基于轮对模型的铁道车辆脱轨安全性评估

考虑轮对摇头和侧滚运动,推导轮对的三维爬轨脱轨准则,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率的联合安全域进行脱轨安全性评估。建立轮对横向和侧滚运动方程,推导轮轴横向力和轮轨垂向力的计算公式。提出一种轮轨力间接测量方法,利用轴箱加速度、一系悬挂相对位移以及转臂应变等测试量,进行轮轨力的反演识别。通过轴箱转臂标定试验,获得转臂定位节点横向力和转臂应变之间的关系。针对某高速客车进行环线线路试验,对比分析测力轮对和间接测量方法获得的轮轨力。结果表明:间接测量方法得到的轮轴横向力和轮轨垂向力与测力轮对波形吻合,峰值误差分别为11.2%和4.3%。直线段的轮轴脱轨系数和轮重减载率均较低,曲线段二者均显著增大,缓和曲线段的轮重减载率逐渐增大而轮轴脱轨系数变化平缓。     

高速铁路邻近车站曲线最小半径研究

为了分析研究高速铁路邻近车站曲线最小半径对列车运行安全性与舒适性的影响,运用Simpack软件建立列车-线路动力学仿真模型。从动力学角度分析不同曲线半径对通过列车和停站列车的安全性和舒适性的影响。研究发现:通过列车经过车站邻近曲线时的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、列车平稳性指标大于停站车通过车站临近曲线时的相应指标;停站列车通过距离车站较远的圆缓点的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、平稳性指标能够满足运行安全性与舒适性需求,考虑富余量,停站列车速度采用通过曲中时的车速是合适的。     

时速400 km高铁最小曲线半径地段列车动力学性能研究

为了研究时速400 km高铁列车经过最小曲线半径地段时的动力响应特性,建立曲线地段CRH380B列车-轨道耦合动力学模型,从时域、频域对比仿真数据与综合检测列车实测数据,验证仿真模型的正确性。模拟列车以400 km/h速度通过7 000 m半径曲线路段下的各种轨道不平顺工况,以各动力响应峰值为控制指标,并结合相干性分析,得出长波高低与轨向不平顺最大敏感波长分别为150 m和200 m。曲线地段的车体垂向加速度峰值、车体横向加速度峰值、脱轨系数峰值、轮重减载率峰值、轮轴横向力峰值分别是直线地段的1.21倍、7.58倍、4.8倍、1.17倍、3.25倍,表明线路条件改变对车体垂向加速度、轮重减载率的影响较小,对车体横向加速度、脱轨系数、轮轴横向力的影响显著。研究结论可为运营期的行车舒适性和安全性评价、轨道平顺性评价提供理论依据。     

ZMC080型转向架动力学分析及应用

依据动力学分析理论,结合仿真试验分析方法,模拟了ZMC080型转向架在使用过程中的边界条件,仿真计算了蛇行临界速度、平稳性、脱轨系数和轮重减载率。基于仿真分析的基础上,在实际线路上对ZMC080型转向架的动力学性能进行测试,验证了脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、横向加速度、平稳性等指标均满足标准及设计要求。     

钢-混凝土连续组合铁路桥梁综合动力性能试验研究

通过对某客运专线的钢-混凝土连续组合板梁铁路桥和连续组合箱梁铁路桥的综合动力性能试验,测试在高速列车通过时钢-混凝土组合连续梁桥的自振特性、动挠度、竖横向振幅、竖横向加速度、墩顶横向振幅、支座位移、脱轨系数、轮重减载率和轨道力等动力响应和安全指标。采用车桥耦合振动理论对2座组合梁桥进行动力仿真分析,对桥梁的动力性能、试验列车运营的舒适性和安全性进行预测,结合已有相关规范,分析实测资料并综合评价2种类型组合梁铁路桥体系的各种性能。试验结果表明,在高速列车荷载作用下,2座组合梁桥梁体及墩身应力增量很小,支座位移也很小;实测梁体竖向自振频率符合相应的规范要求;在高速列车荷载作用下,梁体跨中挠度、横向振幅、竖横向加速度和墩顶横向振幅以及桥梁中跨跨中的脱轨系数、轮重减载率和轨道力符合相应的规范要求。     

地震作用下高速铁路列车走行性三项指标分析

研究目的:为了研究地震作用下列车运行的安全性,利用多体动力学原理建立动力平衡方程,将地震激励与轨道不平顺激励视为车辆的外荷载,采用MATLAB编程分别计算不同地震作用下地震峰值加速度一定时,列车走行性三项指标(轮重减载率、脱轨系数、横向力)随车速的变化规律,车速一定时地震峰值加速度对三项指标的影响,并比较不同地震动对各项指标的影响程度。研究结论:(1)将地震动调幅至0. 1g,不同地震动作用下轮重减载率在车速大于250 km/h均超过规定限值;(2)控制车速为100 km/h,在CHY004波作用下地震峰值加速度的增大均使得三项指标突增;(3)不同地震动作用对三项指标的影响有较大差异,车速为300 km/h时,横向力在调幅0. 2g的CHY004波作用下是TAFT波的4. 89倍;(4)本研究成果可为地震作用下的高速列车走行安全提供一定参考。     

基于空簧气动响应的高速列车交会动力学分析

空气弹簧的动态特性受其内部压力影响较大,为了更深入地分析动车组高速交会时的运行安全性,需要考虑空气弹簧在交会流场下的气动响应。将空气弹簧的气动流体力学模型与某型动车组的整车动力学模型相结合,以列车交会气动流场压力的时间历程作为空气弹簧与车体的外部激励,分析了动车组以不同车速交会时的动力学特性。研究结果表明,交会车速越高,空气弹簧的内压波动幅度越大;会车中车体的垂向平稳性优于横向平稳性;轮轨垂向力与轮重减载率受会车流场的影响较小,在会车时有较大的安全余量;当两车以450km／h车速交会时,空气弹簧内压波动可达30．78％,且轮轴横向力与脱轨系数会在车头鼻端通过观测点的瞬间超过安全限制,影响列车的运行安全性。     

明线交会对动车组动力学性能影响的仿真研究

利用列车空气动力学和轮轨动力学相结合的方法研究了动车组明线交会气动力对动力学的影响。首先采用流体软件FLUENT对动车组明线交会所受的气动力进行了研究,得到了不同交会速度下的各车气动力载荷;接着利用建立的动车组多体动力学模型,将气动力载荷作为轮轨动力学研究的载荷输入,研究了明线交会对动力学性能的影响。计算结果表明:明线交会对车体横向加速度较大,对轮轨力、脱轨系数和减载率等动力学性能影响有限。     

桩基托换后津滨轻轨高架桥动力性能分析

采用车桥耦合振动模型计算桩基托换后津滨轻轨高架桥在列车作用下的动挠度、振幅、梁体加速度以及列车脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力等动力响应，并对其进行评估，判断桩基托换后列车的行车安全性和平稳性。     

纵断面线路参数对直线电机列车的动力影响

研究目的:为了确定纵断面线路参数取值对LIM列车运行舒适性和安全性的影响规律,基于首都机场线LIM地铁系统参数建立列车-线路三维耦合动力学模型,分析在纵断面线路参数和车速影响下,LIM地铁系统动力响应特性,拟合得到车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率与竖曲线类型、竖曲线半径、列车行驶速度之间的关系公式。研究结论:(1)凹形竖曲线会增大列车垂向加速度和轮轨垂向力,减小轮重减载率;(2)凸形竖曲线会减小列车垂向加速度和轮轨垂向力,增大轮重减载率;(3)车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率均与曲线半径的倒数相关;(4)车体最大垂向加速度、轮轨最大垂向力、最大轮重减载率均与车速的平方相关;(5)本研究成果可为LIM地铁系统纵断面线路参数优化提供理论依据。     

地震作用下基于场地条件的高速列车行车安全性

针对地震作用下高速列车行车安全性问题,基于多体动力学理论,采用多体动力学软件SIMPACK建立高速铁路车辆模型。采用日本实测地震数据,以脱轨系数、动态轮重减载率、轮轴横向力作为安全性评价指标,从车辆动态行为角度分析不同场地条件下列车速度、横向加速度峰值、垂-横向峰值加速度比对列车行车安全性的影响。研究结果表明:地震作用下列车行驶速度、横向加速度峰值、场地条件对列车行车安全性有显著影响;列车在Ⅲ类场地上行车安全性最差,而在Ⅰ类场地上最好;垂-横向峰值加速度比超过0.67以后,垂向激励对列车行车安全性有显著影响。建议高速铁路地震报警阈值的选取应基于场地条件,且应考虑近场地震作用下垂向激励的影响。     

土质路基上板式无砟轨道结构的动力学性能仿真研究

依据系统工程理论的思想,基于车辆—轨道耦合动力学理论和有限元理论,建立机车车辆和板式无砟轨道结构的力学模型,采用ABAQUS软件实现滚动接触过程的轮轨接触的模拟,对铁路客运专线土质路基板式无砟轨道结构在高速行车条件下的动力学性能进行仿真分析研究。结果表明：板式无砟轨道结构的平顺性很好;动车组轮轨垂向力、轮重减载率、轮轨垂向力动载系数和各轮脱轨系数的最大值及其离散性均随着列车速度的提高而增大,整个动车组所有车轮的轮轨横向力最大值以及各轴的轮轴横向力均远小于安全控制值;板式无砟轨道结构各部分的振动加速度和主要振动频带范围随着列车速度的增大而增大;板式无砟轨道结构的振动衰减情况良好。     

WJ-7型大调量扣件地段轨道动力响应测试及分析

为了恢复线路平顺状态,某线采用大调量扣件调整轨面高程。通过对大调量扣件地段轨道动力响应测试结果分析,评价其使用效果。分析结果表明,各评价指标均在安全限值之内;轮轨水平力、轮重减载率等指标随列车通过速度增大而增大;增加扣件调高量对轮轨垂直力、轮轨水平力以及脱轨系数的影响较小,但钢轨轨底横向位移、轮重减载率有增大趋势;在曲线段采用大调量扣件会导致钢轨轨头横向位移、轮重减载率和脱轨系数明显增大,建议在曲线地段扣件调高量不宜过大。     

轮对结构弹性对高速动车曲线通过性能的影响

为了研究轮对扭转、弯曲和伞形特征模态对车辆曲线通过性能的影响,将轮对分别视为刚性体和弹性体,建立了车辆—轨道系统动力学模型。根据UIC518,采用轮轨垂向力、轮轴横向力、脱轨系数和轮重减载率评定车辆曲线通过性能。研究结果表明:轮对一阶弯曲模态对车辆曲线通过性能的影响最大,轮对模态特征频率降低使车辆曲线通过性能指标值增大。将轮对考虑为弹性体,轮对一阶扭转模态、一阶对称和反对称弯曲模态的特征频率分别为46 Hz、62 Hz和128 Hz时,导向轮对的轮轨垂向力、轮轴横向力、脱轨系数和轮重减载率与刚性轮对模型的结果的比值为1.010、1.167、1.241和1.033。轮对结构弹性对轮轴横向力和脱轨系数的影响较大。     

PGM-48钢轨打磨小车曲线通过性能分析及改进

利用SIMPACK动力学软件建立钢轨打磨车的仿真模型,对打磨小车在作业工况下小半径曲线通过时的轮轴横向力、轮重减载率、脱轨系数进行动力学计算,分析其易发生脱轨的原因,并从结构和悬挂参数方面给出改进意见。     

临时铁路便桥的动力特性分析

应用MIDAS软件建立有限元模型,计算临时铁路便桥的振动特性,分析其结构自振频率及振形。采用车桥耦合振动分析软件VBC2.0,对列车通过临时铁路便桥时引起的车辆与桥梁结构耦合振动进行数值仿真分析。通过分析和计算临时铁路便桥动力响应位置的横向振幅、横向加速度、竖向位移和竖向加速度表明,脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力、车体竖向和横向加速度的最不利计算结果能够基本满足相关规范要求,可以保证列车安全运行。     

地震作用下车辆-轨道-桥梁系统振动台台阵试验与列车预警速度阈值研究

针对地震作用下高速铁路桥上行车的安全性问题,设计完成车辆-轨道-桥梁大型振动台台阵缩尺模型试验,制作了1∶10车辆、轨道及桥梁结构的模型,根据缩尺模型相似定理研究了不同地震强度下列车脱轨问题,并利用数值仿真方法建立了CRH380BL高速列车-轨道-桥梁空间耦合动力学模型,通过对比分析试验结果与数值仿真分析结果,验证了数值分析模型的可靠性。在此基础上,以行车安全性及舒适度指标作为评判标准,利用上述仿真分析模型计算得到了不同地震强度等级下各项评价指标所对应的列车运行速度临界值,并探讨了现行规范中的地震预警阈值选取问题。研究结果表明:对于静止状态下的车体模型,在地震动峰值加速度为0.25g的ALS地震波作用下,车体将会发生脱轨。随着输入地震动峰值加速度的增大,舒适度指标最先超出限值,车辆的行车安全性指标次之,脱轨系数和舒适度指标控制的速度阈值逐渐减小,轮重减载率和横向轮轨力控制的速度阈值基本不变,舒适度指标对地震激励最为敏感,脱轨系数次之,轮重减载率和横向轮轨力最不敏感。在输入地震波的峰值加速度≤50gal时,车辆运行速度临界值取决于列车舒适度指标,速度阈值为160km/h;当输入地震波的峰值加速度达到60gal时,速度阈值降为140km/h;当输入地震波的峰值加速度达到80gal时,速度阈值降至140km/h以下,出于安全考虑建议此时采取紧急停车措施。     

列车纵向冲动对车辆曲线运行安全性的影响

随着列车质量的增加,列车纵向冲动将明显增加,其直接影响列车运行安全.特别是在曲线上,纵向冲动使轮轨横向力增大,从而增大脱轨的可能性.本文以C80A为例,基于准静态方法和动态方法分析车辆结构参数与纵向冲动引起的附加横向力的关系,并分析纵向冲动对曲线上车辆脱轨系数和轮重减载率的影响.     

抗蛇行减振器横向安装位置对机车动力学性能的影响

基于机车车辆动力学理论,运用SIMPACK多体动力学仿真软件,以机车车辆动力学指标为依据,系统分析了抗蛇行减振器的横向安装位置对机车动力学性能的影响。仿真结果表明:增大抗蛇行减振器的横向安装跨距,可以显著提高机车的蛇行临界速度,不会对机车运行于曲线上的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力3项指标产生明显影响。     

轨道随机不平顺对高速铁路列车运行性能影响分析

轨道几何不平顺不仅是列车动力响应的主要原因,也是列车运行安全性和平稳性的重要因素。基于SIMPACK多体动力学仿真软件,分析4种基本随机不平顺对高速列车直线运行性能和曲线运行性能的影响,对比不同激励类型下列车的安全性和平稳性指标,并推导出最不利影响激励和线路位置,为现场控制基本轨道不平顺,制定轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据。分析结果表明:方向和高低随机不平顺分别对列车的横向加速度以及垂向加速度影响较大,轨距随机不平顺对曲线地段列车脱轨系数作用最大,方向随机不平顺对列车在直线和第二段缓和曲线处脱轨系数影响较大,同时在两段缓和曲线处轮重减载率也急剧增大,水平随机不平顺对两个缓和曲线地段处列车的脱轨系数影响较大。