关键词： 城市轨道交通   焊接接头不平顺   轮轨动力响应   安全限值  

摘要： 基于车辆-轨道耦合动力学理论,分析了曲线段两种典型钢轨焊接接头不平顺模型激扰下不平顺参数对轮轨系统动力响应及车辆稳定性的影响,并对现有《地铁设计规范》规定的钢轨焊接接头不平顺限值进行了验证评价。研究结果表明:余弦型焊接接头不平顺会引起较明显的轮轨冲击,轮轨系统动力响应随不平顺波长的增大而减小,随行驶速度的提高和波深的增大而增大;叠加型焊接接头不平顺对轮轨动力影响主要受短波成分波长和波深的影响,且对轮轨动力影响要明显大于余弦型焊接接头不平顺。验证评价结果表明,现有《地铁设计规范》规定的钢轨焊接接头不平顺0.5 mm安全限值对于城市轨道交通线路来说是要求较高的。

关键词： 钢轨波磨   限值   车辆-轨道耦合动力学   轮轨相互作用   非Hertz多点接触   Kik-Piotrowski方法  

摘要： 地铁线路中钢轨产生的波磨,会使轮轨相互作用恶化,危害车辆及轨道的使用寿命,进而导致养护工作量和维修费用的增加,甚至影响列车运行安全性.确定钢轨波磨安全限值并及时打磨是消除钢轨波磨危害的有效手段.为了确定浮置板轨道钢轨波磨安全限值,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型分析钢轨波磨对车辆-轨道耦合系统的动力学影响,并从车辆运行安全性、运行平稳性和车-轨动态作用性能3个方面考量,提出地铁浮置板轨道线路钢轨波磨的限值.为了更准确地描述轮轨相互作用,所建立的车辆-浮置板轨道耦合动力学模型采用了改进的Kik-Piotrowski方法以考虑轮轨多点非Hertiz接触.研究结果表明,钢轨波磨的出现会使得轮轨相互作用明显恶化,特别是波长小于75 mm的钢轨磨耗;随着钢轨波磨的波长减小、波深加大,轮轨垂向力、轮轨横向力以及脱轨系数、轮重减载率等评价指标都呈现恶化的趋势;其中轮重减载率受波长波深的影响最明显,在一定波长下,随着波深的增加,轮重减载率也最先超出安全限值.当列车运行速度为80 km/h时,波长为0.05 m左右的钢轨波磨的波深应控制在0.2 mm以下,波深为0.1 mm左右的钢轨波磨的波长应控制在30 mm以上.

关键词： 高速动车组   测力轮对   线路试验   轮轨力   载荷分布  

摘要： 轮轨载荷对高速动车组/轨道系统动力学性能和结构可靠性有十分重要的影响.目前研究主要给出了轮轨力峰值或者幅值,对其载荷分布规律很少涉及.本文制作了某型高速动车组测力轮对,实际线路上测试并获得了该型高速动车组运行过程中轮轨力引起的应变信号,最高测试速度368 km/h.对测试数据进行处理和分析,获得了列车高速直线和曲线运行工况下的轮轨力时间历程.统计了轮轨载荷峰谷值和频次,获得了不同速度等级下轮轨力分布规律.结果表明,轮轨垂向力总体上呈正态分布,而横向力呈威布尔分布;一般列车运行速度越高,轮轨力波动范围越大;列车350 km/h直线运行时的最大轮轨垂向力约为156.6 kN、最大轮轨横向力为26 kN;曲线半径和列车曲线通过速度对轮轨力幅值有明显影响.本文给出的轮轨载荷统计特征,为高速轮轴结构设计和轨道系统结构损伤研究等提供了重要帮助.

关键词： 低黏着   列车制动   瞬态滚动接触   接触表面伤损   显式有限元法  

摘要： 建立了基于显式有限元的三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型,于时域内分析制动车轮通过长度1 m以下的短低黏着区时的瞬态滚动接触行为。模型采用了面面接触算法求解轮轨间滚动接触,考虑了轮轨真实三维几何和材料非线性。着重分析了低黏着区附近的轮轨力、应力、粘滑分布和摩擦功分布等的瞬态变化,结果显示:车轮进入低黏着区时,轮轨接触斑尺寸基本不变,但蠕滑力、接触斑内黏着区面积和摩擦功均显著降低,蠕滑率上升;待离开低黏着区并重新进入正常黏着钢轨后,显著升高的蠕滑率会使得蠕滑力和摩擦功显著高于滚入低黏着区之前的水平;低黏着区越长,发生磨损的可能性和严重程度越大;牵引与制动工况相比,蠕滑力/率方向相反,但黏着区的影响规律基本相同。

关键词： 高速道岔   曲尖轨   摩擦系数   磨耗指数   多体动力学  

摘要： 研究目的:为研究轮轨摩擦系数匹配对曲尖轨磨耗的影响,本文以18号高速道岔为例,结合车辆-道岔耦合动力学仿真计算,研究不同轮轨摩擦系数匹配下,车辆通过转辙器部分时的系统动力响应和轮轨磨耗特性,以期在保证车辆安全通过道岔的前提下,为降低曲尖轨磨耗、延长曲尖轨使用寿命,提供合理的轮轨摩擦控制方案。研究结论:(1)轮轨摩擦控制能有效减缓曲尖轨磨耗,两侧轮轨摩擦系数由0.4降低到0.1~0.25,则钢轨侧磨将减小45%~76%;(2)相比于单侧轮轨润滑,双侧轮轨润滑下,曲尖轨侧磨降低可达40%;(3)轮轨摩擦控制对行车舒适性几乎没有影响,但当轮轨摩擦系数较低时,脱轨系数为0.65,接近安全限值0.8;(4)建议对服役道岔转辙器部分两侧钢轨进行润滑,保证基本轨侧摩擦系数不大于尖轨侧,以减缓曲尖轨磨耗,延长曲尖轨使用寿命。

关键词： 高速铁路   无砟轨道   路基不均匀冻胀变形   车辆-轨道耦合动力学   动力影响  

摘要： 基于车辆-轨道耦合动力学理论和有限元方法,开展高速铁路无砟轨道路基不均匀冻胀变形对高速轮轨系统的动力学影响研究,分析不同程度的路基不均匀冻胀变形对高速车辆-轨道耦合系统振动响应的影响规律。研究结果表明:路基的不均匀冻胀变形会加剧轮轨动态相互作用,对行车安全性和乘车舒适性产生不良影响,同时易引起较强的轨道结构振动,进而影响轨道结构的长期服役性能;随着路基不均匀冻胀变形波长的减小和冻胀变形幅值的增大,高速车辆-轨道耦合系统的垂向振动动力学指标均出现增大趋势,研究发现应重点关注波长20 m以内的路基不均匀冻胀变形及其幅值的增大;对于路基不均匀冻胀变形较严重地段,可通过适当降低车辆的运行速度,以有效降低轮轨系统的动态相互作用,从而减小路基不均匀冻胀变形对高速行车安全性的影响,但是,限速措施对于改善高速乘车舒适性的效果并不明显。

关键词： 高速铁路   车轮多边形   钢轨焊缝   车辆-轨道耦合动力学   轮轨相互作用  

摘要： 车轮多边形磨耗和钢轨焊缝是轮轨界面重要的激振源,会加剧轮轨动力相互作用,严重时将威胁行车安全.既有研究主要关注单一激励作用下的轮轨动力响应,而多边形车轮通过钢轨焊接区普遍存在,对于两种激励叠加作用下的轮轨动力特性的研究尚不充分.基于此,本文采用高速车辆-板式轨道垂向耦合动力学模型,研究多边形车轮通过钢轨焊接区的轮轨动力响应特征,分析高速行车条件下车轮多边形阶数和波深对钢轨焊接区轮轨动力响应的影响规律.分析结果表明:车轮多边形不平顺变化率最大点与叠合型焊缝不平顺变化率最大点重合时,引起的轮轨动力响应波动幅值最大.多边形车轮通过钢轨焊接区时,在车轮多边形和焊缝不平顺的叠加作用下,产生了更明显的轮轨冲击效应,轮轨垂向力、轮重减载率、轮对垂向振动加速度、扣件力以及钢轨垂向振动加速度均显著增大,而对车体垂向加速度影响较小.高速行车条件下,轮轨垂向动力响应最大值整体上随着车轮多边形阶数和波深的增加而增大,在钢轨焊接区易出现轮轨瞬时脱离现象.

关键词： 选线设计   直线电机轮轨交通   列车线路动力学   动力响应   垂向电磁力  

摘要： 为研究直线电机轮轨列车行驶于曲线段线路上时,铁路线路条件对列车动力响应的影响规律,以便为修改线路设计规范提供理论依据.建立直线电机轮轨交通列车线路动力学模型,模型中直线电机所受垂向电磁力大小随列车牵引速度和电机气隙的变化而时刻改变.仿真模拟并分析垂向电磁力、车速、曲线半径、超高、轨道不平顺对系统动力响应的影响.结果表明:轨道垂向不平顺和高车速对气隙影响显著;列车通过小半径曲线段时,垂向电磁力对脱轨系数和轮重减载率的消减作用显著;脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、车体横向加速度、车体横向位移这5类动力响应的最大值,同时受车速、曲线半径、超高影响显著.基于5类动力响应最大值的拟合公式,可对车速、曲线半径、超高取值范围进行合理匹配,并确定曲线地段的合理车辆限界.

关键词： CA砂浆脱空   轮轨动力学   纵连板式无砟轨道  

摘要： 采用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立车辆-纵连板式无砟轨道空间耦合振动模型。根据已建模型建立CA砂浆脱空的分析模型,分析CA砂浆脱空对车轨动力响应的影响,分析脱空长度以及行车速度对纵连板式无砟轨道车轨动力响应的影响。研究结果表明:砂浆脱空后,当砂浆脱空长度大于1.2m后,随着脱空长度的增大,车辆的动力响应也随着增大,当脱空长度达到1.8m时,轮重减载率达到0.98,车体加速度达到1.64m/s2,均已超过限值。砂浆脱空后,随着行车速度的增大,系统动力响应也随着增大。当脱空长度为1.8m时,车体加速度均已超过限值,所以考虑行车舒适性建议控制脱空长度不超过1.8m。

关键词： 轮轨接触关系   BP神经网络   脱轨系数   仿真   预测  

摘要： 针对判断列车脱轨问题,本文评述了近些年来国内外的研究进展情况。分析了传统判断脱轨的方法,发现传统利用脱轨系数与轮重减载率的车辆脱轨评价方式都是从轮轨间受力情况方面加以分析,在进行脱轨判定时存在严重的误差与不足。在此基础上提出了一种基于轮轨相对位移的脱轨预测方法。通过在ADAMS/Rail中建立单车模型,对轮轨作用关系和列车安全性分析研究,经过仿真实验提取轮轨接触点、接触角、接触横移量、车轮抬升量、脱轨系数等参数,以脱轨系数为指导,采用了一种改进的BP神经网络,通过轮轨间几何数据,对列车的运行状态进行了预测实验。结果表明,通过轮轨间位置关系所得到的预测结果与车辆动力学安全性指标数据基本一致,确定了轮轨几何关系与列车运行安全之间存在非线性关系。对轮轨间几何位置同车辆运行安全性关系的研究内容进行了补充,并对列车运行安全性评价提供了参考。