识出车辆系统左右轮轨横向力。横向力与垂向力的辨识结果与正演模型输入力的相关系数分别达到0.65及0.8以上。分别利用仿真数据和实测数据对辨识模型进行了验证。首先基于商业软件,建立了CRH3型车辆动力学仿真模型,并利用武广、郑西实测数据对其进行了直线、曲线性能验证。利用盘营联调联试的车辆响应数据,对轮轨作用力进行了载荷辨识,并与测力轮对测试力进行了对比验证。横向、垂向辨识载荷与实测载荷的相关系数分别达到0.51,0.69以上。多指标综合评判是轨道-车辆安全状态评判的一大发展趋势。对单轮对脱轨机理进行了仿真分析,然后结合轮轨力辨识模型,提出了结合脱轨系数及轮对抬升量的综合评判指标。最后利用该指标对轨道-车辆的安全状态进行了综合评判,结果表明：利用综合指标对轨道-车辆的安全状态进行综合评判可以有效甄别冲击引起的安全指标过大的问题,在保障安全运营的条件下,提高评判的经济性。

关键词： 轮轨接触   有限元   热力耦合   对流换热   基础刚度   迎顺缝不平顺  

摘要： 经济的快速发展推动着铁路的快速发展,铁路的快速发展又推动着经济的快速前进,尤其在我国,这种相辅相成已然形成。列车需要克服摩擦又要依靠摩擦来提供动力,从世界上第一条铁路建成以来,这个矛盾一直吸引着各国科研工作者去潜心研究、取舍。轮轨接触复杂,虽已被大量研究者研究详细,因高温、高速化辅助监控设备的缺失,轮轨摩擦学受这些方面的制约慢慢发展到瓶颈,还有部分影响轮轨接触的边界条件考虑不细致。文中首先介绍了轮轨接触研究现状和发展历程(从动力学到摩擦学),轮轨接触研究中ANSYS有限元软件的引入,以及轮轨接触相关理论。建立了轮轨接触有限元模型,详细介绍了应用软件建模的过程,以及轮轨摩擦的三维非线性热传导方程,体现了应用数值模拟软件来研究轮轨接触问题可以大量节省人力、财力,甚至达到试验无法观测的效果。通过大量的文献查找发现大量的科研工作者在研究轮轨摩擦中忽略了对流换热系数和轨底基础刚度对轮轨接触特性的影响,铁路线路跨区域大,形成区间环境复杂,轮轨间的对流换热和轨底基础刚度均因区域变化而不同,作者通过建立轮轨接触有限元模型,模拟分析了上述两种边界条件变化对轮轨接触特性的影响;结果发现,1m/s、2m/s速度下的轮轨接触区最高温度时程曲线在不同对流换热下的发展趋势基本相同,2m/s无对流换热工况对接触区温度、接触压力、应力、接触面积影响很大,照比有对流换热的接触区温度高很多,1m/s情况下有无对流换热系数对轮轨的接触特性影响不大,变相说明不同速度下轮轨滑动生热功率不同,受到对流换热系数的影响也不一样,建议目前将车轮滑动速度设为1m/s、2m/s、5m/s的轮轨摩擦研究中,甚至是滚动研究中,不要忽略对流换热系数对轮轨接触特性的影响,具体问题具体分析,最好采用实验实测对流换热系数来研究;在不同基础刚度下,500MPa基础刚度的轮轨接触区最高温稍大于其他两种工况,从总体时程曲线来看,基础刚度对接触区温度的影响不大。随着基础刚度的增加,轮轨接触区的接触面积逐渐减小,从滑动伊始到温度时程曲线最大温度,轮轨的接触面积增大到2.2倍左右。静力分析过程中,轮轨接触区的等效压力和等效应变均随着基础刚度的增加而减小,在最大温升时刻,三种基础刚度的最大等效应力数值相等且温度基本一致。轨道迎顺缝的存在对铁路行车安全和旅客舒适度以及线路维修养护均有很大的危害,通过对0.1mm、0.3mm、0.5mm三种迎顺缝高度的轮轨接触模拟分析,得出了迎顺缝两种轨道不平顺下的应力应变分布特性,随着迎缝高度的增加,碰撞接触区的最大温度越高,在滑动最终时刻,接触区温度已经达到1000℃之多,无论迎顺缝,不同高度间的轮轨接触区温度、应力、应变差别不大,原因可能是车轮滑动速度太小,对轮轨冲击效果不显著所致。

关键词： 轨道交通   直线电机   旋转电机  

摘要： 直线电机轮轨交通是目前世界上较为先进的城市轨道交通方式之一.它既有传统轮轨列车依靠轮轨关系易于进行支撑和导向的优点,又有磁悬浮列车不依靠轮轨驱动,易于在陡坡和小半径弯曲线路上运行的优点.本文从其原理、结构、性能、建设成本、节能措施进行论述分析.

关键词： 100%低地板车辆   钢轨焊接接头   车辆—轨道耦合动力学   轮轨相互作用  

摘要： 100%低地板轻轨车辆由于其运能适中,绿色环保,投资较低,舒适性强,外观漂亮等特点逐渐成为城市轨道交通的重要组成部分。然而,随着100%低地板轻轨车辆轴重的减小,轻轨车辆通过焊接接头区时轮重减载情况加重甚至出现轮轨脱离现象,危害车辆行车安全。本文分析研究了轻轨线路焊缝不平顺激扰对100%低地板轻轨车辆轮轨相互作用的影响以及焊缝不平顺参数的安全阈值,对改善轮轨动力响应性能以及减少钢轨焊接接头的养护维修量,均具有一定的现实意义。本文首先回顾总结了低地板轻轨车辆动力学以及钢轨焊接接头的研究进展与现状,并基于车辆—轨道耦合动力学理论,结合100%低地板轻轨车辆独特的结构特点,建立了100%低地板轻轨车辆—轨道垂向耦合动力学模型。运用该模型计算分析了100%低地板轻轨车辆通过凹型和凸型钢轨焊接接头时各轮对轮轨相互作用。结果表明：在焊缝不平顺激扰下,轮轨相互作用出现剧烈变化,钢轨焊接接头恶劣区域甚至会出现轮轨脱离现象,且各轮对在不平顺激扰下的轮轨动力响应基本相同。之后研究分析了凹型焊缝不平顺激扰下,轨道系统参数对100%低地板轻轨车辆轮轨相互作用的影响。针对本文计算工况,结果表明：在焊缝不平顺激扰作用下,车辆在T50轨下的轮轨相互作用优于T60轨和59R2槽型轨,而T60轨和59R2槽型轨下的轮轨动力响应基本相同。钢轨间距的增大能有效减小轮轨相互作用,提高车辆运行安全性能。轨下胶垫阻尼和刚度对轮轨相互作用的影响也很大：胶垫刚度过大时会恶化轮轨动力学性能,甚至造成轮轨脱离,但胶垫刚度较小又会引起钢轨位移过大;胶垫阻尼的减小会引起轮轨垂向力、钢轨—轨枕支座反力以及轮对振动加速度的减小,但会使钢轨位移增大以及各轮轨响应衰减变慢。弹性支承块式无砟轨道的轮轨动力学响应优于有砟轨道和长枕埋入式轨道。最后进一步计算分析了焊缝不平顺短波波长及波深对轮轨相互作用的影响,得出100%低地板轻轨线路钢轨焊缝不平顺波长和波深的安全阈值。结果表明：随着焊缝不平顺短波波深的增大以及短波波长的减小,轮轨相互作用加剧。在本文计算条件下,对于凹型焊缝不平顺,钢轨焊缝不平顺短波波深的安全阈值最大为0.45mm,对于凸型焊缝不平顺,钢轨焊缝不平顺短波波深的安全阈值最大为0.26mm;应严格控制短波波长在0.35m的以下的焊缝不平顺出现,且在钢轨焊接接头打磨时,建议将短波波长打磨至0.5m以上。

关键词： 轮轨滚动噪声   统计能量法   声屏障   吸声材料  

摘要： 高速铁路给人们的出行带来了方便、快捷和舒适,但随之产生的噪声给周边居民带来了严重的影响。作为铁路噪声的主要声源,本文针对轮轨滚动噪声的预测及控制展开了以下研究。(1)计算轮轨系统输入功率必需了解其导纳特性,本文对车轮进行了有限元建模,考虑了转动车轮的自振特性,利用模态叠加法求得导纳,并比较了模态叠加法相比于经典模态法的准确性。计算钢轨导纳时将钢轨视为支承在连续弹性基础上的无限长梁,钢轨视为三自由度振动体系。(2)根据轮轨相互作用的基本关系,研究了轮轨在表面不平顺激励下的轮轨耦合振动,考虑轮轨接触斑特性,推导了轮轨相互作用力功率谱的理论解析式。(3)本文利用统计能量法建立了轮轨垂向耦合噪声预测模型。由轮轨相互作用力功率谱推导并计算得到了车轮、钢轨的输入功率,同时确定了其他SEA参数,利用辐射功率和声能量的关系,将辐射功率转化得到了噪声级。并基于此模型,本文还对影响滚动噪声的多种参数进行了研究。(4)声屏障是噪声控制的有效措施之一,本文对吸声型声屏障插入损失计算方法进行了研究,给出了吸声降噪量计算模型。并针对目前吸声型声屏障仅用平均吸声系数作为评价吸声整体性能的问题,探讨了吸声型屏障各频程吸声系数对整体吸声降噪的影响。(5)本文利用统计能量法对含声屏障的铁路路段建立了降噪预测模型。该模型能够预测声屏障的辐射声压级及降噪衰减量。基于此模型,探讨了声屏障不同位置及高度对降噪衰减量的影响。并利用衰减量计算公式及统计能量法,评价了不同吸声型声屏障的降噪效果。