关键词： 坡道   轮轨接触   粘着系数   夹具   介质  

摘要： 近年来中国铁路飞速发展,高速和重载趋势日益明显,轮轨粘着越来越成为影响机车牵引和制动性能的主要因素之一,但由于高速轮轨技术的应用使得轮轨粘着问题的研究变得更加复杂。坡道线路是铁路线路中常见的轨道类型,在既有和新建线路的坡道区段,如何充分利用轮轨粘着作用,对列车安全运行影响巨大。因此坡道线路轮轨粘着问题的研究对铁路发展具有十分重要的意义。 通过改进JD-1轮轨摩擦模拟试验机模拟轮夹具,采用Hertz模拟准则,研究了坡道条件下的轮轨粘着特性,分析了不同介质(干态、油、水)条件下坡道对轮轨粘着系数的影响。论文通过研究得到以下几个结论： 1.上坡轨道条件 (1)不同介质下上坡道条件下的轮轨粘着系数较平直轨道有明显减小,减小在30%左右。 (2)干态工况下不同速度下的粘着系数均在0.25以上,不同速度的粘着系数相差不大。 (3)上坡道条件下水介质将使轮轨粘着系数降低,不同加水量下的粘着系数相差不大,其值约为0.1。 (4)上坡道油介质条件下,轮轨表面损伤比平直轨道更严重。 (5)上坡道轨道粘着系数与现有计算公式计算结果相接近。 2.下坡轨道条件 (1)干态和水介质状态下轮轨粘着系数都较平直轨道条件下有明显的下降,粘着系数为平直轨道条件下的50%-60%,油介质状态下粘着略高于于干态工况。 (2)下坡轨道粘着系数小于现有计算公式的运算结果,实际应用中可酌情按照比例换算。

关键词： 高速列车动力学   轮轨关系   非线性分析   视景仿真   虚拟现实  

摘要： 我国高速铁路进入快速发展时期,确保高速动车组安全高效运行,是一项重要的研究工作.系统仿真是一种以计算机和仿真系统软件为工具,对现实系统或未来系统进行动态试验研究的理论方法,依据高速列车运行仿真视景系统的设计要求,建立模拟高速列车运行的数学模型,构建对象的三维模型,再现列车运行状态的真实效果,显示观、经济、安全、实验周期短等优点. 本文建立了单轮对的动力学方程并求其数值解,基于OPENGL、Vega Prime开发了高速列车轮轨关系三维动态模拟系统,将轮轨的接触形态以三维视景的形式展示,模拟出列车轮对的运动情况,有一定的理论和现实意义. 本文共五章,第一章介绍高速列车轮轨系统的基本概念及轮轨滚动接触理论和空间轮轨接触儿何关系.第二章介绍轮轨滚动接触理论和空间轮轨接触儿何关系,设计迹线法的程序实现流程,第三章对单轮对在直线轨道上的运动建立非线性动力学方程并计算,展示出轮轨非线性作用关系的形态特征.第四章设计三维轮轨几何接触计算程序contact并结合三维视景程序的结果计算单轮对运动的微分方程.第五章利用更完善的虚拟现实技术开发高速列车轮轨关系三维动态模拟系统,显示直观的轮轨接触计算机三维视景效果.最后总结论文内容并展望有待继续解决的问题.

关键词： 轮轨设备   自动行走   控制算法   PID   速度   距离  

摘要： 针对某种轮轨设备实现任意设定行走距离自动平稳走行到位的实际需求,分析该设备行走液压系统的驱动原理和行走过程规律。以PID控制理论为基础,提出具有距离和速度两套PID闭环的轮轨设备自动行走控制算法,给出符合预设速度变化的行走驱动液压泵控制电流,以实现轮轨设备的行走自动控制需求。通过试验,证明该算法不但可以保证设备平稳地自动行走到位,还可以保证较高的停车精度。

关键词： 直线电机轮轨交通   直线电机   感应板   气隙   轨道不平顺   曲线通过动力特性   行车动力性能  

摘要： 直线电机轮轨交通采用直线感应电机牵引,轮轨系统支撑与导向。直线电机与感应板之间的气隙(简称为气隙)对行车动力性能具有重要影响,其值必须保证在毫米级的精度范围内,通常为8至12mm。线路平顺性、特别是感应板高度变化等均会对气隙大小产生影响,从而影响直线电机牵引效率及行车安全性。因此,直线电机与感应板气隙变化规律以及线路平顺性对其的影响等问题的研究对直线电机轮轨交通系统线路轨道结构设计及养护维修等具有重要理论意义和工程实用价值。 本研究从广州地铁四号线直线电机与感应板气隙和轨道不平顺检测分析入手,首先分析了静、动态气隙变化规律、统计特性以及轨道不平顺状况。其次,利用所建的动力学模型依次分析了直线地段和曲线地段气隙以及轨道不平顺对系统动力响应的影响。最后,在实测轨道不平顺基础上,探讨了直线电机轮轨交通站台与列车间空隙的合理取值。本研究旨在加深对直线电机轮轨交通系统磁轨气隙变化规律以及其对系统动力响应影响的认识,从而为直线电机轮轨交通线路的轨道结构设计和养护维修等提供理论依据和参考。 本文主要的研究内容包括： (1)在广州地铁四号线直线电机与感应板气隙静态检测的基础上,分析了四号线感应板高度的变化规律及引起的原因。 (2)在广州地铁四号线直线电机与感应板气隙动态检测的基础上,分析得到了气隙动态变化规律、分布特征以及频率特性等。并与静态检测结果进行了对比分析,提出了动静结合的检测方法。 (3)对广州地铁四号线轨道不平顺检测数据进行了分析,得到了直线电机轮轨交通轨道不平顺特征。结果显示,四号线轨道整体轨道平顺性状况良好,特别是高低不平顺控制的较好,其峰值均没有超过I级管理限值12mm,因而能很大程度上减小轨道平顺性对气隙的影响。与美国轨道六级谱的对比表明,四号线轨道不平顺峰值和美国五级谱相当,而区段整体轨道不平顺质量指数要优于美国六级谱。 (4)应用所建模型分析得到了直线地段垂向电磁力和轨道不平顺对系统动力响应的影响规律。并对随机不平顺激励下,系统动力响应的频率分布特性规律进行了分析。结果表明,垂向电磁力对轨道结构振动位移和车体加速度影响较小,对轨道结构振动加速度具有较大影响,对轮轨垂向力的最大影响在10kN以内。提出了直线电机轮轨交通高低不平顺极限值应控制在12mmm内。轨道高低不平顺保养限值宜控制在4mm以内,此时气隙变化可控制在±2mm内,从而保证直线电机的具有较高的工作效率。 (5)应用所建模型分析了直线电机车辆曲线通过动力性能,得到了曲线地段气隙变化规律、直线电机车辆曲线通过动力特性以及线路平顺性对行车动力性能的影响规律。并提出了曲线地段直线电机与感应板气隙变化的解析公式,可用于分析线路曲线参数对气隙变化的影响。 (6)应用所建模型分析了不同线路状态、不同运行速度等条件下车辆各方向运动情况,以直线地段和曲线地段车体动态偏移量为基础,研究了站台与车辆间空隙的合理取值。结果表明：直线地段车站站台和车辆气隙可取为75-80mm,较目前采用的1OOmm,可以减少20-25mm。曲线地段车辆限界值至少可以比目前采用的限界值减小15mm左右。曲线地段站台半径宜取为1000m。与传统的车辆限界计算方法相比,本方法能更为准确地反映车体的最大动态横移量,从而为确定站台与车体间空隙的合理取值奠定基础。

关键词： 钢轨打磨   型面设计   接触疲劳   动力学   经济学模型  

摘要： 自改革开放以来我国经济迅猛发展,物流事业的腾飞,以及国家春运的要求,各地区间的交流变得更加频繁。正是在这样的大的社会背景下,我国铁路正向着安全、高效快速、长编组重载方向发展。在长期的运营过程中,钢轨材质的磨耗和退化的自然过程,随着其不断的发展,可能导致钢轨的迅速失效。当外加的接触应力和钢材本身的屈服强度不平衡时,钢轨的成本就会增加,因此钢轨打磨技术逐渐成为一种对于处理钢轨接触疲劳和塑性流动过程加以控制的维修技术。 本文研究工作就是在这样的社会背景下,初步分析讨论了轨道交通中经常遇到的接触疲劳问题和异常磨耗问题。通过建立车辆轨道耦合动力学模型和基于几何参数的型面设计模型,设计了高速客运专线的小半径曲线、中等半径曲线以及直线段的钢轨打磨型面,并经过了车辆动力学的验证,对比了钢轨打磨前后的设计型面对轮对横移量、轮轨垂向力、横向力、脱轨系数等影响。同时也根据基于几何参数型面设计经验法,设计了地铁轨道小半径曲线型面,并对其进行了动力学验证,设计的非对称型面在小半径曲线上,可以有效增大滚动圆半径差,使轮对产生自导向能力,增强车辆的曲线通过性能,减小轮对横移量。本文的具体工作及取得成果如下： 1、本文提出了一种基于轮轨接触几何特征的型面设计方法,并设计了高速客运专线的直线段、小半径圆曲线、中等半径圆曲线的钢轨轨打磨型面,分析比较了打磨前后钢轨型面的接触几何特性及对车辆动力学性能的影响,结果表明打磨后的钢轨型面能够有效降低轮轨间的接触压力,改善接触状态,提高车辆曲线自导向能力。 2、本文根据轮轨接触几何特征型面设计方法设计了地铁轨道小半径曲线打磨型面,并对比分析了打磨前后的车辆动力学性能,结果表明打磨后的钢轨型面能够显著降低轮对横移量、轮轨垂向力、脱轨系数等,提高了车辆的曲线通过性能。根据对打磨周期内不同速度条件下车辆曲线通过性能进行动力学仿真,得出了关于不同型面在不同速度和激扰条件下最大轮轨垂向力之间的关系,仿真结果与现场观测相一致。 3、本文提出了一种可以综合考虑打磨列车等设备折旧成本、打磨成本、停车成本、检测成本、风险成本、置换成本在内的钢轨打磨成本现值计算模型。为了优化钢轨打磨提供数据基础。

关键词： 轮轨   黏着   速度   弹性流体动力润滑   多重网格   Newton-Raphson  

摘要： “十一五”期间我国高速铁路的发展取得了辉煌的成就。随着列车运行速度的不断提高,轮轨间的低黏着问题越发明显。由低黏着引起的轮轨表面擦伤、剥离、扁疤等损伤时有发生。轮轨黏着是关系高速铁路行车安全和正常运营的关键问题。因此,开展高速轮轨黏着特性的研究具有重要的工程应用价值和理论指导意义。 本文首先基于全膜弹性流体动力润滑理论,考虑轮轨实际接触载荷和尺寸,研究轮轨表面光滑时,计算分析了轮轨间存在“第三介质”油和水时的轮轨接触状态,获得了全膜润滑下的轮轨接触压力和膜厚分布,得到了实际膜厚大小的数量级。然后,基于部分膜弹性流体动力润滑理论和Patir-Cheng的平均流量模型,建立了高速轮轨黏着特性数值分析模型,计算分析了在考虑轮轨表面粗糙度情况下的高速轮轨黏着特性。由于数值稳定性问题,对于油润滑情况下的计算采用Newton-Raphson方法,对于粘度较低的水时采用稳定性比较好的多重网格法。利用数值模型,研究了列车运行速度、轮轨表面粗糙度、轴重和轮径等对轮轨黏着特性的影响规律。对比了水润滑和油润滑下黏着系数随速度的变化情况,从膜厚比的角度解释了水润滑下的黏着系数比油润滑下的黏着系数低的原因。由于轮轨黏着理论和数值分析的困难性,以上数值模型假设为二维线接触模型。 通过数值计算,可以得出以下结论： (1)由全膜润滑弹流计算获得的实际膜厚的量级可以看出膜厚和粗糙度基本处于同一等级,所以轮轨间的接触处于部分膜润滑的过程。轮轨黏着问题研究应考虑部分膜的情况。 (2)通过部分膜弹流润滑计算获得了水和油润滑下的压力和膜厚分布。发现油和水润滑时的压力分布与Hertz接触压力不一样,油润滑时存在二次峰,水润滑没有二次峰,固体接触压力和膜厚基本成倒影关系。 (3)油和水润滑情况下,速度对黏着系数的影响都是一样。随着速度的增大,黏着系数均会降低。相同条件下,水润滑下的黏着系数要比油润滑下的大得多,这和试验结果相似。这是由于水膜厚度比油膜厚度小得多,产生的粗糙峰压力要比油大得多。 (4)油和水润滑情况下,随着粗糙峰高度的增大,黏着系数均增大。轮轨表面纹理方向对黏着系数影响较大,横向纹理的中心膜厚要比纵向纹理的大,而横向纹理的黏着系数要比纵向纹理的小。 (5)油和水润滑情况下,随着轴重的增大,黏着系数逐渐降低;随着轮径的增大,黏着系数逐渐增大。

关键词： 轮轨蠕滑力   测试装置   日本  

摘要： 介绍了日本研发的一种新型测试装置即"蠕滑测试仪"的结构,以及利用蠕滑测试仪所取得的一些试验研究成果。

关键词： 轮轨关系   两点接触   数值算法  

摘要： 根据轮轨几何约束方程的典型解得到轮轨两点接触的判断条件,运用该条件并结合迹线法给出了一种轮轨两点接触数值计算方法。

关键词： 轮轨滚动噪声   粗糙度   轮轨辐射   声压  

摘要： 文章利用Remington的轮轨噪声分析模型,结合我国车轮和钢轨的特性,将钢轨视为移动的线声源,车轮视为移动的点声源,对列车速度、列车轴数、预测点位置和轮轨粗糙度谱对滚动噪声的影响进行了分析。

关键词： 动车组   踏面磨耗   轮轨接触几何   运行平稳性  

摘要： 对运营中的若干列某型号动车组踏面参数进行了跟踪测试,从统计学角度对踏面磨耗规律进行了分析,计算了踏面磨耗对轮轨接触几何关系和等效锥度的影响,对旋轮前后车辆运行平稳性指标进行了对比。结果表明,踏面不旋轮运营一段时间后与标准踏面差别较大,轮轨接触几何呈非对称,而旋轮能有效改善车辆的动力学性能。