车辆脱轨问题的探讨

车辆脱轨条件和评定指标是衡量车辆安全运行的重要指标 .根据车辆运行状态 ,从单轮脱轨条件和评定指标、轮对脱轨条件和评定指标、由轮重减载引起脱轨的条件、脱轨系数与轮压减少率的关系等 4个方面对车辆的脱轨安全度进行了探讨 ,分析了影响车辆脱轨的因素 ,并指出车辆脱轨评定条件的适用情况 .结果表明 ,采用作用于轮对的侧向力H与作用于脱轨侧车轮的垂直力P1之比检算车辆的脱轨安全度较为合理     

地震作用下轮轨动态响应分析及列车地震预警阈值

为研究地震作用下高速铁路运行安全和脱轨机理,利用6 m×6 m大型振动台,对车辆-轨道模型进行全尺寸振动台模型试验.根据振动台模型试验,建立与之相似的多自由度、多刚体车辆-轨道数值模型,将振动台模型试验结果与车辆-轨道数值模型的计算结果进行对比,发现对比结果基本接近,表明车辆-轨道数值模型具有一定的正确性.然后,根据脱轨系数等指标在列车正常运行状态和地震作用状态之间的安全储备,提出确定高速铁路地震预警阈值的新思路,基于上述车辆-轨道数值模型,通过输入6条典型的水平向地震波对车辆-轨道数值模型分别进行地震时程分析,将计算结果中的脱轨系数和轮重减载率与地震波加速度峰值之间的关系进行统计分析,最后给出不同脱轨系数限值和不同轮重减载率限值相对应的高速铁路地震预警阈值评价表,并建议中国高速铁路地震预警阈值设为40 gal.     

悬挂式单轨交通线路适应性研究与分析

在虚拟样机仿真平台下开展悬挂式单轨车辆动力学性能仿真实验,以分析多工况条件下线路适应性的变化规律,空车和重车两种载荷条件与线路适应性之间的影响关系.结果显示:在直线工况下,平稳性指标满足GB/T 5599—1985《铁道车辆动力学性能评定和实验鉴定规范》的规定,最大振动加速度符合国际联盟颁布的UIC—513《铁路运输国际标准》规定,表明在直线工况下该制式车辆具有较好的线路适应性.在曲线工况下,导向轮导向力最大值未超过轮胎最大负荷值,符合车辆安全运行标准.但是,在重车运行条件下导向力合力较大,建议降速运行.     

轨道科研试验线的轮轨力、脱轨系数及减载率研究

为了对同济大学轨道交通科研试验线进行脱轨安全性评定,采用测力钢轨法测试轨道交通科研试验线列车通过时的轮轨力,包括轮轨垂直力及横向力,由轮轨力计算脱轨系数及轮重减载率。结果表明,列车以速度20、30及40 km/h驶过时,南侧钢轨的轮轨垂直力平均值在54.91~56.14 k N范围内,北侧钢轨的轮轨垂直力平均值在72.91~76.62 k N范围内;南侧钢轨的轮轨横向力平均值在5.77~7.86 k N范围内,北侧钢轨的轮轨横向力平均值在6.48~7.11 k N范围内;脱轨系数分别为0.096、0.104及0.113,轮重减载率分别为0.141、0.152及0.154,脱轨系数及轮重减载率都远小于限界值,都具有很大的安全余量,轨道交通科研试验线在脱轨安全性评定方面完全符合要求。     

某型号配砟车动力学性能分析

安全行驶性能是轨道车辆动力学性能研究的重要内容。以某型号配砟车为研究对象,基于多体动力学法,采用Simpack建立整车计算模型,并以车辆的运行稳定性、运行平稳性和曲线通过性为指标,对该配砟车安全行驶性能进行了校核。研究表明,在美国Ⅴ级线路轨道谱激励下,该型配砟车的失稳临界速度为117km/h,满足设计要求。在此基础上,对该配砟车运行过程中横向、垂向平稳性指标及通过曲线时的脱轨系数和轮轴横向力进行了计算,结果表明,该型号配砟车各参数均符合国家标准要求。     

横风对高速动车组直线运行动力学性能的影响

通过建立高速动车组动力学仿真模型,分析了高速动车组在所受气动升力、侧力和倾覆力矩作用下的运行安全性.以某350 km/h动车组为原型,采用动拖动的编组方式,建立了列车动力学模型.动车转向架采用转臂式轴箱定位结构,二系悬挂由空气弹簧与横向减振器、抗蛇行减振器组成.研究常速横风及阵风对动车组各车的影响.仿真结果表明:横向风对脱轨系数、轮重减载率及轮轨横向力均有很大的影响,尤其是轮重减载率,在所计算的工况下,几乎所有的轮重减载率均超出了标准要求,因此在横向阵风的作用下,动车必须限速运行,否则会有脱轨的危险;另外,阵风对动车组的影响要大于常值侧风,并且横风对头车的影响比其他车辆要大很多.     

沙尘暴环境下的高速列车运行安全分析

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学提出了一种计算沙尘暴环境下高速列车运行安全的半耦合求解方法。首先,利用流固耦合联合仿真方法计算横风下高速列车的平衡状态;然后,获取沙尘暴作用下的平衡状态;最后,计算气动力作用下的车辆-轨道耦合动力学响应。这种方法兼顾了计算效率和流固耦合效应2个方面。基于此方法研究了不同沙尘暴环境下高速列车的动力学性能,结果表明:列车安全性指标均随着车速的增大而变差,随着沙尘暴强度的增大而变差;轮轴横向力、脱轨系数和轮重减载率出现了超过规定限值的现象,而轮轨垂向力相对较难超标。     

地震作用引发的高速列车脱轨评价

动力作用下轨道和路基的振动响应问题是解决高速列车在轨运行安全的关键之一.为保证地震时高铁的在轨安全,基于ABAQUS和FORTRAN子程序方法,创建了高铁无砟轨道-路基-地基三维精细化模型,详细分析地震-列车移动荷载特征对轨道结构的影响以及瞬态脱轨标准,探讨高速列车在地震作用下的临界速度和脱轨机理,考虑的脱轨标准包括轨道横向力与垂直力的比率(脱轨系数)和轨道的横向变形量,以此寻求合理的改进将地震的风险降到最低.结果表明:地震与列车移动荷载共同作用时,前者对钢轨的竖向正位移影响显著,而其加速度和频谱则受后者的作用更为突出;与此同时,列车脱轨概率显著增大,钢轨的临界速度为50 m/s(180 km/h),此时钢轨横向位移较大,脱轨系数曲线变化剧烈,严重超出国家安全标准,列车可能失稳,甚至脱轨.     

基于模糊综合评价和BP神经网络的车辆危险状态辨识

考虑驾驶员、车辆、环境和管理因素对车辆安全状态的影响,建立了车辆安全状态评价体系。采用模糊层次分析法确定了各评价指标的权重,利用岭型函数建立了评价指标对评价等级的隶属度函数,在Matlab神经网络工具箱中构建了车辆安全状态神经网络评价模型。采用预设故障的试验方法,利用车辆监测预警系统采集道路试验过程中车辆的运行状态参数。通过模糊综合评价得出神经网络所需的训练样本,运用训练好的BP神经网络对道路试验中车辆安全状态进行评价。道路试验结果表明:神经网络评价较模糊综合评价灵敏度更高、更准确,为车辆危险状态辨识提供了一种新方法。     

曲线地段直线电机轮轨列车动力学响应

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.     

基于车路协同的动态车辆安全状态评价模型

针对动态车辆安全状态评价指标参数多源、异构、动态的特点,系统地分析了影响车辆安全状态的驾驶员、车辆和环境因素并进行了信息分类,构建了车辆安全状态评价体系．基于模糊综合评判原理建立了车辆安全状态模糊综合评价模型,车辆行驶过程中通过车载终端提取评价指标的动态参数,得出车辆安全状态模糊评价集并基于加权平均原则计算其最大隶属度,根据最大“贴近度”原则对车辆直线跟车行驶和转弯行驶的安全状态进行评判,为动态车辆安全状态评价提供了一种新方法．     

电动轮减振系统集成设计及其模糊控制

针对电动轮驱动车辆垂向振动性能不佳的问题,提出了一种基于轮内减振系统的电动轮集成设计方案,并针对该方案进行了车辆悬架与轮内减振系统的模糊控制.在电动轮内部设计了基于减振弹簧和液压衬套的轮内减振系统,并采用粒子群优化算法对该减振系统进行了参数匹配,以减小轮毂电机所受的垂向冲击力;进一步采用模糊控制对液压衬套输出力进行控制...     

山区高速公路隧道交通运行环境安全评价

为科学合理判定山区高速公路隧道交通运行环境安全状态,提出了基于灰色熵权聚类的山区高速公路隧道交通运行环境安全评价模型。从道路条件、交通条件、环境条件和气候条件4个方面,构建了涵盖18个指标的山区高速公路隧道交通运行环境安全评价体系。模型借鉴熵理论确定各指标权重,结合3级白化权函数,计算灰色熵权聚类系数;依据最大隶属度判定山区高速公路隧道交通运行环境安全水平。以西汉高速隧道群为例,对评价模型可行性和有效性进行验证。结果表明,运用所提出模型判定的隧道交通运行环境安全水平等级与年平均交通事故数成相反趋势,该模型有效可行,具有一定的实用价值。     

基于运行车速的公路线形设计安全评价

公路的安全性是公路设计追求的目标之一,公路设计指标与车辆实际运行速度的匹配是其中的关键.根据对公路实际运行速度的检测数据分析,建立了平原微丘区二级公路车辆运行速度预测模型,提出了线性设计的安全评价标准,同时提出了将运行速度安全标准运用到公路设计的具体方法.     

反曲线铁路桥梁空间车桥耦合动力分析

借助ANSYS和UM分析软件,分别建立完整的桥梁和列车三维空间模型。分析了3种车辆在不同车速条件下通过连盐铁路反曲线桥梁时的车桥耦合振动情况。通过对桥梁的纵、横向位移,加速度以及车辆加速度,Sperling舒适性指标,脱轨系数,减载率等动力性指标计算结果的分析可以得到:在CRH2和准高速列车车速小于160 km/h、C70货车车速小于80 km/h的条件下,该反曲线铁路桥梁具有较大的纵、横向刚度,满足列车运行的安全性及舒适性要求。     

基于柔性转向架的轨道车辆悬挂参数优化

以某轨道工程车为研究对象，利用Solidworks建立转向架刚性模型，对该模型进行网格划分后，使用ANSYS和SIMPACK建立包含柔性转向架的刚柔耦合动力学模型，研究转向架弹性变形对车辆直线运行稳定性、曲线通过性能和车辆运行平稳性的影响。以轴箱定位节点横向、垂向刚度，一系悬挂横向、垂向刚度，二系悬挂横向、垂向刚度为设计变量，设计拉丁超立方试验，利用RBF神经网络和NSGA-Ⅱ算法对横向、垂向平稳性指标，脱轨系数和轮轨横向力进行多目标优化。结果表明：轴箱定位节点横向、垂向刚度为5775 kN/m、11419 kN/m,一系悬挂横向刚度、垂向刚度为6042 kN/m、7834 kN/m,二系悬挂横向、垂向刚度为152 kN/m、158 kN/m时车辆动力学性能得到显著改善。     

基于事故树分析的车辆安全状态模糊综合评价模型

为分析车辆运行状态对行车安全的影响,提出了基于事故树分析的车辆安全状态模糊综合评价方法。在系统分析车辆安全状态影响因素的基础上,构建了车辆安全状态事故树,通过计算事故树基本事件的结构重要度明确车辆安全状态的主要影响因素。根据车辆安全状态事故树分析结果,选取车载质量、车速、横向安全车距等9个因素作为车辆安全状态评价的主要关联因子,基于模糊评判理论构建了车辆安全状态模糊综合评价模型。在CA1046L2轻型载货汽车上安装车辆监测预警系统,系统自动采集车辆行驶过程中的运行状态参数,采用预设故障的试验方法进行了道路试验,利用评价模型对车辆的安全状态进行分析评价。试验结果表明,该模型应用于车辆安全状态评价具有较高的适用性。     

桁段有限元法分析钢桁梁桥振动

将列车-钢桁梁桥作为整体振动系统,钢桁梁桥采用桁段有限元法离散,列车采用具有23个自由度的二系弹簧车辆空间振动模型,得到系统振动的矩阵方程.以桥上实测蛇形波作为激振源,分别计算了旅客列车以80、100和120 km/h,货物列车以60和80 km/h车速通过某连续梁桥时车桥系统的振动响应,与传统有限元法相比,桁段有限元法能更好地处理钢桁梁桥中的桥门架单元.对某3×64 m连续梁桥的车桥振动进行分析表明,其Sperling指标、脱轨系数和减载率均在安全行车范围内,行车安全有保障,舒适度和车辆平稳性指标均达合格以上.     

基于横摆力矩控制的电动轮汽车转弯节能控制

首先,研究了车辆转弯时转弯阻力产生的机理,提出了影响转弯阻力的因素。然后,提出了通过改变纵向力分配减小转弯阻力的方法。最后,基于车身稳定性的约束,通过理论分析和计算机仿真,对比了纵向力分配前、后车辆转弯过程中的能耗,并采用遗传算法对后轴轮间的转矩分配系数进行了优化。研究表明,通过对电动轮汽车的纵向力分配,可以降低电动汽车在转弯过程中的能耗,提高转弯机动性。     

基于熵权法和BP神经网络的道路交通安全度评价模型及应用研究

为评价全国各省市地区道路交通安全水平,从公路网密度、道路交通事故严重情况、车辆数3个方面,构建道路交通安全度测评体系。从数据可获得性、一致性原则等方面综合考虑,选择了10项指标作为道路交通安全度测评指标,并进一步基于熵权法,对各指标的权重进行了计算。考虑到道路交通系统的复杂性、随机性,基于BP神经网络技术,进一步建立了包含输入层、隐含层及输出层的道路交通安全度评价模型,并选取北京、天津直辖市及10个省市的道路安全度指标数据作为输入训练样本,以此来对各个省市的道路交通安全度进行测评。结果表明:构建的道路交通安全度评价模型得到的评价结果与各省市情况基本吻合,可有效地评估各省市道路交通安全风险。