关键词： 浮置板轨道   轨道柔度系数   三维频域模型   无限周期结构理论   Kirchhoff薄板理论  

摘要： 轨道柔度系数矩阵建立了移动轮轨力与轮轨接触点处钢轨位移响应之间的关系,是解析模型中对车辆系统和轨道系统进行耦合的关键和难点。本文在已有三维离散支承浮置板轨道频域解析模型基础上,提出了移动轮轨力作用下浮置板轨道柔度系数的求解方法。利用固定坐标系和移动坐标系间的关系,将浮置板轨道柔度系数的求解转化为对移动谐振荷载作用下钢轨固定点频域位移响应的积分的计算,为三维列车-浮置板轨道耦合解析模型的建立奠定基础,并量化了二维模型和三维模型的计算结果差异。自编程序对浮置板轨道柔度系数进行计算,结果表明:同一转向架内,前轴左侧轮轨力对前轴右侧轮轨接触点处的轨道柔度系数与该力对后轴左侧轮轨接触点处的轨道柔度系数大小相近,二维模型忽略了此影响;二维计算模型无法准确反映板在全部模态频率处的振动响应,进而影响轨道柔度系数的计算准确性;对浮置板轨道动力特性进行精细化分析时,宜使用三维模型。

关键词： 道路与铁道工程   钢轨脱碳层   有限元   材料非均匀特性   轮轨接触  

摘要： 钢轨脱碳层表面到基体的材料力学性能表现出较强的非均匀特性，这些性能的变化对轮轨滚动接触有较大影响。本文采用ANSYS/LS-DYNA建立了可以考虑钢轨脱碳层特性的三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型，分析了脱碳层对轮轨接触行为的影响规律。通过纳米压痕试验获取脱碳层非均匀材料弹性模量和硬度，从钢轨基体到脱碳层表层，弹性模量和硬度逐渐减小，与钢轨基体相比，脱碳层表层弹性模量和硬度分别降低了10%和34%。计算并对比了脱碳钢轨和未脱碳钢轨的轮轨接触状态，发现钢轨脱碳层对轮轨接触斑大小、黏滑区分布和法向接触应力的影响可以忽略，但对等效应力和应变、摩擦功有较大影响；考虑脱碳层影响后，最大等效应力降低20%，最大等效应变增加115%；虽然脱碳深度只有0.55 mm，但对V-M等效应力的影响深度达3.56 mm。

关键词： 地铁   综合摩擦因数   模型试验   轮轨界面   优化   轨顶   轨侧  

摘要： 针对地铁小半径曲线轮轨精准润滑技术，考虑不同轨顶与轨侧摩擦因数匹配工况，对地铁曲线不同位置的轮轨界面综合摩擦因数进行优化。在SIMPACK中建立地铁车辆动力学模型，引入轮轨界面综合摩擦因数管理模型，分析曲线不同位置轨顶与轨侧摩擦因数匹配工况对轮轨磨耗性能、轮对冲角、表面疲劳指数和脱轨系数的影响规律。使用熵权TOPSIS法对4个评价指标建立多目标优化模型，实现曲线不同位置的轮轨界面综合摩擦因数优化。结果表明：缓中点Ⅰ、缓圆点和曲中点的综合性能同时受轨顶和轨侧摩擦因数的影响，圆缓点的综合性能主要受轨侧摩擦因数的影响，缓中点Ⅱ的综合性能主要受轨顶摩擦因数的影响；缓中点Ⅰ、缓圆点、曲中点、圆缓点和缓中点Ⅱ的最佳摩擦因数组合（轨顶摩擦因数/轨侧摩擦因数）分别为0.20/0.35、0.20/0.10、0.25/0.10、0.20/0.20和0.20/0.30。

关键词： 动车组   车轮踏面磨耗   钢轨廓形偏差   横向平稳性   横向稳定性   动力学仿真  

摘要： 为了解决动车组在不同高速铁路上运行时出现异常振动而导致列车横向平稳性和稳定性显著恶化的问题。围绕其主要致因——车轮与钢轨廓形匹配异常，对国内某动车段的轮轨廓形数据进行调研和分析，研究车轮踏面磨耗和钢轨廓形偏差的分布规律及其等效锥度演变规律；进一步，基于多体动力学方法，利用UM软件建立车辆动力学数值仿真模型，分析不同踏面类型、不同磨耗深度的轮廓与不同偏差的轨廓匹配时，动车组横向平稳性和稳定性及车体、构架横向振动频域特性的演变规律。研究结果表明：车轮踏面磨耗深度主要集中在0.2～1.0mm之间，钢轨廓形偏差主要集中在-0.2～+0.4mm之间。随着轨廓负偏差的减小及正偏差的增大，不同磨耗车轮对应的名义等效锥度均呈现增大趋势；对于相近磨耗深度的车轮，LMB踏面车轮的名义等效锥度比LMA的大；对于相同踏面类型的车轮，磨耗深度越大，对应名义等效锥度越大。对于较小磨耗车轮，轨廓负偏差越大，特别是小于-0.2mm后，LMA踏面车轮的车辆横向平稳性明显变差，且车体低频晃动显著加剧；对于较大磨耗车轮，轨廓正偏差越大，特别是大于+0.4mm后，LMB踏面车轮的车辆横向稳定性明显变差，且构架高频失稳显著加剧。根据不同磨耗踏面与钢轨偏差的适应性，结合不同踏面类型动车组的开行计划，可分交路制定更合理的轨廓偏差控制限值，对改善动车组异常振动现象有一定的指导意义。

关键词： 小半径   曲线通过   动态响应   在线感知  

摘要： 针对货车通过小半径曲线时安全性较差及其在线感知问题,从线路试验和动力学仿真的维度展开了分析。结果表明:车辆通过缓圆点、圆曲线中心以及圆缓点等位置时的轮轨动态响应可反映出车辆的总体曲线通过性能,在此基础上构建的基于上述测区位置对应的脱轨系数、轮轴横向力等参数的综合评判指标可用于量评估货车曲线通过性能;在不同曲线位置时,同一车辆不同轴位轮对的轮轨响应存在显著差异,且通过速度会直接影响该差异的演变趋势;总体上,导向的1、3轴磨耗数相对更大,且欠超高时更容易导致非导向轮对横向力的增大;此外,转向架一系刚度对于曲线通过性能的影响较二系刚度、交叉杆轴向刚度等的影响更为显著。

关键词： 车轮多边形磨耗   机理   全尺寸轮轨滚动试验台   高速   抑制措施  

摘要： 列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于我国高速列车车轮上,列车高速运行时会显著增大轮轨之间的相互作用力,严重影响列车运行安全性和舒适性,其产生和发展机理值得全面深入地探究。依托全尺寸轮轨滚动试验台,针对国内某型动车组的拖车轮对,开展高速车轮多边形再现滚动试验,在实验室内再现车轮多边形磨耗产生和发展的整个过程。掌握了车轮多边形磨耗随滚动里程的演变规律,验证了车轮多边形磨耗产生的机理以及发展的关键条件,提出了通过变速运行和严格控制初始轮轨表面不规则状态的车轮多边形磨耗抑制措施。研究结果可为轨道车辆车轮多边形形成机理和抑制措施的相关研究提供重要参考和指导。

关键词： 高速铁路   轮轨   蠕滑特性   仿真   滚动实验  

摘要： 为研究高速铁路横向蠕滑力的变化特征,首先建立高速铁路单轮对轮轨接触动力学模型,在不同速度工况下进行仿真模拟,得到轮轨间的横向蠕滑力变化特征。其次设计制造高速铁路轮轨滚动振动实验台,在不同速度工况下进行实验,得到轮轨间的横向蠕滑力变化特征。最后对比仿真与实验得到的特性曲线趋势及关键特征。研究发现,横向蠕滑力特性曲线存在负斜率及水平阶段,且随着列车速度的增加,曲线的峰值点(轮轨蠕滑临界点)减小并向左移动,表明速度越快越易产生轮轨横向滑动,造成轮轨损伤及列车脱轨。

关键词： 重载铁路   轮轨力   智能监测   服役安全  

摘要： 轮轨动态接触力直接关系着机车车辆系统的动力学性能、轨道振动响应及其结构伤损情况。因此,基于间接式测量轮轨力方法,提出重载列车轮轨力智能监测系统技术方案,设计轮轨力监测点包括一系簧力、一系簧横向位移等参数,应用了现代传感技术、虚拟仪器技术、嵌入式技术和列车通信技术。以某八轴重载列车中部机车为例,在车下安装加速度、应变、位移等传感单元,对各传感器进行标定,并通过数据采集与数据处理等方法计算轮轨垂向力、轮轴横向力、脱轨系数等安全性指标。将间接方式得到的轮轨力通过动力学仿真进行验证。该监测系统能够实现轮轨垂向力等安全性指标的自动采集、自动处理、自动分析与传输,为重载铁路的智能化与信息化提供重要技术支撑。

关键词： 高速动车组   轴箱轴承   轮轨激扰   故障诊断   高阶频率加权能量算子  

摘要： 针对希尔伯特变换无法在轮轨激扰下实现轴箱轴承故障信息识别的缺陷,提出使用高阶频率加权能量算子(High-Order Frequency-Weighted Energy Operator,HFWEO)对轴箱轴承故障冲击进行识别的新方法。首先,通过高速动车组单轴滚动振动试验台进行了轮轨激扰下轴箱振动信号的采集,并对轴箱振动特性进行了分析,得出轮对踏面损伤产生的轮轨激扰主要位于1 kHz以下的低频部分,而轴承故障冲击主要位于1 kHz以上高频的部分;然后,通过公式推导分析了HFWEO的解调特性,并讨论了HFWEO的信号干扰比(Signal-to-Interference Ratio,SIR)随HFWEO阶次变化的规律,证明高阶频率加权能量算子可在轮轨激扰下实现轴箱轴承的故障诊断;最后,将HFWEO应用于轮轨激扰下的轴箱轴承故障数据分析,验证了HFWEO解调方法的有效性与优越性。

关键词： 蠕滑曲线   数值模拟   车辆系统动力学模型   钢轨磨耗   接触斑  

摘要： 轮轨蠕滑曲线会影响轮轨动态相互作用,进而影响钢轨磨耗,为研究实测轮轨蠕滑曲线对钢轨磨耗的影响,首先,基于最小二乘法获得适用于Polach模型和修改FASTSIM算法的参数,模拟40~400 km/h行车速度范围内的实测蠕滑曲线;随后,在SIMPACK软件中建立车辆系统动力学模型,并通过Polach模型测得实测蠕滑曲线;最后,采用Kik-Piotrowski模型和修改的FASTSIM算法进行轮轨非赫兹滚动接触计算,并结合USFD磨耗模型预测钢轨磨耗,对比了理想与实测蠕滑曲线条件下钢轨磨耗的差异.研究表明:理想蠕滑曲线条件下钢轨磨耗深度明显大于实测蠕滑曲线下的结果,随着车辆通过次数的增加,理想条件下钢轨磨耗分布范围更大,内外轨磨耗分布范围分别为实测蠕滑曲线的1.5倍和1.3倍;摩擦系数和磨耗率显著影响钢轨磨耗大小及磨耗分布情况,故在车辆动力学仿真和钢轨磨耗计算中有必要考虑实测轮轨蠕滑曲线;形成了确定实测蠕滑曲线参数的前处理程序,可服务于车辆动力学仿真和钢轨磨耗计算,可以有效指导现场进行钢轨打磨等养护维修工作.