动车组运营下轨道参数对小半径曲线钢轨侧磨的影响

为减缓动车组运营下小半径曲线外股钢轨侧磨,延长钢轨使用寿命,利用SIMPACK软件建立了小半径曲线轮轨磨耗仿真模型。仿真分析了超高、轨距、钢轨表面摩擦系数及轨底坡对动车组通过时小半径曲线外轨所受横向力、导向轮冲角及轮轨磨耗指数的影响规律。研究结果表明:钢轨表面摩擦系数及轨底坡对小半径曲线外轨侧磨影响较大,适当降低钢轨表面摩擦系数可以较大程度上降低曲线外轨所受横向力及磨耗指数;调整外轨轨底坡至1∶20,内轨轨底坡至0,对曲线外轨所受横向力及导向轮冲角影响较小;但对轮轨磨耗指数影响较大,有利于减小曲线外轨侧磨。根据研究结果,针对某动车所小半径曲线制定了减磨方法;并对改造后曲线进行了轮轨力测试和钢轨廓形测试。测试结果表明,减磨方法效果明显,可延长曲线外轨服役寿命3倍以上。     

轮轨型面对车辆曲线通过性及磨耗影响

对比初始与实测轮轨型面对上海地铁A型车的曲线通过性能的影响,并分析不同的轮轨型面匹配对轮轨磨耗、钢轨波浪形磨耗、接触疲劳的影响.结果表明4种不同的轮轨匹配下,车辆的曲线通过性能都能满足车辆动力学性能要求,但新车轮运行在已磨损的轨面上时,曲线通过性能略差,其轮轨横向力和脱轨系数偏高.初始轮轨匹配在过小半径曲线时其外轮轨具有较大的自旋功,且内外轮轨上高的纵向蠕滑率将导致车轮产生粘滑振动,易形成波磨,经过滚动接触疲劳分析,磨损后的车轮踏面易对小半径曲线外轨造成表面接触疲劳破坏.     

蠕滑曲线对地铁小半径曲线轮轨接触特性的影响

为了降低地铁小曲线半径处钢轨的损伤,延长钢轨使用寿命,提出合适的轮轨摩擦因数和Kaker权重系数。首先,基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用SIMPACK软件建立了小半径曲线动力学模型,考虑轮轨磨耗与滚动接触疲劳的耦合关系,建立钢轨损伤模型;其次,根据标准工况下动力学计算结果,分析小半径曲线轮轨动态相互作用特征,研究内侧和外侧钢轨的损伤特性,提出了最优损伤方案;然后,设置50个轮轨摩擦因数和Kalker权重系数匹配方案,分析摩擦因数和Kalker权重系数对轮轨动态相互作用和钢轨损伤特性的影响;最后,综合考虑车辆运营安全性和钢轨损伤特性,提出轮轨摩擦因数和Kaker权重系数匹配方案。研究结果表明:在标准工况下,内轨损伤形式为磨耗,外轨的磨耗程度大于内轨磨耗程度,考虑到缓和曲线上累积的疲劳损伤,外轨的使用寿命更低;Kalker权重系数越小,轮轨横向力、脱轨系数和车体横向振动加速度最大值越小,Kalker权重系数越小且摩擦因数对轮轨动力行为、磨耗和疲劳损伤的影响越小。建议小曲线半径地段轮轨摩擦因数应不大于0.2,Kalker权重系数应该不大于0.1,此时内轨和外轨磨耗指数最大值均小于100 N,钢轨几乎不产生磨耗,内轨和外轨疲劳损伤最大值为0,大幅提升了钢轨的使用寿命。     

现代有轨电车线路轨底坡对槽型轨磨耗的影响

建立了槽型轨磨耗预测模型,包括考虑了独立旋转车轮的现代有轨电车车辆-轨道耦合动力学计算模型、基于槽型轨多点接触特性的轮轨接触模型以及Archard材料磨耗模型.通过与相关文献结果的对比验证了模型的有效性,并采用该模型分析了轨底坡对现代有轨电车通过小半径曲线轨道时槽型轨磨耗的影响.结果表明:轨底坡为1/60和1/20时,内外侧槽型轨轨面及轨距角位置磨耗相对集中,在X=18 mm附近位置钢轨磨耗影响较轻;相对钢轨磨耗量而言,设置轨底坡为1/20有利于减轻钢轨磨耗.     

曲线地段钢轨侧磨原因分析及防治措施

钢轨侧磨是铁路工务工作普遍存在的问题,大量的钢轨侧磨缩短了钢轨的使用寿命,增加了铁路运营成本。文章通过对小半径曲线侧磨的影响因素的分析,从钢轨的材质、超高、轨底坡、养护等几个方面提出相应的防治措施。     

小半径曲线侧磨病害成因及防治方法研究

列车经过小半径曲线,因圆周运动所带来的离心加速度的影响通过轨道超高设置不能被全部消除,导致曲线侧磨严重.从曲线半径和轨道几何形位引发的轮轨关系、机车车辆运营影响及养护不当等方面分析了小半径曲线侧磨产生的原因,进而从硬件设施加强,包括加大轨道弹性、提高轨道横向刚度、提高钢轨材质强度和耐磨性能及后期线路养修方面提出了小半径曲线侧磨防治方法.     

重载铁路小半径曲线地段钢轨波磨弹塑性演化特征分析

针对重载铁路小半径曲线地段钢轨波磨严重的问题,通过建立基于semi-Hertzian轮轨接触算法的小半径曲线地段敞车动力学模型与三维钢轨弹塑性循环加载模型,分析重载塑流型波磨演化过程中波谷、波峰区域塑性行为特征,并对比和分析外轨超高、曲线半径等线路要素对波磨发展的影响。研究结果表明：钢轨表面在轮轨循环荷载作用下将迅速达到安定状态,且在安定状态下波磨波谷的塑性累积变形比波峰的塑性累积变形大,波磨轨波峰、波谷的塑性累积特征的差异促进了钢轨波磨病害的进一步发展;在不同的曲线半径条件下,波磨波谷区域塑性累积沿深度方向差异明显,当曲线半径较小时,最大累积塑性应变出现在钢轨表面;当曲线半径较大时,钢轨表面塑性特征不显著,最大塑性累积点出现在轨面下2～3 mm处;较小的曲线半径与线路过超高对钢轨波磨病害的发展具有显著的促进作用,因此,在线路设计过程中,应尽量避免选择小于500 m的曲线半径;而对于既有线而言,线路过超高将促使波磨病害的进一步发展,在运营过程中应保证车辆运营速度。     

400 m小半径曲线钢轨打磨前后车辆动力学特性分析

本文选取某线路磨损较为严重的400 m半径曲线钢轨作为研究对象,采用多体动力学软件UM建立车辆-钢轨耦合动力学模型,不考虑钢轨打磨前后的轨面平顺性,研究分析新轨及打磨前后旧轨廓形与全新车轮LMa车轮踏面接触时车辆动力学特性.结果表明:当横移量大于7 mm时,新轨等效锥度最大,打磨后旧轨等效锥度较打磨前小,车辆通过小半径曲线性能有所降低,但同时也将减小轮轨横向力,减小轮轨磨耗;较打磨前旧轨,打磨后旧轨与LMa车轮踏面接触时,踏面接触斑内纵向蠕滑率最大值分别减小15.07%、2.82%,左右股横向蠕滑率最大值分别减小4.48%、4.69%,左右股磨耗功最大值分别减少18.06%、9.04%;打磨后旧轨轮对横向/垂向加速度变化时域图与新轨几乎重合,且最大值较打磨前分别降低4.46%、19.05%,车辆运行平稳性得到提升;打磨后轨面状态得到改善,剥离掉块得到较好整治,波浪形磨耗得到较好处理,车辆运行品质得到改善.     

摩擦系数对滚动接触疲劳裂纹萌生和磨耗影响

提出了疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展离散化过程建模设想,根据临界平面法材料疲劳损伤理论和Archard磨耗理论,建立钢轨三维疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展预测模型,分析轮轨接触位置的摩擦系数对曲线段钢轨表面疲劳裂纹萌生与磨耗发展的影响.结果表明,摩擦系数对接触斑面积、形状和位置无影响,但影响轮轨接触斑黏着区/滑动区的分布和切向应力状态;随着摩擦系数的增大,钢轨的平均磨耗发展率增加、磨耗量增大、裂纹萌生寿命减小,其中,摩擦系数从0.3增大至0.7时,外轨和内轨的平均磨耗发展率分别增大了约17%～55%、16%～42%,外轨和内轨的裂纹萌生寿命分别降低约24%～34%和18%～35%;随着摩擦系数的增加,外轨的裂纹萌生位置从轨面以下2.0～2.5mm处向亚表面0.9～1.0mm移动;内轨的裂纹萌生位置基本处于轨顶面下2.4～2.6 mm;轮轨接触位置的摩擦系数控制在0.3～0.4的范围,可以达到延长钢轨疲劳裂纹萌生寿命、减缓钢轨磨耗的目的.     

基于轮轨黏滑特性的地铁线路波磨趋势分析

针对地铁线路上普遍存在的波磨问题,依据实际运营情况,建立了车辆-轨道刚柔耦合数值模型,借助实测数据验证了模型的有效性.分析了直线和曲线轨道上的轮轨黏滑特性,并利用黏着系数总体离散率衡量了钢轨波磨的发生趋势,同时分析了黏滑振动的相位同步条件.结果表明：当不考虑轨面不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生横向黏滑振动的趋势,但振动强度相对较小;当存在短波不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生纵向黏滑振动的趋势,且振动强度相对较大;当存在长波不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生横向黏滑振动的趋势,但振动强度相对较小.对于直线无不平顺或存在长波不平顺情况,出现波磨或波磨进一步发展的原因与轮轨横向黏着系数达到饱和有关;而对于直线短波不平顺情况,波磨进一步发展的原因则与轮轨纵向黏着系数达到饱和有关.曲线轨道上内外侧轮轨均具有发生黏滑振动的趋势,且短波不平顺的存在会加剧黏滑振动强度.内侧轮轨界面纵横向黏着系数总体离散率大于外侧对应值,表明内轨更容易发生强度较大的黏滑振动,从而促使内轨波磨形成和发展.轨面固定缺陷会导致相同位置处产生同相位的钢轨磨耗,赋予同相位的周期黏滑振动,并沿着钢轨纵向发展,最终形成钢轨波磨.     

同轴轮径差对机车运行性能的影响

机车同轴左右车轮存在直径不一致的情况,改变了轮轨的接触状态。针对机车同轴轮径差的问题,建立了机车动力学仿真模型和轮轨接触三维弹塑性有限元模型,通过动力学仿真计算和动载荷作用下弹塑性接触计算,分析同轴轮径差对机车运行性能的影响。结果表明：由于同轴轮径差的存在,轮轨间的动载荷发生变化,当内侧车轮直径小于外侧车轮直径时,在一定程度上有利于机车曲线通过,反之则会降低曲线通过性能;与无轮径差相比,同轴轮径差存在时,车轮与钢轨接触位置发生改变,等效应力增大,导致磨耗增加,降低车轮和钢轨的使用寿命。     

Research on dynamical derailment system for CRH

With the vehicle speed increase, wheel-rail dynamic coupling becomes stronger and shows more prominent. It may lead to derailment of the vehicle. Based on an improved three-dimensional wheel-rail contact trace algorithm and a new model of wheel-rail contact force, wheel-rail derailment dynamical model is established on CRH vehicle and developed in MATLAB software, which is called dynamical derailment system for CRH (DDSCRH). Analyzed on dynamical derailment process of high speed vehicle by DDSCRH, the critical position on climb wheel and influence factors on lateral force for derailment is obtained. Finally, high-speed vehicle dynamical simulation is verified on DDSCRH by comparing with the results of line test.     

铁路列车作用下轻型桥墩横向振动试验研究

提速线路轻型墩桥梁横向振幅过大严重影响过往列车的安全,通过对轻型墩铁路桥的现场振动测试,得到了桥墩的横向振动特性,给出了列车过桥时轮轨作用力的典型时程曲线和列车的脱轨系数及轮重减载率,为进一步研究轻型桥墩的横向振动机理提供了实测数据.     

基于电磁作用增加轮轨黏着力的仿真研究

针对列车牵引和制动时黏着力不足的问题,基于电磁作用原理提出一种安装在转向架上的新型电磁增黏装置。围绕高速旋转车轮,设置电磁线圈,建立电磁增黏装置基本结构模型,在车轮与钢轨之间形成电磁场,分析轮轨之间电磁作用力随列车速度的变化规律,以及电磁吸力对轮轨黏着力的影响。通过调整线圈高度和厚度比例及围绕车轮上下空间的布置,强化轮轨接触附近的磁场强度和磁力线分布,设计电磁增黏装置导磁外壳形式和气隙控制磁路的导向及作用范围,同时考虑车辆限界及安装条件,优化性能和结构参数。仿真结果表明,电磁增黏装置可以明显提高各个速度阶段轮轨之间垂向压力,增加轮轨黏着力;同时,通过调节两侧车轮压力,可提高列车运行平稳性。     

普速铁路直线钢轨轨距角接触问题分析及治理

基于现场观测和相关动力学仿真分析结果对普速铁路直线钢轨轨距角接触问题进行了分析.基于个性化钢轨廓形打磨技术提出了解决方案,并对实施效果进行了跟踪观测.结果表明,左右车轮非对称磨耗引起的横移量和受力状态、钢轨廓形内侧偏低导致的自对中能力不足分别是车轮和钢轨廓形角度易导致轨距角接触的主要原因.由于普速铁路货车车轮状态不尽理想,因此通过钢轨廓形打磨只能减小接触的概率,较难完全根除.将钢轨廓形与实测车轮的接触位置分布情况预测作为钢轨打磨目标廓形设计结果校核条件之一时可有效优化轮轨接触位置,进而缓解轨距角接触问题.     

基于轮轨接触特征的转辙器区钢轨廓形设计

针对道岔转辙器区钢轨容易出现伤损及寿命短等问题,根据轮轨接触理论,提出了以滚动圆半径差函数和轮轨间接触点均匀分布为主要的设计目标,以轮轨接触点的位置为边界条件,利用欧拉积分方法求解微分方程,从而获得钢轨打磨的目标廓形的方法,并编制了相应的计算程序,进行了实例验证.结果表明,优化后的钢轨与车轮有更合理的匹配性,改善了车辆通过道岔时的动力学性能,减小了轮轨间的接触应力,使得接触分布和磨耗更加均匀,从而能延长钢轨使用寿命.     

驼峰车辆减速器制动噪声的复特征值分析

为研究驼峰车辆减速器对下溜车列进行制动时发出的高频制动噪声问题,以驼峰车辆减速器为研究对象,在ABAQUS软件中建立制动系统有限元分析模型。通过采用复特征值分析理论对制动系统的稳定性进行分析,获得了振动系统不稳定模态在频域上的分布。现场采集制动尖叫噪声并分析其主要振动频率,与理论预测结果进行对比得到相对误差。结合振动频率的分岔曲线和振动模态的耦合情况,对影响制动系统产生不稳定模态的因素进行分析。结果表明,制动轨与车轮接触面间的摩擦系数在0.07~0.17区间内增大时,制动系统发生尖叫噪声的趋势增大,同时,制动轨作用在车轮上的侧向力在50~260 kN区间内增大时,对制动系统也有同样的影响。而被制动车辆的初速度对于制动系统发生尖叫噪声的倾向影响并不明显。可见,摩擦系数和制动轨作用力的变化对车辆减速器在制动过程中产生高频制动噪声的倾向具有重要影响。     

城市轨道车辆车轮轮缘磨耗分析

 阐述了轮缘高度、轮缘厚度以及轮缘综合值3个参数对城市轨道车辆车轮的作用以及重要性,基于城市轨道交通某线路车轮的实际磨耗数据,分别对这3个参数进行重点研究,分析了各参数对车辆车轮磨耗的影响,主要结果表明:该线路属于典型的踏面磨损线路,存在较普遍的轮缘虚增厚问题,拖车的第一轴和第四轴存在一定同轴左、右车轮轮缘磨损不均匀现象。有针对性地提出延长该线路车轮使用寿命的建议,认为可以通过适当调节轮轨硬度比、定期反向运行、调整拖车空气制动力和动车电制动力的分配比例、降低空气制动切入点速度等方法有效降低车轮磨耗,提高车辆的安全运营。     

城市有轨电车碰撞联合仿真分析

提出非线性有限元和多刚体动力学联合仿真的方法对现代有轨电车碰撞进行模拟,仿真计算结果表明,在有轨电车与刚性障碍物倾斜碰撞的过程中,碰撞角度对车辆是否脱轨具有决定性的影响.随着碰撞角度的增加,车辆脱轨的风险急剧上升.通常情况下为了防止有轨电车碰撞脱轨,最大的撞击角度应低于25°.此外,轮轨摩擦系数对有轨电车碰撞过程中的脱轨也具有明显的影响.当轮轨摩擦系数由于雨雪等天气因素降低时,一方面车辆所需要的制动距离明显增加,更容易造成有轨电车碰撞事故的发生;另一方面钢轨对于车轮运动的抑制作用减弱,加大了车辆脱轨的风险.