关键词： 铁路沿线噪声   轮轨曲线噪声   钢轨振动   车轮振动   实车试验  

摘要： 轮轨曲线尖叫噪声是铁路主要噪声源之一,噪声的增加对乘客和周围居民造成严重的影响,降低噪声具有重要的社会意义。弄清尖叫噪声的产生机理并研究降低噪声的措施非常重要。在这项研究中,日本铁道综合技术研究所通过实车试验弄清了轮轨曲线尖叫噪声的产生机理,发现曲线尖叫噪声的产生频率与车轮的共振密切相关,噪声主要来自曲线段内轨侧的前车轮。

关键词： 轮轨式转台   转台骨架   力学分析  

摘要： 设计了某轮轨式转台中的大型转台骨架,转台长34 000 mm、宽33 000 mm、高48 000 mm,主体结构采用桁架式,由钢梁组装而成。采用力学分析软件ANSYS对转台骨架进行了两种工况下的仿真分析,得到的最大变形量为10.30 mm、最大等效应力为126.643 MPa。轮轨式转台重量轻、刚度好、便于运输,可满足天线工作需求。

关键词： 轮轨接触疲劳   损伤机制   预测模型   安定图  

摘要： 随着列车运行速度和轴重的提高,轮轨接触疲劳问题成为铁路研究的重点和难题,它不仅增加车轮和钢轨维护成本,还直接危及列车行车安全。针对常见的轮轨接触疲劳损伤类型与损伤机制进行了较为全面的总结,分析了目前轮轨接触疲劳损伤的主要预测方法和模型。从轮轨材料、第三体介质和环境温度3个方面综述了轮轨接触疲劳损伤的形成机制,分析了用于预测轮轨接触疲劳损伤的安定图与损伤函数等方法模型,探讨了未来轮轨接触疲劳损伤预测亟需开展的研究内容。

关键词： 高速道岔   转辙器   钢轨打磨   打磨方案   运行平稳性   轮轨接触关系   轨道不平顺  

摘要： 为提升车辆通过高速道岔时的运行平稳性,基于迹线法建立车轮与道岔钢轨接触几何计算模型,分析车辆通过道岔转辙器时的轮轨接触点对分布特性,发现轮轨接触位置不集中和突变是降低车辆运行平稳性的主要因素。以降低接触突变幅度为原则提出转辙器钢轨廓形打磨方案,并基于轮轨接触几何模型和车辆-道岔多刚体动力学模型,对道岔钢轨打磨的效果进行研究。结果表明:钢轨廓形打磨能有效降低道岔区轮轨接触不平顺和等效锥度,利于提升车辆的运行平稳性;打磨后轮轨横向力、车体横向加速度、脱轨系数的最大值分别降低了39.5%、7.4%、41.7%,该廓形打磨方案对提升道岔服役性能效果明显。

关键词： 轨道交通   轨道故障   轮轨冲击特征  

摘要： 通过对不同轨道故障引发的轮轨冲击进行动力学仿真研究,得到了轨道断裂引发的冲击特征主要表现为多簇形式,轨道内部裂纹引发的则为一簇冲击,而轨道平直度故障引发的冲击特征为明显两簇冲击;仿真分析了车轮转速对各类故障冲击幅值的影响。现场监测结果验证了仿真结果的正确性。

关键词： 车轮扁疤   轮轨冲击   疲劳损伤   应变率效应   有限元分析  

摘要： 车轮扁疤是车轮踏面缺陷常见形式之一,会产生较大的轮轨冲击,影响列车运行的平稳性和安全性。该研究建立了三维轮轨滚动接触有限元模型,采用显式有限元法研究了车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应,描述了车轮扁疤冲击钢轨整个过程中轮轨接触状态的变化,着重分析了轮轨材料疲劳损伤与应变率效应对轮轨冲击响应的影响,并讨论了列车速度、扁疤长度、轴重等关键参数的影响规律。结果表明:车轮扁疤引起的最大轮轨垂向接触力约为准静态轮轨垂向接触力的2.6~4.3倍;在研究范围内,轮轨材料疲劳损伤和应变率效应对轮轨垂向接触力、接触斑、接触压力无明显影响,但对von Mises等效应力、纵向应力、垂向应力、横向应力和等效塑性应变影响显著;列车速度、扁疤长度和轴重对轮轨冲击力学响应均有较大的影响。研究结果可为轮轨系统优化设计和列车运行安全提供有益的技术支持。

关键词： 弓网系统   平直线路   曲线线路   轨道随机不平顺   曲线半径   曲线超高  

摘要： 我国高速铁路动车组主要依赖列车顶部的受电弓与接触网滑动接触,实现从牵引供电网的取流。受电弓与接触网的接触性能与动车组供电安全紧密相关,需要密切关注受电弓与接触网间的接触质量。以往研究大多忽略车辆振动对弓网系统动态特性的影响,然而高速列车运行于存在几何不平顺的轨道时,会带动受电弓振动,进而影响弓网接触过程。因此,在弓网动态特性研究中,不能单一关注弓网系统本身,需要引入车辆-轨道系统,进而探究轮轨激励下高速铁路弓网系统动态特性。本文以高速铁路弓网系统为研究对象,在考虑平直线路、曲线线路轮轨激励的作用下,分析钢轨质量、列车行驶速度、曲线半径、曲线超高等因素,对弓网系统动态特性的影响规律,主要研究内容如下:首先,基于车辆-轨道耦合动力学理论,搭建了车辆-轨道耦合动力学模型;基于有限元理论,搭建了能够输入车辆垂向振动激励的受电弓-接触网耦合动力学模型;通过线性临界速度和非线性临界速度验证了车轨模型有效性,通过EN 50318:2018接触网的静态标准与弓网动态标准验证了弓网模型准确性。然后,基于轨道随机几何不平顺及其功率谱的基本概念,依据傅里叶逆变换方法进行轨道随机不平顺空间域样本的数值模拟;通过对比不同等级轨道不平顺影响下车辆垂向振动位移幅度,观察到轨道不平顺级别变差会显著增剧车辆振动;将高、低质量轨道上车辆垂向振动位移作为轮轨激励输入至弓网模型中,发现轮轨激励对弓网系统动态性能的影响并不完全是负面的。最后,依据弓网动态接触质量评价指标,在考虑轮轨激励引起的车辆垂向振动下,从钢轨质量、列车行驶速度角度,探究平直线路、曲线线路下弓网系统动力性能差异,并分析了曲线半径、曲线超高等曲线线路特有参数对弓网系统动态特性的影响。研究结果表明:钢轨的不规则程度决定弓网接触压力变化的波动范围,随着钢轨不规则性的退化,轮轨激励对弓网接触的影响增大;曲线线路受流质量相比平直线路更易受到钢轨质量、列车行驶速度的影响;不同曲线半径线路下弓网系统动态性能差异显著;曲线轨道超高值的改变对弓网系统动态性能影响微弱。

关键词： 车轮多边形   钢轨波磨   动应力   高频振动   疲劳损伤  

摘要： 随着高速铁路的快速发展,高速动车组车轮磨损及高速铁路运行线路的钢轨磨损现象越发严重。轮轨周期性磨耗的存在所引起的轮轨系统的高频振动,不仅影响轮轨接触关系,恶化运营品质,还会使车辆部件发生疲劳损伤,危及列车运行安全。为探究轮轨周期性磨耗对车辆高频振动特性及车轴疲劳损伤的影响,本文结合刚柔耦合动力学理论,建立CR400BF复兴号动车组拖车-轨道-轨底结构的刚柔耦合动力学模型,分析了轮轨周期性磨耗对轮轨系统高频振动特性及车轴疲劳损伤的影响规律。具体研究如下:1、依据CR400BF复兴号动车组拖车的动力学参数建立了基于柔性轨道、柔性轮对、柔性轨底系统的车辆-轨道-轨底结构刚柔耦合动力学模型,并基于实测数据,验证了模型的正确性。之后建立理想状态下的谐波轮轨短波不平顺数学模型并结合相应计算工况进行数学模型的导入。2、通过仿真计算,分析了不同车轮多边形、不同钢轨波磨工况单独存在时,CR400BF复兴号动车组拖车在不同运行速度下的轮轨力、钢轨振动加速度、轴箱振动加速度和扣件反支力等高频振动特性的变化规律。之后得到不同工况下的车轴动应力响应及影响情况。3、通过仿真计算,分析了轮轨周期性磨耗耦合作用下,CR400BF复兴号动车组拖车的高频振动特性的变化规律。之后将其与车轮多边形、钢轨波磨单独存在工况下的高频振动特性进行对比。最后得到耦合工况下的车轴动应力时间历程。4、结合Miner线性累计损伤理论以及修正后的S-N曲线,分析了不同工况的轮轨周期性磨耗对车轴疲劳损伤的影响。最后结合京沪线实测不平顺及京沪线曲线分布情况,计算车辆存在多边形时通过京沪线后的车轴损伤值,为后续研究打下基础。图87幅,表36个,参考文献63篇。

关键词： 轮轨接触斑   应力分布   超声检测   嵌入式设备   有限元分析  

摘要： 随着高速、重载铁路运输的发展,轮轨的接触工况日益恶化,由此带来的轮轨损伤问题也愈发严重,进而导致轮轨间接触几何关系改变,影响列车运行的平稳性与安全性。轮轨接触斑及其应力分布直接影响车辆动力学性能,但目前对其尚缺乏有效的测试手段,因此,研究一种有效的测试方法和系统实现轮轨接触斑及其应力分布的检测,对于分析轮轨接触状态、评估轮轨磨损情况和优化轮轨设计等都具有十分重要的意义和工程运用价值。通过分析对比国内外轮轨接触状态的相关检测方法,确定了采用超声波法进行轮轨接触斑及应力检测,并根据超声波的传播特性和接触界面的准静态弹簧模型,建立了轮轨接触斑及应力的超声测量理论模型。根据轮轨接触斑及应力超声测量原理,对测试系统进行了功能需求分析,并完成了系统的总体方案设计。整个测试系统主要由机械结构、硬件电路与软件三大部分组成。机械结构主要由轮轨加载机构和超声扫描机构组成,可实现对车轮试件与钢轨的液压加载,以及对轮轨接触面的超声C扫描等功能。硬件电路部分主要由嵌入式核心控制模块、超声波激励与数据采集电路以及扫描机构光耦隔离驱动电路组成,可实现高压超声激励、超声信号预处理、高速信号采集和超声C扫描驱动控制等功能。软件部分主要包括超声波激励与数据采集控制模块、数据传输与通信模块和数据分析与显示界面模块三个部分,可实现对整个测试过程的控制,以及对测试数据和处理结果的直观显示等功能。测试系统建立完成后,进行了标定试验并对标定测试数据进行分析处理,建立了轮轨接触界面超声波声压反射系数γ与接触应力σ之间的关系。并在实验室道床钢轨上开展了不同横移量和轨面存在缺陷状态下的轮轨接触斑及应力测试试验,得到不同载荷作用下的轮轨接触斑及应力分布二维云图。论文还根据车轮试件踏面的廓形数据与钢轨的参数建立了轮轨系统的三维模型,并采用有限元仿真方法分析得到与实际测试相对应状态下的轮轨接触斑及应力分布二维云图。试验与仿真结果表现出较好的整体一致性,表明本文所研究的超声测试系统能够准确检测出轮轨接触斑的几何尺寸以及接触斑上的应力分布。本文的研究工作为轮轨接触状态的分析研究提供了一种有效的测试手段。

关键词： 高速铁路   钢轨扣件   弹条   服役性能   车辆-轨道耦合动力学  

摘要： 钢轨扣件连接钢轨和轨下支承结构,是高速铁路轨道结构必不可少的关键部件,也是高速列车安全、平稳运行的重要保障。然而,在列车动荷载的长期反复作用下,以弹条断裂为典型代表的扣件疲劳损伤现象时有发生,这不但会增加高速列车运行的安全风险,还会增加扣件日常养护维修的工作量。目前,我国高速铁路的发展已经从大规模建设阶段进入了长期运营、管理和维护阶段,长期保持钢轨扣件处于正常服役状态是现阶段的重要任务之一。通过研究更为高效的钢轨扣件动力学分析方法,加深对扣件弹条振动特性的认识,揭示钢轨扣件服役性能与轮轨动态相互作用之间的相互影响,将有助于提高钢轨扣件的理论分析水平和养护维修水平,对保障高速铁路持续安全稳定运营具有重要意义。本文选取我国高速铁路无砟轨道广泛使用的WJ-8型钢轨扣件开展了以下研究工作:1.采用试验研究方法揭示了W1型弹条的振动特性,具体包括:通过开展实验模态分析,揭示了弹条在自由状态和安装状态下的固有振动特性;通过开展振动传递特性测试,揭示了钢轨垂向加速度和弹条垂向加速度之间的传递关系,并根据实测结果拟合了弹条加速度频响函数。2.基于模态叠加理论,利用有限元模型导出的固有频率和振型向量等模态信息,提出了直接在模态坐标系下列出弹条动力学方程的弹条动力学建模新方法,克服了由于弹条几何形状复杂导致的动力学建模困难问题。通过算例分析,将采用本文方法与采用Abaqus软件计算的结果进行对比,验证了方法的有效性。此外,还通过详细考虑弹条与相邻部件之间的垂、横、纵向接触力来模拟弹条的约束状态,根据所提出的建模方法建立了安装状态下的弹条动力学模型。3.基于车辆-轨道耦合动力学理论,通过引入本文建立的弹条动力学模型,以及能够考虑胶垫粘弹性和摩擦非线性特性的既有非线性胶垫动力学模型,建立了考虑扣件精细化建模的车辆-轨道耦合空间动力学模型(精细化系统模型),并编写了动力学仿真计算程序。精细化系统模型不但可以直接在车辆-轨道耦合大系统中分析轮轨动力相互作用对弹条动力学响应的影响,而且仅需开展一次动力学仿真计算即可得到分析区段内所有扣件的动力学响应,具有计算效率高的优点。4.根据现场实测轨面不平顺数据,拟合了波长范围为0.01～1 m的高速铁路轨道短波不平顺谱;通过将短波随机不平顺样本与长波随机不平顺样本叠加,得到了波长范围为0.01～200 m的随机不平顺样本,进而基于精细化系统模型开展了轨道随机不平顺激励下的动力学仿真计算,对扣件动力学响应进行了统计分析,揭示了车速、不平顺幅值对扣件动力学响应的影响规律。此外,还计算了曲线地段扣件的动力学响应,对比分析了过超高和欠超高工况下扣件动力学响应的变化情况。5.基于精细化系统模型,仿真计算了钢轨焊缝、车轮多边形和钢轨波磨等典型短波不平顺激励下的扣件动力学响应。针对钢轨焊缝激励,对比了枕上激励和跨中激励,以及凸A型、凸B型、凹型和双凹型四种焊缝激励的差异,分析了焊缝尺寸对扣件动力学响应的影响规律;针对车轮多边形激励,分析了车轮多边形阶数和幅值对扣件动力学响应的影响规律;针对钢轨波磨激励,采用实测钢轨波磨样本,分析了波磨区段内所有扣件的动力学响应,提出了根据弹条振动加速度阈值来评判弹条振动强度的方法。6.深入研究了钢轨扣件安装状态和参数状态对轮轨动力学性能的影响。围绕扣件安装状态,细致地分析了扣件松动、弹条扣压失效和轨下胶垫支承失效等三种情况对钢轨变形、胶垫受力和轮轨动力学指标的影响,以及轮轨动力学指标随扣件失效个数改变的变化规律。针对扣件参数状态的影响,筛选出了扣件模型中对轮轨动力学响应影响较为显著的敏感参数,并分析了扣件参数随机性对轮轨动力学响应的影响。