关键词： 钢轨焊接接头   几何不平顺   轮轨接触   有限元方法   棘轮效应  

摘要： 钢轨焊接接头处容易出现短波几何不平顺,严重制约着钢轨的服役寿命并影响行车安全。为研究钢轨焊接接头几何不平顺演变对轮轨接触行为的影响,首先,基于有限元方法建立三维轮轨滚动接触模型,分析我国某线路实测钢轨焊接接头几何不平顺处的轮轨动态响应;随后,建立局部钢轨有限元模型,通过引入钢轨材料的循环本构模型,研究循环荷载作用下钢轨接头处的应力-应变响应。研究表明:(1)随着钢轨焊接接头几何不平顺的演变,轮轨接触力和接触应力逐渐增大,其变化率也随之提高;(2)考虑列车牵引工况时,在轮轨切向力的作用下,钢轨焊接接头处的材料响应在其几何不平顺演变过程中均处于棘轮效应状态,尤其是几何不平顺演变中后期,循环积累的应变显著增加,累积应变变化率由之前的22.4%增长到53.2%,即加快了钢轨的劣化;(3)若不考虑列车牵引或制动操作时的作用力,材料响应则为塑性安定。

关键词： 地铁车辆   曲线区段   数值模拟   轮轨动态相互作用   黏着状态   摩擦因数   磨耗指数  

摘要： 基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑不同轮轨黏着状态的地铁车辆-轨道耦合动力学模型,分析了轮轨界面黏着状态和曲线半径对轮轨系统动态相互作用的影响。结果表明:车辆通过曲线区段时,轮轨界面黏着状态对轮对运动姿态和轮轨系统动态相互作用的影响显著;轮轨界面存在低黏着接触状态会削弱轮对导向能力,致使脱轨系数增大,尤其当外侧轮轨界面存在低黏着接触状态时影响更大;通过润滑适当减小内侧轮轨摩擦因数,同时保持较大外侧轮轨摩擦因数可有效减小脱轨系数,提高车辆横向运行安全性;内外侧轮轨磨耗指数主要由所在侧轮轨黏着状态决定,且随曲线半径增大而减小。

关键词： 轮轨力   地面测试法   直接测试法   测力轮对   轮轨力检测系统  

摘要： 对中国城市轨道交通轮轨力的检测技术进行了系统性的介绍。地面测试方法包括连续测试法和非连续测试法,连续测试法能够对车辆运行状态、车轮多边形等病害进行检测。车载测试方法包括直接测量法和间接测量法,其中连续测力轮对法是目前最常用的测试方法。轮轨力采集系统具有快速、高效、稳定等优势,在地铁动态验收及运维过程中的轮轨力检测中发挥了重要作用。

关键词： 列车曲线   轮轨激励   制动振动特性  

摘要： 针对列车过曲线制动减速的问题,研究了列车过曲线时轮对所产生的激励对制动盘振动特性的影响。首先建立列车-曲线轨道模型,计算了列车过曲线时轮对所产生的振动;而后在有限元软件中建立盘式制动的有限元模型,计算了制动过程中制动系统产生的不稳定振动和界面应力分布;然后将轮轨激励加载到该制动模型中,以观察列车轮对激励是否对盘式制动的不稳定振动产生影响。研究结果表明,由于轮轨激励频率较低,而制动盘产生的振动为高频振动,因此列车过曲线时的轮轨激励对制动盘振动特性产生的影响比较小。

关键词： 螺栓孔   显式有限元法   棱边受力特性   应力集中   高频冲击   擦伤  

摘要： 为研究螺栓孔在轮轨接触应力场作用下的棱边应力分布规律及受力特性,建立带有螺栓孔的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,研究列车牵引、制动及钢轨擦伤所致高频激励下车轮动载对螺栓孔棱边应力峰值及分布规律的影响。结果表明:擦伤位置是影响螺栓孔棱边受力特性及应力分布规律的关键因素;轨面擦伤可激发高频附加动力冲击作用,螺栓孔斜向棱边Mises应力峰值随运营速度的提升而显著增加,轨面擦伤使斜向棱边方向螺栓孔应力集中效应显著加剧;列车牵引状态加剧了螺栓孔45°、225°方向棱边应力集中效应,而制动状态加剧了螺栓孔135°和315°方向棱边应力集中效应。

关键词： 钢轨打磨   道岔   磨耗   动力学  

摘要： 以道岔钢轨为研究对象,对线路钢轨实施个性化廓形打磨,采用Simpack建立车辆系统动力学模型,分析钢轨打磨前后轮轨动力学性能变化。实验结果表明,钢轨实施打磨后轮轨接触几何分布较打磨前均匀,车轮横向力、磨耗系数、脱轨系数等指标均有所改善,分别下降了16.95%、11.61%、10.26%,通过道岔钢轨打磨可以有效提升车辆运行稳定性,同时对延长轮轨服役时间具有积极作用。

关键词： 载运工具运用工程   车轮磨耗   磨耗预测   城际动车组   研磨子   研磨子作用模式  

摘要： 针对站间距短、研磨子频繁作用的城际铁路,建立了集车辆系统动力学、研磨子―车轮接触和车轮磨耗等模型于一体的动车组车轮磨耗预测模型,车轮磨耗采用Archard模型计算,实现了研磨子―车轮和轮轨接触对车轮磨耗贡献的定量预测。以中国南方某城际线路上运行的某型城际动车组为例,模拟了动车组车轮LM廓形在一个车轮镟修周期内的演化,通过对比跟踪测试结果,确定研磨子所致车轮磨耗的磨耗系数取1.45×10^(-4),并完成了模型验证。上述城际铁路的模拟结果显示,该模型的车轮磨耗预测误差仅为5.00%。以0.30 MPa工作气压下的高硬度研磨子为例,发现其最佳工作模式为“工作20 s—停止工作25 s”的间歇式工作模式。为动车组研磨子系统的优化设计提供有效模拟工具。

关键词： 轨道交通   轮轨增压   环形电磁线圈   轮轨关系  

摘要： 针对列车制动时黏着力不足的问题,基于车轮结构和电磁学基本原理提出一种固定在转向架上的环形电磁线圈方案。该方案利用电磁线圈磁化车轮,使其对轨道产生垂向吸力以增加轴重。对所提方案设置内嵌环形线圈励磁模型和外置环形线圈励磁模型,并基于Ansoft Maxwell电磁场分析软件分析了两种模型的磁感应强度、垂向电磁吸力等参数。计算结果表明:在内嵌环形线圈励磁模型中,轮轨的增压效果不明显,其增加轴重的调节效果不显著;而在外置环形线圈模型中,轮轨接触位置产生了更稳定的励磁作用,轮轨处可获得较大的垂向电磁吸力,车轮增压效果明显。

关键词： Point contacts  

摘要： To improve the calculation accuracy of the simplified calculation method for wheel-rail multi-point contact, an improved calculation method for wheel-rail multi-point contact was proposed by considering the deformation coordination relationship of normal compression of multiple contact patches. Firstly, based on the geometric characteristics of wheel-rail separation function, the Kik-Piotrowski method was used to calculate and judge the wheel-rail multi-point contact. Then, considering the deformation coordination relationship of contact patches, the wheel-rail normal contact pressure-compression coupling equations were established, and the normal forces of wheel-rail multi-point contact were solved. Finally, the rationality of the proposed method was verified by the typical two-point contact model, and the calculation accuracy of the proposed method applied to the actual wheel-rail contact was analyzed. The results show that the calculation results of the proposed calculation method of wheel-rail multi-point contact are in good agreement with those of the Kalker's variational method, and the maximum relative error is only 7. 5 %. Therefore, this method can significantly improve the calculation accuracy of the Kik-Piotrowski method for solving wheel-rail multi-point contact problems. © 2023 Southeast University. All rights reserved.

关键词： 结构光条纹中心提取   轮轨动态参数测量   短圆弧拟合   多线结构光三维重建  

摘要： 轮轨动态参数是对列车运营状态下车轮与钢轨相对几何关系的定量描述,对其进行高精度测量,有利于监测列车运行状态,对于分析相关异常病害的发生机理,保障铁路安全运营具有重要的意义。基于结构光的非接触式检测技术是近年来机器视觉研究领域发展迅速的热点方向之一,因其无接触、适应性强、精度高等优点,在国防、交通等领域得到了广泛应用。但由于列车运营环境的复杂性和测量条件的局限性,使得轮轨动态参数的高精度测量研究面临极大挑战。本文研究复杂条件下基于多线结构光的轮轨动态参数测量方法。针对高速运动、采集条件限制以及轮轨材质的特殊性,提出基于多线结构光的轮轨动态参数高精度视觉测量方法,重点开展了多线结构光条纹中心提取、基于几何关系和时间一致性约束的高精度参数测量等关键问题的研究,研发了轮轨动态参数高精度测量系统并进行了平台测试验证。主要工作如下:(1)针对轮轨表面曲率大、金属材质所致的激光条纹成像严重不均等问题,提出一种基于主成分分析的形态自适应亚像素条纹中心提取方法。该方法首先使用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)实现区域点集线性判断,对于线性区域,沿其法线方向做双线性插值,利用加权灰度重心方法提取中心点;对于非线性区域,采用宽度自适应的高斯加权二维灰度重心方法提取中心点。本文基于低速轮轨实验平台构建了仿真和真实实验,实验结果表明,本文方法相比于Steger、传统灰度重心等方法具有更高的精度和鲁棒性。(2)多线结构光重建的点云过于稀疏且钢轨几何形状具有自重复性,现有的点云配准方法无法实现轮轨动态参数高精度测量,针对此问题,本文提出了一种新的联合几何关系和运动轨迹时间一致性约束的轮轨动态参数测量方法,保证了复杂动态条件下车轮圆拟合的稳定性,提高了动态参数测量的精度和鲁棒性。本文分别在低速轮轨实验台和高速轮轨实验平台上构建了不同工况下的实验测试。实验结果表明,本文提出的方法可实现轮轨动态参数的高精度测量,横移量、沉浮量、摇头角和侧滚角等参数测试精度满足轮轨动态姿态关系研究要求。(3)针对轮轨动态姿态关系研究的应用需求,研发了轮轨动态参数高精度测量系统。该系统设计了多光条纹分类模块,集成以上两个研究成果,实现了轮轨动态参数高精度测量。该系统还具有数据上传与导出、测量结果展示、轮轨动态三维可视化等功能,为轮轨动态姿态关系研究提供了应用技术支撑。