关键词： 机车   动力学   局部激扰   粘滑激扰   振动  

摘要： 在线路某些特殊的地点,易出现轨道局部不平顺。比如在桥梁的桥墩处易出现交点型局部不平顺,小跨度桥梁易呈现平顶型局部不平顺,轨道局部不平顺在机车车辆的作用下,会进一步发展恶化。本文通过MATLAB软件模拟局部不平顺,将轨道局部不平顺作为机车模型的外部激扰。运用SIMPACK多体动力学仿真软件,建立了某型机车的动力学模型,以机车动力学指标为依据,分析了不同波数的局部不平顺、局部不平顺的不同参数、局部不平顺的恶化对机车动力学性能的影响。当机车轮轨间有粘滑激扰时,分析了此时机车驱动系统、转向架构架及车体的振动加速度及频率。本文的主要工作如下：(1)应用数值模拟方法,利用MATLAB软件将空间域的美国5级线路谱转化为时域谱,作为机车的外部激扰,导入到机车动力学模型中,对所建立的机车动力学模型进行验证分析。(2)将模拟的轨道不平顺作为机车外部激扰,输入到机车仿真模型中,仿真分析了某型机车在轨道局部交点型不平顺及连续不同波数下机车的运行安全性及平稳性的影响规律,分析了小跨度桥的局部平顶型不平顺的幅值A、与不平顺波长相关的系数K和平顶长度L对轮轨系统动力性能的影响。结果表明：当轨道交点型不平顺幅值和波长一定的情况下,轨道交点型不平顺的波数越多,对机车运行安全性和平稳性的影响就越大,并且都大于仅有随机不平顺激扰的情况。平顶型不平顺的幅值A和不平顺的系数K的增大,对机车的轮轨垂向力最大值和轮重减载率最大值都有不同程度的影响；但平顶长度L对机车的轮轨垂向力最大值和轮重减载率最大值几乎没有影响。(3)轨道开通运营后,机车车辆与轨道之间的相互作用是轨道局部不平顺发生、发展及恶化的主要原因,轨道局部不平顺将进一步产生新的发展,各种初始不平顺将逐渐恶化。轨道局部发展恶化之后,会进一步影响轮轨间的动态作用。仿真结果表明：当谐波型局部不平顺发生沉降恶化和交点型局部不平顺发生凸起恶化时,即使恶化的幅值较小,也会造成轮轨动力响应的严重恶化,引起轮轨冲击振动；并且机车运行速度越大,轮轨动力作用越大。(4)当轮轨切向力达到饱和以后,轮对处于大滑动状态时,轮轨间的粘着系数随着蠕滑率的增加而下降,轮轨间粘着特性曲线的负斜率会引起驱动系统的部件(如：电机、转子、小齿轮)、机车轮对、构架在某些方向的加速度的增大。而这些部件的其他方向上,振动加速度与机车轮轨间无粘滑激扰时,无明显变化。

关键词： 载荷   轮轨   磨损   疲劳损伤   有限元  

摘要： 随着我国客货共线铁路的快速发展,轮轨磨损疲劳损伤问题越发严重,因此加强对轮轨疲劳和磨损机理的形成、影响因素和预防轮轨损伤的措施进行研究,可以为重载高速铁路的发展及轮轨损伤防范措施提供了重要的指导作用。本文首先通过对现场重载钢轨损伤情况进行宏观和微观测试,研究分析了重载线路钢轨损伤机理;同时利用JPM-1B滚动接触疲劳试验机研究了不同载荷下轮轨材料磨损行为及其疲劳损伤;并应用有限元软件ABAQUS对试验过程进行数值模拟。通过以上工作得到以下主要结论：(1)重载钢轨出现严重损伤现象具体表现为：轨面表现为剥离损伤,钢轨内侧表现为侧磨损伤。剖面硬度表明钢轨轨顶区与钢轨侧磨区加工硬化主要集中在材料表层。(2)重载损伤钢轨轨顶区塑性变形严重,沿着塑性流变线出现大量宏观斜裂纹产生,裂纹以穿晶形式扩展。侧磨区出现轻微塑性变形,同时伴随着轻微剥离现象,非接触区几乎无宏观裂纹和塑性变形。(3)随着载荷的增加,滚动摩擦稳定阶段摩擦系数增加,轮/轨材料的磨损量均随载荷增加而呈上升趋势;根据轮轨材料截面硬度值变化趋势可知,轮/轨塑性变形层厚度亦随载荷增加而逐渐增加。(4)相同工况下,车轮材料磨损量及其塑性变形程度均大于钢轨材料,钢轨与车轮试样表面损伤皆表现为典型的滚动接触疲劳现象,其中车轮试样疲劳损伤较为严重,且车轮材料更易萌生裂纹。(5)通过有限元分析获得了钢轨接触面的残余应力和塑性变形分布情况,根据有限元结果可以进一步证实实验结果中裂纹最容易在钢轨的表层和次表层萌生。

关键词： 车轮失圆   轮轨作用力   动力学仿真  

摘要： 随着高速列车的迅速发展,车轮失圆问题更显严重,由于轮轨的刚性接触特性,车轮踏面的几何缺陷会加剧轮轨动态作用,产生高频轮轨冲击和振动,对车辆和轨道系统部件产生破坏,从而影响行车舒适性和安全性,增加运输成本。为了研究车轮失圆激扰下的轮轨动力学响应,基于车辆轨道垂向耦合动力学理论,建立用于数值仿真的车辆轨道动力学分析模型,接着系统分析了铁路车轮失圆的特征并对其进行定义分类。结合动力学分析模型,分析计算了各种常见车轮失圆问题所引起的轮轨动力作用特征及其随列车运行速度的变化规律。仿真结果表明,扁疤车轮会引起轮轨作用力的剧烈波动,对轮轨界面形成冲击,旧扁疤引起的垂向冲击力随速度增大而增大,且在高速行车条件下,远大于新扁疤产生的垂向冲击力,应该将旧扁疤模型作为扁疤限值的计算模型。车轮局部不圆会引起轮轨系统周期性附加垂向动力作用,随着波深与速度的增大而增大,且波深比速度的影响更加显著;车轮多边形引起的轮轨垂向力随着波深、多边形阶数、速度的增加而增大,多边形阶数的变化对行车平稳性影响不大,但对轮对和构架的振动有明显影响。进一步地,通过分析京沪线车轮多边形化跟踪测试数据,结合列车运行已有的相关规范(标准),仿真计算分析得出在车速高于250km/h时,扁疤长度应该限值在30mm以内,当车速高于200km/h时,扁疤长度应该限值在35mmm以内;车轮局部不圆波长为500mmm时,车速为250km/h、300km/h、350km/h的车轮不圆顺波深的限值分别约为0.95mm、0.8mm、0.7mm;当车速250km/h时,1、3、6、11阶多边形波深的限值分别为1.5mm、0.5mm、0.2mm、0.1mm。超过上述限度,必须引起高度重视。

关键词： 轮轨   试验机   数据采集   虚拟仪器   LabVIEW  

摘要： 随着高速铁路技术的不断提升,铁路运输面临前所未有的挑战,关于轮轨磨耗问题就一直是许多国家重点的研究课题。许多问题的解决都需要借助与速度不断提高相适应的试验设备,高精度、高效率的高速数据采集系统在JD-2轮轨模拟试验机上的开发与应用具有深远的意义。在二十一世纪的今天,伴随着多功用、低成本和高性能计算机的普遍应用,大规模集成电路和通信技术的飞速发展,传统的测量仪器向着数字化的虚拟仪器发展已经成为一种必然的趋势。利用计算机强大的数据处理和存储能力,虚拟仪器充分实现了测量仪器的智能化、模块化、网络化,使仪器展现出了多任务、低成本、高精度、操作简便而被广泛的应用和发展。本文就是基于虚拟仪器思想,在数据采集理论的基础上,设计并开发了一套五通道的高精度、高速数据采集系统,并基本实现了试验机预期的各项功能。文章首先论述了数据采集系统过程中常用的一些基本理论,包括模／数转换原理、奈奎斯特采样定理和数字信号的两种采样方式。整个系统的设计主要包括2个组成部分：硬件系统的设计和上位机测控程序的开发。硬件部分的设计,数据采集卡采用研华公司生产的PCI-1711L,单通道最大采样率可达100KHz。IS0124P隔离放大器的应用,使电源与信号完全隔离,实现了信号的连续隔离放大。本课题还专门针对外界噪声对信号的干扰,设计了一个2阶巴特沃斯滤波器电路。这些硬件电路的选择和设计,使系统对信号的精度和稳定性等实现了良好的控制。软件部分,通过对比多种编程语言,最终采用美国NI公司开发的LabVIEW为开发平台。基于模块化的设计原则,软件系统划分为数据采集、数据处理、数据显示和数据存储四大模块。软件开发的最大创新点,就是以基于队列的生产者／消费者模型为主程序,有效解决了大数据的采集、处理、显示和存储等难点,此外,系统开发过程中还应用了包括PCI总线技术、多线程编程技术等多种技术手段,完美实现了模块之间的通信和数据传输。最后,通过设计对照实验,分析获取的各项实验数据,有效验证了系统的可靠性和稳定性。

关键词： 高速列车   轮轨接触关系   等效锥度   车轮踏面磨耗   车轮踏面反向设计   接触带宽   Hertz接触   非Hertz接触  

摘要： 随着列车运行速度的提高,作为车辆轨道系统动力学基本问题之一的轮轨关系变得很突出。轮轨接触关系是轮轨关系研究的基本内容,本文从最简单的轮轨接触点计算开始,根据矢量映射原理和轮轨接触基本特征,提出新的轮轨几何接触算法——空间矢量映射法（简称矢量法）,可计算任意形状的旋转体和拉伸体间的空间几何接触,能很好解决轮对在不同姿态下的轮轨接触问题,如轮轨接触、轮轮接触、槽型轨接触以及车轮踏面和钢轨轨面磨耗后的接触等,并通过三维模型仿真验证了算法的有效性和准确性。在此基础上做了如下工作：（1）由轮轨接触点算法直接计算出的接触点为刚性接触点,在不同轮对横移量下的分布波动较大。轮轨准弹性接触考虑整个轮轨交界处接触斑的弹性变形,根据弹性接触力学理论,得到平滑、均匀、连续的轮轨接触点分布,更好地满足轮轨接触条件和实际车轮踏面磨耗特征。同时讨论了三种常用的等效锥度计算方法：简化法、谐波法和UIC519方法,针对普遍用于高速动车组的4种典型车轮踏面计算其等效锥度。通过对比3种算法的优越性可看出对于标准车轮踏面,谐波法和UIC519方法能更准确地计算等效锥度,并通过与商业软件对比验证计算结果的准确性;对于磨耗后的车轮踏面,UIC519方法能更好地计算其等效锥度。（2）为了分析铁道车辆车轮与轨道的接触问题,运用Hertz和非Hertz接触理论,针对不同类型车轮踏面和钢轨轨面分别分析了不同轮对横移量下的接触斑和接触应力。结果表明在一定法向力作用下,非Hertz接触考虑轮轨接触面内的变形,能较好地计算不同类型车轮踏面和钢轨轨面接触时的接触斑和接触应力分布。当非Hertz接触斑接近椭圆时,Hertz接触计算结果与非Hertz基本一致;当非Hertz接触斑为非椭圆时,Hertz计算结果误差较大。同时给出轮轨接触关系数表和蠕滑率计算公式,仿真了自由轮对的蛇行运动。（3）为了评价轮轨接触几何关系,给出车轮踏面接触带宽和接触带宽变化率指标的计算方法,应用于车轮踏面镟修质量评估以及磨耗后的轮轨接触状态评估和磨耗状态变化规律分析。分别针对一个镟修周期内的LMA型车轮踏面和S1002CN型车轮踏面,分析其轮轨接触关系各项指标变化规律。结果表明接触带宽及其变化率指标比等效锥度指标更能反映镟修后车轮踏面与标准车轮踏面间的差异,并能更好地分析磨耗后车轮踏面轮轨接触状态的变化规律。（4）为了更好的改进现有车轮踏面和钢轨轨面的轮轨接触关系,根据不同类型车轮踏面的外形、轮径差的变化以及接触点分布特征,给出一种车轮踏面反向优化设计方法。该方法在给定的轮轨初始接触点位置和轮对在不同横移量下的轮径差信息的基础上,结合参考的车轮踏面外形,建立车轮踏面反向设计的最优化模型,并通过了S1002CN和LMA型车轮踏面反向设计验证。验证结果表明在不同的优化参数下得到的不同车轮踏面外形,均满足初始接触点位置和轮径差的要求。分析设计出的车轮踏面和参考车轮踏面的外形误差及其接触点分布,得到最优车轮踏面设计参数。在此基础上,可任意修改轮径差曲线和轮轨初始接触点位置,得到修改后的车轮踏面外形,从而验证车轮踏面反向设计方法的准确性和适应性。（5）为了验证不同的车轮踏面外形对车辆动力学性能的影响,在上述车轮踏面反向优化设计方法的基础上,分别给出不同轮轨初始接触点位置、不同等效锥度以及不同等效锥度的斜度下的车轮踏面反向设计方法。以CRH3型车为例,分别计算不同初始接触点位置、等效锥度和等效锥度的斜度下的车辆临界速度及其变化规律,并给出提高车辆临界速度的车轮踏面设计方案和一种高临界速度的车轮踏面外形。

关键词： 高速铁路   打磨周期   接触应力   钢轨打磨   廓形  

摘要： 为了更好地改善高速铁路的轮轨接触关系,对钢轨进行打磨是一种被广泛应用的方法。随着我国高速铁路的迅猛发展,其钢轨廓形的维护修理也成为一门新的课题。国外,对高速铁路的打磨研究开展较早,已经形成了比较成熟的理论,在我国,因高铁轨道轨底坡设置及轮轨关系与国外不同,所以我们在借鉴国外打磨经验的基础之上,又不能完全照搬,要通过现场不断的摸索和实践,逐步形成符合我国高速铁路的打磨方式,因此,关于高速铁路钢轨打磨工艺、钢轨廓形、打磨后的轮轨接触应力及打磨周期的研究也成为目前需要迫切进行的课题。本文介绍了国内外高铁钢轨打磨现状,阐述了我国高铁主要采用的GMC-96X大型养路钢轨打磨车的工作原理和打磨工艺,并对打磨工艺进行了现场检验、打磨后轮轨接触应力进行了分析,通过对打磨后钢轨廓形、光带等进行跟踪来研究目前打磨技术,所取得主要结论和结果如下：1、通过有限元分析软件ANSYS计算得到钢轨在打磨前后的轮轨接触应力,结合对试验观测地段钢轨打磨前后的接触应力变化,得出了目前打磨工艺下,打磨之后的轮轨接触应力分布更加均匀,接触区域也趋于钢轨中间,同时车辆的轮对维修量也稍有降低,极大的改善了轮轨接触关系。2、钢轨打磨之后在同等的运量下,供电系统供电耗量降低,工务线路质量明显提高。3、初步判定目前国内外打磨周期的界定(30-50Mt),是合理的。

关键词： 测力轮对   遗传算法   BP神经网络   轮轨力   横垂向桥  

摘要： 轮轨接触关系是轨道交通中的重要研究课题之一。随着列车运行速度提高,轮轨相互作用更加激烈,轮轨载荷也更加复杂。轮轨力的准确测量对于研究车辆系统运行平稳性与安全性具有重要意义。目前测量轮轨力应用最广泛的方法是采用测力轮对作为力的传感器,在车轮辐板按一定方式组成桥路,通过标定试验获桥路输出与轮轨力之间的关系。 本文利用有限元仿真技术,对CHR2动车组拖车轮对进行仿真,模拟轮对在垂向及横向轮轨力作用下的响应情况,找出横垂向力相互影响较小的位置,将其确定为测力轮对的贴片位置。根据仿真结果,进行测力轮对的制作,并在标定试验台进行垂向力及横向力标定试验,得到相应的载荷标定系数。 人工神经网络具有良好的鲁棒性和容错能力,同时具有强大的自学能力及并行处理能力,其仿真速度远高于传统建模方法。因此在工程领域,人工神经网络广泛应用于模式识别、非线性系统建模与控制。本文以精确预测轮轨力为目的,主要讨论了基于遗传算法优化的BP神经网络的轮轨力研究方法。 本文以CRH2型车轮对为研究对象,介绍了测力轮对连续测量理论,结合有限元方法、遗传算法和人工神经网络,分析了测力轮对静态标定试验中桥路输出和轮轨力的关系。本文建立了横垂向桥解耦的神经网络模型,以不同工况的测力轮对标定试验数据为学习样本。通过多次训练学习,对比普通BP神经网络和遗传算法优化的BP神经网络的误差值,得到GA-BP神经网络的误差值更小、预测性更好;对比GA-BP神经网络轮轨力预测结果和通过标定系数获得的轮轨力,得到GA-BP神经网络在轮轨力测量技术中应用是可行的,所训练学习的神经网络具有应用价值。

关键词： MG450F   提梁机   安装   施工   方案  

摘要： 高铁线路优先采用桥梁工程减少占用土地资源并尽量避免因路基工程对当地交通发展的阻碍，通过提梁机将箱梁提到桥上进行箱梁架设的施工方案被广泛采用。本文通过案例简要将提梁机拼装的前期准备工作和主要结构部件拼装作业程序、施工安全质量注意事项进行梳理。

关键词： 轮轨滚动接触   高速铁路   波浪形  

摘要： 随着高速铁路的不断发展,轮轨滚动接触问题愈加突出,因此,倍受国内外学者的关注。轮轨滚动接触问题涉及的范围较广且较为复杂,并在一定程度上引发轮轨的疲劳损伤和波浪形磨损等破坏形式。基于理论分析和试验研究两个方面,着重对轮轨滚动接触的发展历史和研究现状进行了总结和分析,并综述了轮轨滚动接触疲劳和钢轨波浪形磨损的研究现状。从现有的研究成果来看,轮轨滚动接触理论已相对较为完善,而对于高速铁路轮轨滚动接触疲劳损伤的形成机理研究仍未形成系统的理论体系。

关键词： 激光熔覆   轮轨材料   磨损   Fe基合金   氧化镧  

摘要： 重载化是铁路运输发展方向之一,重载铁路的主要特点是大轴重和大运输量。重载铁路技术的不断发展,为现代社会进步做出重要贡献,但重载铁路系统中的一些问题也逐渐暴露出来,而轮轨的磨损就是其中最重要的问题之一。激光熔覆作为先进的表面处理方法,许多轮轨研究学者已经将其应用于轮轨材料表面处理,通过激光熔覆技术对重载轮轨材料表面进行处理,使重载轮轨的磨损有所减缓,这不仅能够提高铁路运输安全性同时又可以减少铁路运输成本。论文所用激光熔覆材料是Fe基合金粉末,以及添加0.4%、1.2%、2%氧化镧后的Fe基合金粉末,所用设备为CO2激光器(TR-3000),对车轮和钢轨试样表面激光熔覆处理后,分别获得具有四种Fe基合金激光熔覆涂层的轮轨试样,通过维氏硬度仪测量激光熔覆涂层的硬度、使用扫描电子显微镜观察熔覆层微观组织结构、元素分布及利用x射线衍射仪分析熔覆层物相组成等。在干态下和油润滑条件下,利用MMS-2A滚动磨损试验机分别研究了激光熔覆处理轮轨试样的磨损性能及滚动接触疲劳性能,使用测量分析设备如维氏硬度仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪及光学显微镜等,对轮轨试样的磨损与损伤进行了分析。所得出的主要结论如下：1、轮轨试样的激光熔覆层组织均匀致密,未发现明显的气孔、裂纹,熔覆组织主要有两种,分别是晶组织和枝晶组织；结合区附近主要为粗大柱状晶组织,中部至表层出现胞状晶、树枝晶；主要组成相为(Fe,Ni)和Cr7C3；激光熔覆Fe基处理使轮轨试样表面硬度得到较大提高；氧化镧的加入,改变晶界的结构,降低晶界张力和促使晶粒长大的驱动力,使晶粒发生细化,从而使组织更加均匀,共晶组织结构明显细化并且弥散度增大。2、轮轨试样进行Fe基熔覆处理后,枝晶组织具有较好的韧性,网状共晶组织具有较高硬度,二者相互作用,形成了特殊结构,使熔覆试样具有极高的表面硬度,同时具有较好的韧性,其抗磨损性能明显增强,磨损率分别降低了32%和42%,有效地减缓了试样的表面损伤、表层塑性变形及裂纹的扩展,Fe基熔覆处理使轮轨试样的磨损机制发生变化,由为疲劳磨损变为了轻微疲劳和轻微粘着磨损。3、添加氧化镧后,氧化镧在晶界处偏聚,阻碍晶粒长大,使晶界得到强化,促使晶粒之间的滑移容易传递,有利于表层组织中微裂纹顶部的应力松弛,增大裂纹扩展的阻力,使材料的磨损降低,1.2%氧化镧对激光熔覆车轮和钢轨试样的强化作用最好,磨损率分别降低约为46%和76%,且抵抗表层裂纹出现及扩展的能力最好。4、在油润滑条件下激光熔覆处理后轮轨试样的表面损伤轻微,试样的抗疲劳剥离性能明显提高；添加氧化镧后晶界杂质减少,熔覆层组织得到改善,晶粒不易碎裂,共晶组织细化弥散度增大,材料韧性增强,试样表面剥离损伤进一步减轻,其中添加1.2%氧化镧后,试样的滚动接触疲劳性能最好。