关键词： 计算机视觉   三维点云测量   轮轨接触几何   轮轨接触斑  

摘要： 本文首先简要概述了以高铁为代表的列车运行过程中轮轨接触几何及轮轨接触区域研究意义,接着介绍了计算机视觉领域中非接触式测量为代表的点云概念以及基于点云参数测量的基本方法及其优势,并选取典型方法进行介绍。最后,详细介绍了基于点云的轮轨接触几何测量及轮轨接触斑测量研究分析。研究表明,在复杂姿态下实现高精度轮轨参数的测量仍面临挑战,目前相关研究较少,需要进一步研究以三维点云为代表的非接触测量技术,以加速该领域的发展。

关键词： 高速铁路   轮轨垂向力   数值模拟   连续测量   TPDS   支点压力  

摘要： 在现有运营线路上实时检测车轮踏面擦伤或车轮不圆的铁道车辆运行品质轨旁动态监测系统(Truck Performance Detection System,TPDS)的基础上,基于车辆轨道耦合动力学理论建立刚柔耦合模型,计算得出支点垂向力对各车轮的分配系数,利用钢轨支点处压力传感器的实测数据反算得到车轮的轮轨垂向力,实现了无剪力分区条件下轮轨垂向力的连续检测。选取一高速铁路上TPDS压力传感器测量数据,用本文方法计算轮轨垂向力,并与现有TPDS系统计算方法得到的轮轨垂向力进行比较。结果表明:二者得出的轮轨垂向力具有很好的一致性,相关系数在0.8以上。

关键词： 轮轨关系   摩擦系数   接触力学   有限元分析  

摘要： 为了探明在牵引工况和制动工况下的列车轮轨滚动接触行为,从而为今后轮轨损伤机理的研究提供理论基础,以CRH2-300型动车组轮轨为研究对象,通过有限元仿真研究了基于牵引制动性能摩擦系数模型的轮轨接触力学行为,结果表明:基于经验模型的摩擦系数显著大于基于牵引、制动模型的摩擦系数及新干线模型的摩擦系数,新干线模型的摩擦系数与基于牵引制动性能模型的摩擦系数较为接近;牵引工况下的切向力云图呈现两点接触形态,且沿运行方向前端的点接触切向力明显大于运行方向后端,而在制动工况下,切向力在起始时刻为单点接触,随后变为两点接触;在轮轨接触点处,车轮S23切应力呈圆弧形且走势与车轮角速度方向一致,钢轨与车轮S23切应力圆弧走势对称。

关键词： 重载电力机车   车轮多边形   异常振动   车辆-轨道耦合动力学   制动   轮轨动态相互作用  

摘要： 车轮多边形是导致车辆和轨道系统异常振动的主要激励源,严重的车轮多边形将威胁车辆和轨道零部件的疲劳寿命。针对机车车辆系统异常振动问题,对存在多边形磨耗的车轮和机车振动特性进行了现场测试。测试结果表明,严重的高阶车轮多边形会导致机车轮对垂向和纵向剧烈振动。建立重载列车-轨道三维耦合系统动力学模型,研究不同制动工况和轮轨接触界面摩擦条件下多边形车轮对轮轨垂向和纵向动态相互作用的影响。研究结果表明,在重载列车制动过程中,车轮多边形不仅加剧了轮轨间垂向的冲击作用,还引发了显著的纵向轮轨相互作用;在轮轨低黏着接触状态下,严重的车轮多边形会加剧轮轨纵向动态相互作用以及接触面的磨耗和疲劳损伤。

摘要： To fulfill their mission properly, planetary exploration rovers must often be able to travel long distances and traverse various terrain types. Some terrain types and topologies may present traversability challenges. In difficult situations, such as slopes and loose soil, rover wheel slip may increase to a level leading to entrapment risks. Autonomous slip detection allows a rover to detect potentially dangerous terrain and take precautions. While visual odometry slip estimation solutions exist, numerous external factors, such as luminance, haze and shadows, may negatively impact quality of imaging sensor data and consequently slip estimation. Visual odometry also requires significant computational resources. Previous studies have shown promise in the use of Machine Learning algorithms to process IMU-measured vibration data to detect and classify slip events. This research develops a low-latency and computationally efficient vibration-based system to detect wheel-terrain slip events for skid-steer rovers with modest hardware requirements. To this end, vibration datasets corresponding to various wheel-terrain slip values are generated. A Husky rover with two Inertial Measurement Unit sensors is used in indoor and outdoor test environments. Slip is induced at specific values by mechanically constraining the rover to reduce the Actual Rover Speed below the Commanded Rover Speed. The vibration datasets are used to train and validate a Support Vector Machine classifier to differentiate abnormally high slip events from normal low slip. The training is done with various sensor outputs, sampling time, and sampling frequency. The performance of the system is then evaluated in order to find which combinations of parameters are effective and to qualify the trade-offs in performance which come with less ideal parameter values.

关键词： 轨道交通   轮轨接触   试验台   缩比模型试验可行性仿真  

摘要： 针对由轮轨接触饱和蠕滑率引起的高频振动造成钢轨损伤问题,提出了一种小比例环形轮轨接触试验台动态模拟方法。其采用环形轨道模拟轮轨持续接触运行工况,结合转向架与受电弓组成的试验车辆模拟轮轨接触振动耦合作用,通过两套牵引系统模拟轮轨接触运行中的纵向接触蠕滑、加速及制动等工况。通过计算确定了环形钢轨的最小曲线半径为7.00 m,经SIMPACK软件仿真分析获得的最大脱轨系数为0.668,符合安全运行要求。

关键词： 轮轨裂纹   FRNC3D   裂纹扩展   数值模拟   应力强度因子  

摘要： 用有限元软件ABAQUS结合三维断裂力学软件FRANC3D,建立了轮轨裂纹三维有限元模型,依据断裂力学原理对含有裂纹的轮轨模型进行数值模拟,分析了不同工况下的车轮裂纹扩展行为。结果表明,在裂纹的中间段,裂纹扩展速率随着裂纹长度的增大有“先快后慢”的现象,两端段反之;裂纹角为30°时的裂纹尖端应力强度因子(SIF)最大,裂纹更容易扩展;裂纹尖端应力强度因子随着轴重几乎呈线性增加;裂纹深度的增加,应力强度因子先增大,后逐渐减小,且处于接触斑附近的裂纹更容易扩展。

关键词： 重载铁路   钢轨波磨   有限元仿真   轮轨垂向力   波动性  

摘要： 钢轨波磨是重载铁路上常见的一种病害,且波磨波长范围较广,为研究列车经过不同波长的波磨区段时轮轨垂向力变化情况,利用ABAQUS软件建立有限元模型,仿真计算不同工况条件下的重载线路轮轨垂向力响应。首先,结合重载铁路轴箱加速度的分析和现场复核,归纳钢轨波磨区段主要参数特征;接着,根据归纳的波磨特征建立有限元仿真模型并利用既有实测数据验证仿真结果的正确性;然后,利用控制变量法计算轮轨动力学在不同车辆轴重、运行速度、扣件刚度和弹簧阻尼参数下的影响特性。最后,通过比较不同波长下的轮轨垂向力发现,相同工况下,重载铁路短波长波磨区段能引起轮轨垂向力更大范围的幅值波动。因此,重载铁路产生钢轨波磨初期,为避免异常的轮轨力,要及时打磨。

关键词： 轮轨   硬度匹配   磨损   微观组织  

摘要： 车轮与钢轨硬度是影响轮轨磨损的主要因素之一,合理的轮轨材料与硬度匹配对于减轻轮轨磨损、延长服役寿命具有十分关键的作用。当前我国铁路运营过程中存在2种硬度钢轨匹配4种硬度车轮的现象,材料匹配行为复杂。针对铁路轮轨材料和硬度的选用与匹配,至今尚无统一合理的规定与标准。从轮轨材料硬度出发,首先分析了国内外轮轨材料发展与硬度匹配的使用现状,发现不同国家和地区轮轨材料硬度的选用存在较大差异。具体表现为:日本新干线使用的车轮硬度远高于钢轨(HR/HW<1),欧洲高速铁路上HR/HW值接近1,而中国高速铁路系统中,轮轨种类多,硬度区间大。其次,总结了轮轨硬度匹配研究进展,明确材料硬度和轨轮硬度比(HR/HW)对磨损与滚动接触疲劳损伤都具有显著影响,但并没有形成统一的结论,且以往的材料选用经验并不完全适用于当前的铁路系统。然后,针对现阶段轮轨材料与硬度匹配研究,探讨了材料加工硬化、合金钢微观组织、表面热处理工艺、复杂服役环境与车轮运行参数等因素的潜在影响。最后,提出了以建立统一合理的实验标准与评价体系为前提,开展复杂服役工况下高速和重载轮轨材料损伤行为与失效机制研究,轮轨材料硬度/韧性最佳匹配行为与选配原则研究,以及轮轨磨损规律与服役寿命预测方法研究等未来研究趋势的展望。

关键词： 轮轨动力学   转向架   曲线几何参数   27 t轴重   曲线性能  

摘要： 27 t轴重的侧架交叉支撑转向架和副构架径向转向架是中国最近研制的两种重载货车转向架。为研究比较两转向架的曲线性能,分析曲线几何参数、轨道谱激励对不同类型转向架轮轨动力的影响特性,综合考虑转向架结构形式、技术参数和重载曲线轨道相关要求,建立重载货车⁃轨道耦合动力学模型和曲线参数化模型。结果表明,副构架径向转向架曲线性能在小半径曲线(≤800 m)线路上具有相对优势,曲线半径越小,优势越明显,但增大曲线半径和施加线路谱激励均会弱化其优势;两种转向架对外轨超高和缓和曲线长度变化的动力响应趋势基本一致,都在欠超高(0~15 mm)范围内轮轨综合响应较小;缓和曲线长度对两者均存在拐点,且拐点近乎相同,如当速度为80 km/h,曲线半径为800 m时,计算拐点都是约50 m,与TB 10627—2017《重载铁路设计规范》标准中规定的缓和曲线长度最小取值一致。