关键词： 直流电机   电力机车   铁路运输   研究  

ISBN: (数字)9787504655196 ISBN: (纸本)9787504655196

摘要： 本书详细介绍了直线电机轮轨交通的线路与限界技术，首先介绍了直线电机轮轨交通线路与限界的主要特点。对线路选线、线路设计参数、线路规划、线路走向、线路敷设方式、车站分布、辅助线布置等进行了详细分析，并介绍了广州地铁4号线线路选线情况。主要介绍了直线电机轮轨交通限界影响因素，以及车辆限界、设备限界和建筑限界等技术。还对计算机辅助设计系统进行了介绍，包括线路设计系统和限界设计系统。

关键词： 高架桥   桥梁工程   研究   直流电机   电力机车   铁路运输  

ISBN: (数字)9787504655219 ISBN: (纸本)9787504655219

摘要： 本书介绍了国内外直线电机轮轨交通高架结构发展和研究状况，总结了直线电机轮轨交通高架桥梁与车站的设计、施工方法、施工管理、养护维修、桥梁动态性能检测与评价方法等。

关键词： 轮轨关系   滚动接触力学   有限元   ALE   轮轨黏着   轮轨磨耗  

摘要： 当前世界铁路正朝着高速和重载方向发展,随之而来的列车牵引和制动对轮轨的黏着的控制与利用的要求也越来越高,而且轮轨磨耗、滚动接触疲劳、脱轨和噪声等问题越来越严重,其解决与否直接影响铁路的快速发展。这些问题的研究涉及到许多学科,但都必须以轮轨滚动接触理论研究为基础。 轮轨滚动接触理论是研究列车运动时,轮轨相对运动状态和接触斑上作用力的关系。本文第2章详细讨论了目前常用于车辆动力学研究中的几个经典基于Hertz理论的轮轨滚动接触模型,以及Kalker于20世纪90年代初完成的三维弹性体非Hertz滚动接触理论。Kalker的三维弹性体非Hertz滚动接触理论至今未突破弹性半空间假设限制,无法对复杂的轮轨作用问题作进一步的研究。大量的工程应用已经充分证明有限元法是解决轮轨滚动接触问题的先进的、行之有效的方法。 本文应用基于Lagrangian网格的有限元接触理论和基于ALE的稳态滚动接触有限元理论分别建立了三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型和三维接触稳态滚动接触有限元模型。在基于ALE三维接触稳态滚动接触有限元模型中,通过Lagrange乘子法处理切向接触约束,可以精确地计算接触斑的黏着特性。在三维瞬态轮轨滚动接触分析中,首次联合使用有限元隐式和显式求解方法模拟轮轨瞬态滚动接触过程,使轮轨滚动瞬态计算在很短的时间内就能得到稳定解。这些模型不但可以考虑材料、几何和接触非线性问题,还可以考虑车轮滚动速度、轮轨的实际几何形态,以及惯性力的影响。这些模型突破了经典轮轨滚动接触理论Hertz接触条件和弹性半空间假设的局限性,使轮轨滚动接触问题真正的变成一个动力问题。 本文用基于ALE的稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型对单轮对在轨道上稳态滚动时的接触状态进行了分析;应用Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论也对单轮对在轨道上滚动接触蠕滑力进行了分析;并对两种轮轨滚动接触模型的计算结果进行对比分析。 本文在基于ALE的稳态轮轨滚动接触有限元模型中,分别采用Lagrange乘子法和罚函数法处理切向接触约束,通过这些模型分析轮轨接触表面在干燥条件下的轮轨黏滑特性曲线。在基于罚函数法处理切向接触约束的ALE的稳态轮轨滚动接触有限元模型中通过引入粗糙度平顺摩擦响应,讨论不同的滑动容差对轮轨黏滑特性曲线的影响。 本文提出基于三维瞬态有限元模型的轮轨形面磨耗的数值预测方法,在轮轨磨耗数值模拟得以实现的重要技术环节上,推导了适用于有限元模型的基于微面积的Archard磨损模型的积分形式,实现了用Laplace网格光滑技术对车轮踏面和轨头内部网格的光滑化处理技术,用该方法数值模拟日本铁道综合技术研究所(RTRI)的双轮盘式轮轨磨耗试验台的轮轨磨耗试验过程,对预测结果和试验结果进行了对比分析。提出基于ALE稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型建立轮轨形面磨耗的数值预测方法,在该方法中应用车辆系统动力学与有限元的联合求解,可以得到相对准确的载荷工况,应用该方法对重载车辆通过小曲线时的车轮磨损进行预测。

关键词： 车轮失圆   轮轨动力作用   ADAMS/Rail   PVDF压电传感   轮轨力监测  

摘要： 本文基于高速车轮失圆问题对轮轨间动力特性的影响,提出了一种基于PVDF(Polyvinylidene Fluoride)压电传感技术的铁路轮轨力监测方法,为高速列车运行安全监测提供了新思路。围绕高速铁路轮轨力实时监测方法研究所涉及关键技术进行了深入的理论分析和试验研究,在对车辆轨道相互作用模型、铁道车辆动力学仿真技术、铁路车轮失圆和轮轨力检测技术、以及PVDF压电传感技术的应用研究现状与发展趋势进行归纳和总结的基础上,主要进行了以下方面的研究工作： (1)基于车辆轨道垂、横向耦合动力学理论,采用铁道车辆动力学仿真技术,建立了高速车辆轨道系统动力学仿真分析模型。车辆系统采用能够反映列车动力学性能的整车模型,轨道结构视为多层支承体系,仅考虑了钢轨的垂向和横向振动自由度,在保证计算精度的前提下提高了仿真效率；提出了车轮瞬时滚动圆是非圆时轮轨接触几何参数和轮轨作用力的计算方法。 (2)系统分析了铁路车轮失圆的特征并对其进行了定义分类,提出了一种新的车轮失圆数学描述,结合所建立的高速车辆轨道耦合系统动力学仿真模型,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,给出了高速情形下车轮失圆度的安全限值,从而为识别不同类型的车轮失圆问题引起的轮轨力异常情况提供理论依据。 (3)提出了基于PVDF压电传感技术的铁路轮轨力监测新方法。首先,通过有限元分析研究了不同工况下钢轨应力、应变分布规律,并结合车轮不圆度与轮轨动力作用的关系,提出了总体监测方案和轮轨力测量合理的贴片位置；其次,建立了轮轨作用力与PVDF压电传感输出的理论关系模型,提出了轮轨作用力测试原理,讨论了实际应用中压电传感元件粘贴偏差角的存在对输出结果的影响；此外,通过有限元仿真验证和实验研究,对PVDF压电应变传感器和普通电阻应变片的动态特性和抗干扰特性进行了对比分析,验证了本文提出的铁路轮轨力监测原理和测试方法的正确性与可行性。 (4)根据铁路轮轨力监测对采集系统的要求,提出了针对压电传感器的振动信号采集与数据分析处理系统方案,进行了系统硬件选型与软件编制。利用MATLAB语言自身的特点弥补了一些现有软件开发时的缺点,实现了数据实时采集、分析、显示与存储以及远程监测和在线诊断的功能,而且该测控软件能够在多种环境中移植,为建立统一的铁路轮轨力测试平台奠定了基础。

关键词： 高速铁路   沥青混凝土   轨下基础   轮轨滚动噪声   数值模拟  

摘要： 随着我国大规模的铁路提速改造工程的实施，以及大力发展高速客运专线的需要，无砟轨道开始大量应用。但是普通的板式轨道也产生了一些难以克服的问题，比如刚度太大，易开裂，不易维修养护等，其中之一就是严重的噪声危害。在各种铁路噪声中，轮轨滚动噪声随着列车速度的提高成为主要的噪声源。目前控制轮轨滚动噪声的措施主要是通过改善和优化轨上结构来实现的，而很少考虑轨下基础对噪声的影响。沥青混凝土作为一种良好的材料在高速公路上得到了大量的应用，其弹性好、防水、易于维修等优点都是水泥混凝土不具备的。本论文依托课题——成灌城际铁路全断面沥青混凝土强化基床表层路基结构试验研究，利用Abaqus有限元软件，建立ACRS-1型、ACRS-2型和普通板式3种结构的轮轨滚动噪声模型，分别对其轮轨滚动噪声进行数值仿真模拟，通过计算和比较，分析了不同轨下基础的噪声水平。　　本文主要的研究内容和成果如下:　　(l)建立包含沥青混凝土轨下基础的轮轨滚动噪声模型;(2)通过计算比较，分析沥青混凝土轨下基础的降噪性能，结果显示，ACRS-1型结构比普通板式轨道降噪2dB(A)左右;(3)对ACRS-1型结构进行参数敏感性分析，发现噪声随着沥青层厚度的增大而减小，随着沥青层温度的增大而增大，但是这种变化不是很明显。

关键词： 轮轨弯道   尖啸噪声   磨损   微凸体油膜弹性支承效应   频谱分析  

摘要： 随着高速铁路和城市轨道交通的发展,我国迎来了铁路行业发展的新纪元。但与此同时,出现了运行质量下降、线路恶化、噪声增加等问题。特别是铁路弯道的尖啸噪声问题对乘客和周围居民造成严重的影响,与此同时铁路弯道磨损问题也变得越来越严重,直接影响到铁路运输成本甚至危及到列车行车安全。因此对铁路弯道尖啸噪声及磨损控制的研究具有重要的经济意义和指导作用。 在弯道钢轨上涂抹润滑剂是近几十年来比较流行的减磨降噪措施,但现行使用的普通轮轨润滑剂的降噪效果并不明显。这类润滑剂虽然对钢轨的减磨起到了一定的作用,但涂油后轮轨间的摩擦系数下降,从而导致了列车牵引力的不足,给行车安全带来了威胁。本文基于高中庸教授提出的“摩擦伴生阻尼”和“微凸体油膜弹性支承效应”理论进行润滑剂的配制,摆脱了传统“负阻尼”理论的束缚,拓展了轮轨润滑剂配制的新思路。 本文通过摩擦摆试验、模拟轮轨降噪试验及磨损试验,结合频谱及模态分析评价了自行配制的轮轨润滑剂在控制轮轨尖啸噪声及磨损的能力并分析了其减磨降噪机理;测定了轮轨润滑剂动静摩擦系数及其差值、粘度及表面张力,分析了这些物理特性对轮轨润滑剂减磨降噪能力的影响。得出以下主要结论: 1.配制轮轨润滑剂时强调轮轨间较小的静—动摩擦系数差值和适宜的轮轨摩擦系数,而不必考虑的摩擦系数—相对滑动速度上升特性。试验中得出的润滑剂表现出较好地控制摩擦自激振动的能力进而有效地控制轮轨尖啸噪声。 2.轮轨间的粘度及表面张力,影响着润滑剂的浸润性和吸附性,浸润性及吸附性越好“微凸体油膜弹性支承效应”就越明显,润滑剂降噪减磨的能力就越强。 3.自行配制的润滑剂具有较好的“微凸体油膜弹性支承效应”,有助于提高轮轨抗磨能力,减少弯道轮轨的磨损。

关键词： 五连杆机构   钢轨断面   滚动导轨   编码器   曲线坐标   交通大学   外形测量   标定装置   传递系数   不确定度分量   测量仪  

摘要： 轮轨的几何断面形态与行车的安全性、经济性等密切相关;轮轨几何断面的测量在轮轨外形匹配优化、轮轨质量评估、确定磨耗超标车轮的经济镟修量、磨耗超标钢轨的打磨方案和打磨量等方面具有重要意义。本文就如何设计一种既能测量铁路车轮踏面外形，又能测量钢轨断面外形的高精度测量仪器进行了相关研究工作：　　 1、依据平面铰接五连杆机构测量外形和直径的原理，建立了轮轨外形测量数学模型和车轮直径测量数学模型。　　 2、运用Matlab，分别对五连杆进行运动仿真和误差仿真，使五连杆参数实现既能测量轮对外形，又能测量钢轨外形，并满足仪器的测量范围要求。通过仿真，优化五连杆参数，分析了测量仪器的测量不确定度。　　 3、设计了仪器的机械结构：选取方筒型铝镁合金平尺作为支承件，实现了准确可靠的定位基准;设计了组合式滑块以适应轮对内侧距和轨距的量程要求;设计特定的定位装置，使仪器在测量轮对和钢轨的情况下都能可靠安装;采用平面测头作为轮缘定位测头，带磁力的滚轮型测头作为外形测量测头;对机械结构加以扩充，增加了测量铁道车辆滚动试验台轨道轮外形的功能，并提出了测量轨道轮直径的方案。　　 4、为消除系统误差，改善仪器的正确度，设计了仪器的标定实验及相应的标定装置，提出了外形测量和直径测量的标定方案;对测量仪器的标定结果进行了实验验证，结果证明了该标定方法的可行性。　　 5、在EVC++4.0环境下编写了PDA数据处理软件，实现了数据的无线接收、计算、存储，外形曲线和计算结果的显示。　　 测试结果表明：研制的仪器可以一机三用，重复精度达±0.02mm，参数测量误差小于0.05mm。

关键词： 轮轨粘着   部分弹流润滑   多重网格法   轴重   滚动速度   水介质  

摘要： 世界各国积极发展高速重载铁路和城市轨道交通。列车的牵引、加速和制动是靠轮轨接触斑的相互作用传递切向力来实现的,这种轮轨间的相互作用特性称为粘着特性,可以将轮轨粘着力理解为轮轨滚动过程中所产生的滚动摩擦力。对轮轨粘着问题的研究目的是掌握轮轨滚动过程中的受力状态随车轮运动状态的变化规律,得出轮轨粘着力随蠕滑率和运行速度的变化规律,即轮轨粘着-蠕滑特性曲线（简称粘滑特性曲线）,并寻找出最佳粘着点,以便进行粘着控制,充分发挥机车的牵引功率和制动功率。本文主要以Carter二维滚滚接触理论和粗糙面间的稳态部分弹流理论为基础,应用数值方法对水介质条件下轮轨粘着特性进行了研究,研究了滚动速度、轴重对粘着的影响;并在JD-1轮轨模拟试验机上研究了水介质条件下轮轨粘着特性的研究,得到了一定的规律。通过以上数值分析和试验研究,得到了以下结论： 1.以Carter二维滚滚接触理论和粗糙面间的部分稳态弹流理论为基础采用Patir和Cheng的平均流量模型建立起水介质条件下二维粘着数值模型,在对数值模型求解过程中,采用多重网格法进行求解。通过输入不同的参数,研究了滚动速度、轴重对粘着的影响。研究发现：相同轴重下,滚动速度越大,粗糙峰接触压力与总压力的比值越小,导致轮轨之间的粘着系数下降;相同速度下,轴重较大,粗糙峰接触压力占总压力的比值也越大,此时粘着系数也较大。 2.在JD-1轮轨模拟试验机上进行轮轨在于态工况突然加水和水介质条件下的黏着特性试验,着重研究水介质条件下不同速度、轴重以及蠕滑率对轮轨黏着的影响。结果表明：在相同的蠕滑率下,干态工况加水之后轮轨间的粘着系数较干态时的粘着系数将低了50%～60%;在水介质条件下,不论是最大粘着值还是稳定黏着值（机车实际运行黏着区）,受车轮速度影响较大,粘着系数随着车轮速度的上升而降低,轴重对粘着系数的影响较小：粘着系数在达到最大值（饱和值）之前随蠕滑率的增加而线性增加,而后随蠕滑率的增加而下降,最后逐渐趋于稳定。最大粘着系数所对应的蠕滑率为0.5%左右。

关键词： 钢轨   微观粗糙度   微裂纹   液态介质   应力强度因子   接触疲劳  

摘要： 随着铁路客货运量的增大和列车速度的提高,轮轨滚动接触疲劳破坏现象已成为制约我国铁路技术发展的突出问题,尤其是高速重载线路,情况十分严重。它不仅大大增加了铁路的运营成本,而且直接危害行车的安全。因此,开展对微观粗糙度下的轮轨接触表面微裂纹的扩展行为的研究,有助于正确判断钢轨的伤损类型及原因,准确估算钢轨的接触疲劳裂纹的扩展寿命,对于维护高速铁路的安全服役、促进钢轨质量的改进和提高、合理使用钢轨和延长钢轨的使用寿命、节约铁路运营成本等具有重要的现实意义。 本文针对微观粗糙度下的钢轨表面微裂纹扩展问题进行了研究。通过利用大型有限元程序ANSYS建立了考虑钢轨表面微观粗糙度情况下,具有表面微裂纹的轮轨接触二维有限元模型。通过计算,分别获得了有、无液态介质存在两种情况下的不同长度、不同位置处的钢轨表面微裂纹尖端处的应力及应力强度因子。并对两种情况下的疲劳微裂纹的扩展寿命进行了对比。论文主要结论有： （1）具有表面微观粗糙度的钢轨,表面无液态介质存在时,在车轮碾压过程中,微裂纹只在位于接触斑边缘附近处发生张开变形,在接触斑内其他位置时,不会出现张开现象,微裂纹是闭合的。且其最大的等价Ⅰ型应力强度因子KI*远小于钢轨材料的断裂韧度,说明此种情况下钢轨表面微裂纹不会立即扩展。 （2）有液态介质存在时的钢轨,在车轮碾压作用下,位于接触斑内时的整个过程中,表面微裂纹均发生了张开变形,表面微裂纹的型式为Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹。钢轨表面有液态介质存在时的等价Ⅰ型应力强度因子KI*的最大值比无液态介质情况下的KI*的最大值大很多,约是它的4.3倍。 （3）具有表面微观粗糙度的钢轨表面有液态介质存在时的裂纹扩展寿命比无液态介质时的裂纹扩展寿命要小很多,这也就解释了曲线段钢轨,为了减少轮轨间的侧磨,钢轨表面涂抹润滑油后,表面“龟裂”现象比直线轨严重得多的原因。

关键词： 轮轨关系   磨耗  

摘要： 轮轨磨耗是轮轨系统各种力学现象综合作用的结果,机理复杂、因素多、涉及面广,这是一项属于多学科、多专业的系统工程.随着我国重载与高速铁路的快速发展, 轮轨关系与磨耗问题已经变得越来越严重, 已成为影响铁路运输安全的重要因素,深入全面进行轮轨关系的比较研究有重要意义.本文对轮轨关系与磨耗问题进行了几方面研究.