关键词： 轮轨力   轴箱加速度   载荷谱   功率谱密度   分布拟合  

摘要： 摘要：随着列车运行速度提高,轮轨间相互作用更加剧烈,影响列车运行稳定性与安全性。轮轨力是车辆系统运行安全性重要评价指标之一,目前广泛采用测力轮对对轮轨力进行测量,但测力轮对造价较为昂贵,运营寿命较短,存在一定的安全隐患。轴箱加速度的测试安全方便,对车辆运行性能不会产生任何影响。因此本文以城际列车拖车轮轴为研究对象,基于线路试验和动力学仿真,对轮轨力与轴箱加速度的传递关系进行研究,得到如下结论：首先,建立城际列车拖车轮轴有限元模型,进行静力学分析和有限元仿真,并进一步采用动态标定法,对轮轴进行标定试验,并分析其力矩和应力分布,确定线路测试测点布置方案。其次,对线路实测信号信号进行数据处理,分析轮轴测试信号的时域特性,引入轮轨力标定结果,得到不同线路工况下的轮轨动态作用力,进一步编制轮轴载荷谱和应力谱,并以此为基础,得到车轴应力分布曲线。然后,从时域和频域两个方面得到轮轨垂向力和轴箱垂向加速度的信号特征,通过三分之一倍频程方法细分信号,分析两者信号的相干性,得到轮轨垂向力和轴箱垂向加速度的最值传递拟合曲线。最后,建立考虑弹性轮对的车辆系统动力学模型,仿真分析车辆以不同速度级通过直线、曲线线路工况,并对两种工况下轮轨横向力和轴箱横向加速度数据进行时频分析,得到二者最值传递拟合曲线。

关键词： 轮轨低黏着   增黏   砂子   氧化铝   损伤  

摘要： 自轨道交通诞生以来,轮轨低黏着问题一直是制约列车牵引和制动能力的主要因素之一。尤其在恶劣的环境条件和复杂的轨道线路工况下将会对轮轨黏着系数提出更高的要求,例如坡道线路又遇下雨天的情况很容易引起车轮打滑等低黏着现象。因此,深入开展对轮轨低黏着现象的认识和提高轮轨间的可利用黏着力,对保证列车牵引和制动过程中的安全运行至关重要。论文利用JD-1轮轨模拟试验机,通过设计坡道实验夹具实现了不同坡道接触条件的轮轨模拟实验,研究了第三介质条件下坡度对轮轨界面黏着特性的影响规律;通过MMS-2A滚动磨损试验机开展了水介质条件下的增黏实验,分析了不同撒砂参数和砂子氧化铝混合介质对轮轨增黏效果和损伤行为的影响,探讨了轮轨界面撒砂的增黏机理。论文主要研究结论如下：(1)在干态、水介质和防冻液介质条件下,坡道工况下的轮轨黏着系数均低于平直轨道工况;随坡度增加,轮轨黏着系数呈下降趋势,下坡道轮轨黏着系数的下降更为明显。(2)相同工况下防冻液比水介质更容易引起轮轨低黏着现象;上坡道工况下随速度和轴重的增加轮轨黏着系数均呈略微下降趋势。(3)水介质低黏着工况下通过撒砂可以明显地提高轮轨黏着系数,随砂子粒径和撒砂量增加轮轨黏着系数呈增加的趋势,但轮轨表面损伤程度也相应呈加重的趋势,其主要损伤形式表现为剥落和凹坑损伤。(4)随砂子与氧化铝混合介质中氧化铝比例的增加,轮轨黏着系数相应增加;与此同时,轮轨试样的损伤形式也由轻微剥落向严重剥落损伤转变,并伴随着严重的疲劳裂纹和大块材料脱落。

关键词： 光学纤维   声波探测技术   敏感材料   声波信号   高灵敏度   光学材料   传感器材料   光导纤维   光纤   轮轨   石墨烯   国铁  

摘要： 基于石墨烯的全新一代光纤微纳声波探测技术,可实现对声波信号的高灵敏度、超宽带检测,光纤声波监测技术以光波作为声信号载体,光纤作为传输介质来拾取声波信息。光纤声音侦听系统是利用光纤干涉的原理,以光学纤维或其他敏感材料作为声音探测元件,利用监测区域内声压振动对光纤中传输光干涉信号的调制,实现对铁路沿线重点区域的声音信号的采集和检测、对旅客列车运行随车检验及高铁沿线轮轨健康状态的诊断。

关键词： 客货共线铁路   CTRS Ⅰ无砟轨道   轮轨动力学   统计分析  

摘要： 采用无砟轨道结构的客货共线铁路线路,其特点包括货车的车辆轴重大、客车的行驶速度快等。当列车通过时,轮轨系统动力响应与一般客货共线散体道床线路和客运专线无砟轨道线路不同。实际运营中,客货共线无砟轨道更容易发生伤损破坏,影响无砟轨道系统工作性能和无砟轨道结构的耐久性。同时轮轨间的不平顺是轮轨系统动力学分析主要激振源,而不平顺可看作平稳的各态历经随机过程,那么轮轨动力响应可以运用随机振动理论方法分析。本文针对客货共线运营条件下的CRTS Ⅰ型板式无砟轨道结构,基于随机振动理论和轮轨系统动力学理论,采用有限元方法,研究了货车和客车分别作用下的轮轨力统计特征和轨道结构动态响应,主要内容如下：(1)本文基于轮轨系统动力学理论,建立车辆-轨道垂向平面动力学模型,计算轮轨系统动力学响应,利用统计学方法得到了轮轨力响应的统计学参数及无砟轨道结构的疲劳检算轮重,并分析不同客车和货车车速对轨道动力学响应和疲劳检算轮重的影响,结果表明车速对轮轨力均值影响小,对方差影响大,且货车的疲劳检算轮重大于客车。(2)研究了在不同干扰谱、不同基础刚度等情况下,客车车辆和货车车辆分别作用时轮轨力统计特征、疲劳检算轮重以及轨道结构动力学响应的变化。计算结果表明当采用高干扰谱时,客车和货车作用下的轮轨力标准差、疲劳检算轮重大于采用高速谱和低干扰得到的标准差和疲劳检算轮重；随基础刚度增大轮轨力均值变化较小,标准差增大。(3)结合客货共线无砟轨道的现场调研及有关文献资料的研究,分析不同轨道板脱空长度以及车速对客车和货车轮轨力统计参数的影响。

关键词： 轮轨接触   热机耦合   踏面裂纹   应力强度因子   有限元法  

摘要： 随着我国铁路事业近年来的飞速发展,列车轴重越来越大,运行速度也越来越高。钢轨生产或使用过程中造成的微小缺陷,极易由于巨大的轮轨接触力的反复作用而形成微裂纹,微裂纹逐渐扩展将发展为剥离掉块,重者则可能发展为钢轨折断。本文以轮轨滚滑接触理论、热传导理论和断裂力学为基础,对轨头踏面裂纹在车轮滚滑情况下的扩展特性进行了如下研究:首先,使用SolidWorks建立了与实际轮轨尺寸相同的三维轮轨接触几何模型,建立了纯机械荷载作用下的三维轮轨滑动接触有限元模型,模拟了车轮以5m/s的速度制动时的轮轨接触关系,选用有限滑移公式进行接触应力的计算,使用大型有限元软件ABAQUS分析了钢轨轨头的应力场分布,从整个应力分布来看,最大Mises应力在轨头中线靠近工作边的位置,轨头应力分布呈椭圆形状。其次,建立了带三维裂纹的轮轨滑动接触有限元模型,在轨头上表面定义裂纹,以模拟踏面裂纹的扩展,仅考虑机械荷载作用下,使用M-积分计算了各种工况下的应力强度因子,分析了轴重、轮轨摩擦因子、裂纹面与钢轨顶面夹角和裂纹深度对应力强度因子的影响规律,结果表明:四个参量中,裂尖应力强度因子对轮轨间摩擦系数最为敏感,其次是裂纹面与钢轨顶面夹角。建立了热机耦合作用下的轮轨滑动接触有限元模型,通过赋予轮轨材料温度参数,考虑了轮轨间的摩擦生热、热传导以及与外界的换热作用,然后在模型中引入钢轨踏面裂纹,计算了轨头的应力场和温度场分布;并基于M-积分方法计算了多种因素变化下的裂尖应力强度因子。结果表明:热机耦合作用下的钢轨表层最大Mises应力比纯机械荷载作用下的值要大3%,热机耦合作用下裂尖应力强度因子普遍低于纯机械力作用下的值,说明因为温度荷载的作用使得钢轨踏面裂纹扩展速率降低。通过对列车车轮施加角速度,建立了热机耦合作用下的轮轨滚动接触有限元模型,并计算了列车以100 km/h速度运行时钢轨的应力场和温度场,结果表明:钢轨轨头内部最大Mises应力一直出现在车轮滚过位置的后方,因为滚动接触下剪切应力向后作用,接触斑后方受压,接触斑前方受拉,剪切应力的挤压和接触压力的叠加作用使得接触斑后方的应力很大。接触斑温度最高可达到377℃,也较热机耦合作用下滑动接触产生的最高温度略高。最后,建立带三维裂纹的轮轨滚动接触有限元模型,考虑热机耦合作用下,分析了轴重、轮轨摩擦因子、裂纹面与钢轨顶面夹角和裂纹深度对裂尖应力强度因子的影响规律;对于等效塑性变形较大的情况,分别计算了三个方向的裂尖位移CTOD、CTSD和CTD,结果表明:不同轴重下裂纹的扩展模式保持以撕开型为主的状态几乎没有变化;而伴随着轮轨摩擦因子的变化,裂纹的扩展模式随之变化;深度变化对撕开型为主的扩展模式也没有产生较大影响;随着裂纹面与轨顶面夹角的变化,剪切型和撕开型扩展模式占主导,张开型扩展模式较弱的状况也没有改变。

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： 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： 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： 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。