关键词： 铁道车辆   轮轨力   组桥   应变片   安全运行  

摘要： 随着国内外铁路行业的快速发展,铁道车辆运行安全问题越来越受到关注。其中轮轨的相互作用力是影响铁道车辆行车安全的重要因素,因此对于轮轨力的检测十分重要。设计了一套基于测力轮对的轮轨力检测系统。通过组桥方法在车轮上布置应变片,利用应变仪采集应变力,将采集的应变力数据带入计算轮轨力的程序中得到轮轨力,进而算出脱轨系数和减载率,最后利用GB5599-2019标准进行评判运行安全情况。此研究对于铁道车辆的安全运行具有很深远的意义,为促进轮轨力检测技术的发展提供了新的研究思路。

关键词： 轮轨力   剪力法   踏面损伤   多边形   在线测量  

摘要： 轮轨力直接反映了列车-线路耦合状态及车轮服役损伤水平,创新发展轮轨力在线测量技术对保障列车运行安全至关重要。简述了现有直接轮轨力测量系统的工作原理及存在的不足,通过传感器结构设计、数据融合算法及软件处理系统开发,研制了一种新型轨道交通轮对智能运维监测系统(RIM)。基于剪力法轮轨力测量原理,利用设计研发的钢轨卡装式H型剪力传感器组桥阵列及多通道信号重构技术实现了轮轨力的连续测量。同时,通过制定系统测区布置方案,提出各检测功能评价方法,并构建监测系统网络架构,能满足对车轮踏面损伤、车辆偏载及超员检测等功能需求。经某地铁公司现场实测验证,本系统无需对轨道结构进行任何改动,拆装方便快捷,并能连续重叠采集测量区间内的轮轨力信号,有效弥补了单个剪力测量点独立工作产生的测量盲区,实现了轮轨垂向力的米级连续在线测量。

关键词： 轨道车辆   第三介质   轮轨接触试验   静摩擦因数  

摘要： 为探究不同轮对横移量下轮轨的接触斑及第三介质对轮轨静摩擦因数的影响,搭建一种能准确反映轮轨接触状态的试验台。选取磨耗后的高速列车车轮、钢轨试块,进行不同轮对横移量及启动工况时第三介质作用下的轮轨接触试验。结果表明,钢轨靠近轮缘时,轮轨接触斑多呈哑铃状,面积较大,在对中位置及远离轮缘时,接触斑形状均为椭圆形且面积接近;水、油、树叶分别会使轮轨间静摩擦因数较干洁轨面降低约49.7%、54.5%和75.9%;撒砂可有效加大轮轨间静摩擦因数,最大可较干洁轨面增加81.6%,在撒砂量饱和后静摩擦因数将保持不变;砂水混合物作用下轮轨静摩擦因数较水介质单独作用时有较大增加,且在砂水质量比约为10∶3时增黏效果最佳。所得结论对撒砂量及撒砂智能化控制具有参考价值。

关键词： 变摩擦系数   钢轨焊缝   三维瞬态滚动接触   显式有限元   轮轨滚动接触解  

摘要： 采用变摩擦系数能够较为准确地刻画轮轨滚动接触行为。为研究变摩擦系数对钢轨焊缝处轮轨滚动接触行为的影响,建立三种不同钢轨焊缝工况的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,通过对比库伦型摩擦系数的结果,计算分析变摩擦系数对轮轨力、接触斑内的微滑以及黏滑分布等接触行为的影响。结果表明:变摩擦系数接触斑内的滑动区域占比会更大且在滑动区域会引起黏滑振荡现象,当轮轨界面滑动现象越明显时,黏滑振荡越剧烈;变摩擦系数对法向接触解的影响不大,切向接触解会因接触状态的改变显著受到影响,造成凸形1焊缝的不均匀磨耗;变摩擦系数会影响von Mises应力分布,其最大von Mises应力发生的位置会向轨底移动,对伤损出现的位置产生影响。

关键词： 气动设计   大涡模拟   超音速喷管   入口气源条件   外流场  

摘要： 我国轨道交通装备服役环境复杂，钢轨表面经常由于天气原因被水膜覆盖，这会恶化轮轨黏着状态，导致停车距离延长、无法顺利启动和班次不准等问题，为了使用超音速喷管有效地去除轮轨粗糙表面上水膜。通过理论推导，建立高速气流与粗糙钢轨表面上水膜间的关系，确定喷管的最小出口速度。然后基于一维等熵理论，确定喷管的尺寸参数和入口气源参数，根据轮轨接触斑的宽度确定喷管的出口直径，采用基于特征线理论的喷管扩张段型线设计方法，对喷管进行结构设计，并考虑空气的黏性作用对设计结果进行了修正，建立了MLN喷管的几何模型。为了探究了入口气源条件变化对喷管性能的影响，使用最优拉丁超立方进行抽样，采用大涡模拟方法进行仿真，并基于Kriging模型构建了入口气源条件与剩余水膜厚度间的高精度代理模型，采用多岛遗传算法对入口气源条件进行了优化，优化结果显示最佳的入口气源压力为0.78MPa，温度为450K，并对优化前后喷管的流场结构和清扫水膜的性能进行了研究。研究结果表明：优化前后喷管外流场压力没有明显差别，优化后喷管外流场的速度相较于优化前有略微的降低，但是优化后喷管外流场的密度相较于优化前有所提升。在最终的清扫水膜能力分析中，在额定入口气源条件下喷管清扫后剩余水膜厚度为1.45μm，在入口气源条件进行优化后喷管清扫后剩余水膜厚度为1.27μm，在喷管入口气源条件进行优化后喷管清扫水膜的能力提升了12.4%。研究结果对微型喷管的设计及优化方法具有一定的指导意义，为使用高速气流吹除粗糙表面水膜提供了理论依据和技术支撑，为去除粗糙表面上水膜提升轮轨间的黏着系数提供了一种新的解决方案。

关键词： 水   摩擦调节剂   轮轨磨耗与损伤   黏着系数   塑性变形  

摘要： 针对降雨造成的地铁轮轨界面水污染问题，通过摩擦磨损试验机，开展了有水工况下不同摩擦调节剂(FM)对轮轨磨耗与轮轨损伤影响的试验研究。分别设置无水、0.6和1.5 mL/min这3种水量，分析了水基FM、金属基FM和固体FM这3种摩擦调节剂溶入不同水量时轮轨黏着系数、磨损率、塑性变形及轮轨损伤的变化规律，探究了轮轨界面水量对摩擦调节剂性能的影响。结果表明：在摩擦调节剂基础上加入水后，水基FM和金属基FM介质下轮轨界面的黏着系数变化不大，固体FM介质下黏着系数明显下降；水的加入导致3种FM介质下的轮轨试样磨耗与损伤均有所增加，但塑性变形层厚度发生不同程度的变化；加入水后，水基FM与固体FM介质下车轮试样裂纹长度和深度增加，但金属基FM介质下现象与之相反。研究结论为雨水天气地铁轮轨摩擦调控提供一定理论支持。

关键词： 硬度比   贝氏体车轮   珠光体钢轨   轮轨匹配   磨损行为   滚动接触疲劳  

摘要： 目的 探究贝氏体车轮材料与不同钢轨材料的硬度匹配行为，为贝氏体车轮服役的安全性和可靠性提供理论参考。方法 将贝氏体车轮与三种轨道进行匹配，结合磨损率、表面磨损形貌以及表面硬化程度等，综合评价三种钢轨/车轮硬度比（Hr/Hw）下轮轨材料的耐磨性及损伤行为。结果 随着匹配的轨道钢硬度增加，贝氏体车轮钢磨损率从0.188mg/m逐渐升高至0.217mg/m，增加了15.2%；而轨道钢的磨损率呈现下降趋势，从0.104mg/m降低至0.042mg/m，下降了59.3%。车轮钢和轨道钢的磨损机理均以粘着磨损和疲劳磨损为主。随着轨道钢硬度增加，车轮材料分层明显，损伤越来越严重，塑性变形层厚度和表面硬化程度呈上升趋势，表面疲劳裂纹的平均长度和深度依次降低，但平均扩展角度越来越高；轨道材料的分层和微裂纹减少，损伤减轻，且塑性变形层厚度和表面硬化程度呈下降趋势，表面疲劳裂纹长度减少，而扩展深度和角度均增加。当接触斑能量耗散值越高，贝氏体车轮受轮轨硬度比的影响越明显；当Hr/Hw低于1时，钢轨磨损随Tγ/A增加越来越严重。结论随着匹配的轨道硬度增加，车轮与轨道的磨损程度呈相反趋势，前者加剧，后者减轻。此外，与同种轨道匹配时，相比典型珠光体车轮钢（CL65），贝氏体车轮钢具有更加优异的耐磨性和抗疲劳损伤能力。

关键词： 无砟轨道   更高时速   车辆-轨道耦合动力学   共振   超谐波共振  

摘要： 时速400 km级高速铁路是我国铁路的重点发展方向，更高速下轮轨系统周期性激励与不同结构参数下无砟轨道系统模态间关系仍不清楚。为探明时速400km+无砟轨道轮轨耦合共振问题，构建了考虑复杂激励影响的高速车辆-无砟轨道系统动力学模型，基于高速铁路实测轴箱加速度的功率谱密度曲线对模型进行了验证，研究了轮轨宽频随机激励、车轮偏心及无砟轨道周期性不平顺激励下更高速轮轨动态响应特征，分析了无砟轨道不同结构参数影响下更高速轮轨耦合共振变化规律。研究结果表明：宽频随机激励下运营速度的提升不会改变轮轨耦合共振分布特征，仅显著加剧轮轨宽频动态响应幅值。车轮偏心激励下轮轨系统在时速400～500km范围内会发生共振，且共振临界速度随着轮径的减小而降低。CRTS I型、III型板式无砟轨道周期性不平顺2倍频分别在时速400km和450km下贴近轮轨耦合振动固有频率，诱发轮轨系统超谐波共振；CRTS II型板式无砟轨道由于板长较长在时速500km范围内未出现超谐波共振。低扣件刚度、大跨桥上缓冲垫层和路基基础会减少轮轨P2共振模态频率，降低轮轨耦合共振临界速度至400km/h附近，加剧这一运营速度下轮轨动态响应。高速铁路提速400km/h运营时应重点关注这些引发轮轨耦合共振的因素，研究成果为进一步保障更高速轮轨动态相互作用处于较低动力水平提供理论基础。

关键词： ADI辐条车轮   轮轨关系   接触应力   接触刚度  

摘要： 针对等温淬火球墨铸铁辐条车轮,分别采用理论计算与有限元非线性接触仿真分析的方法,以LM车轮踏面和CHN钢轨为例,对比计算了该车轮与传统直辐板辗钢车轮的法向接触刚度,并采用非线性接触仿真对两种车轮的接触应力与压力、接触斑尺寸进行了对比分析。理论计算和仿真分析结果均表明,ADI辐条车轮的接触斑尺寸大于直辐板辗钢车轮,接触斑内最大压力小于直辐板辗钢车轮,有利于缓解轮轨接触斑处的应力集中,从而降低接触区域疲劳裂纹萌生的概率。同时,ADI辐条车轮轮轨法向接触刚度比直辐板碾钢车轮更低,能够减小轮轨耦合作用力,对降低轮轨振动噪声有一定效果。研究表明新型ADI辐条车轮在轮轨接触特性、减振降噪等方面优于传统碾钢车轮,为新型车轮的开发提供一定的参考。

关键词： 测力轮对   神经网络   GA-LSTM   轮轨力测量  

摘要： 为降低连续测力轮对在横向力和垂向力解耦过程中产生的系统误差,基于神经网络的原理,提出一种基于GA-LSTM的轮轨力连续测量方法。研究表明:相比于GB/T 5599—2019中的轮轨力测量方法,本轮轨力连续测量方法具有更高的精度和效率。将本轮轨力连续测量方法运用于国内某运营地铁线路的轮轨力信号实测,测试数据验证了其有效性。