小半径曲线段钢轨打磨方案比选及动力特性研究

小半径曲线段钢轨廓形质量对轮轨接触关系及钢轨使用寿命有着关键影响。为探究个性化打磨对小半径曲线段磨耗廓形的轮轨接触改善及延长钢轨使用寿命效果,选取沪昆普速铁路小半径曲线段两组磨耗钢轨进行打磨方案研究;基于现场实测数据及病害分析,与消除表面病害为目的的修复性打磨方案作比较,对钢轨进行个性化打磨廓形设计;跟踪观测钢轨表面状态,结合GQI(grinding quality index)及轮轨接触分析,建立车辆-轨道动力学模型计算打磨方案对轮轨动力特性的影响,综合评价打磨效果;结果表明：修复性打磨仅对钢轨表面病害进行处理,并未实际改善轮轨关系,廓形保持能力不佳,后续动力学指标评价也无明显改善;相比之下,个性化打磨廓形保持能力更佳,GQI指数明显提升,轮轨关系改善显著,提高了车辆曲线通过能力;动力学方面,个性化打磨方案的轮轨横、纵向蠕滑率和磨耗指数分别降低60.45%,33.95%和24.13%,有效缓解了轮轨间的磨耗,延长了钢轨使用寿命与打磨周期;车体横向、垂向加速度和脱轨系数分别降低19.69%,30.74%和26.11%,列车运行平稳性得到良好改善,提高了列车运行安全性。由此可见,个性化打...     

钢轨异常磨耗对构架横向加速度影响研究

针对某型高速动车运行过程中转向架构架横向加速度报警的问题,构建了车辆多体动力学模型,结合实测磨耗钢轨外形,研究了异常磨耗钢轨与构架横向加速度报警间的关系。仿真分析发现当动车高速运行于实测的轨道不平顺线路上时,长期未打磨钢轨区段对应的轮对、构架横向加速度明显要大于一次打磨和二次打磨钢轨。随着钢轨磨耗加剧,轮轨接触等效锥度也呈上升的趋势,降低了车辆稳定性。并且通过现场实验验证长期未打磨钢轨对应构架横向加速度明显大于新打磨钢轨。研究结果表明:钢轨轨面长期未打磨而出现不正常的宽光带磨耗与轨距角磨耗增大了轮轨间等效锥度,是导致轮轨接触不良主要原因,而轮轨接触不良是造成动车组构架横向稳定性变差的重要因素。     

铁路钢轨打磨目标型面研究

提出一种基于轮轨接触界面法向间隙的钢轨踏面设计方法,寻找了重载线路上较小轮轨接触应力水平的钢轨打磨目标型面,为新铺设钢轨预打磨及预防性打磨方案的设计提供理论依据。根据三维非赫兹滚动接触理论寻找了轨头的优化范围,在此范围内能保证轮对动态横移过程中,轮轨接触点附近最小法向间隙的钢轨轨头外形。针对重载线路轮轨伤损严重的问题,利用目前的方法对现有的60kg/m钢轨进行了优化设计。利用车辆-轨道耦合动力学理论及三维弹性体非赫兹滚动接触理论对优化前后钢轨踏面与原车轮接触时静态接触性能及动态接触性能进行了分析。结果表明,优化后轮轨界面之间具有较好的"共形"接触特性,在不降低车轮其他动力学性能的情况下,钢轨踏面优化后的轮轨接触应力显著地降低,并且使左右轮轨磨耗程度趋于均衡,可以有效降低轮轨磨耗与滚动接触疲劳。     

钢轨横向动态位移及振动水平对轨道安全性及钢轨波浪磨耗的影响

基于"轮轨柔度差变"机理,研究了弯道线路不同轨道支承系统钢轨横向动态位移、振动水平及钢轨表面粗糙度的变化,结果表明,降低轮轨横向柔度差变及控制钢轨横向振动是有效抑制减振轨道系统钢轨波浪磨耗的形成与发展的关键措施之一。     

岔区轨件打磨对高速列车动力特性影响分析

针对福州工务段在杭深客运专线部分岔区采用的轨件打磨方案。在实测岔区轨件打磨前、后关键断面廓形的基础上,基于车辆-道岔动态相互作用,建立了车辆-道岔仿真模型,以列车250 km/h速度直逆向过岔为例,对打磨前、后两种工况的动力响应特征进行了深入对比分析。结果表明:轨件打磨作业后,列车第一轮对右侧脱轨系数幅值降低27.7%、横向轮轨力幅值降低27.4%,车体横向振动加速度和横移量幅值分别降低了56.8%和47.7%,列车过岔安全性及动力特性得到了明显改善;工务段晃车仪、添乘仪以及动检车的检测结果显示,岔区轨件打磨作业后,线路设备质量得到了显著提升,列车过岔时的车体横向加速度明显降低;根据岔区轨件打磨经验表明:钢轨打磨是改善岔区轮轨接触关系、提升动车组运行品质的有效手段;理论研究成果验证了福州工务段为解决管内岔区"晃车"问题所采用的轨件打磨方案的合理性,为高速铁路岔区轨件廓形优化打磨提供了理论支持。     

钢轨波浪磨耗产生和发展机理及其控制

通过研究轨道系统不连续支承钢轨柔度的变化及轮轨系统动柔度关系,提出了＂轮轨柔度差变＂机理,该机理能有效地描述钢轨波浪磨耗产生和发展的原因,通过轨道动柔度理论计算和实验验证及运营条件下实际钢轨波浪磨耗现象的比较,得出一致的结论,从而充分证明了轮轨柔度差变和钢轨不连续支承及轨道支承刚度变化是钢轨波浪磨耗形成的主要原因之一,根据本文提出的钢轨波浪磨耗产生和发展机理,降低轮轨柔度差变及控制钢轨振动能够有效抑制钢轨波浪磨耗的形成与发展。通过在线对采用低刚度谐振动力阻尼隔振扣件的线路与原有普通线路上采用刚度较高扣件的轨道线路上钢轨粗糙度在不同时间间隔进行的测试比较,结果表明,在普通线路上采用刚度较高扣件的轨道线路上钢轨的粗糙度较高,而在安装低刚度谐振动力阻尼隔振扣件的线路上钢轨粗糙度反而有所下降,同时其钢轨本身在垂直方向及横向振动水平也有所下降。     

地铁线路钢轨波磨安全限值研究

地铁线路钢轨波磨会恶化轮轨接触关系,引起轮轨冲击,降低车辆和轨道部件的使用寿命,影响车辆运行安全,大大增加维修工作量和运营成本。钢轨打磨可有效控制波磨,而确定钢轨波磨安全限值并制定打磨策略是实施钢轨打磨的关键步骤。建立一种地铁车辆—轨道耦合动力学计算模型,详细调查地铁钢轨波磨对车辆运行安全性的影响。基于车辆—轨道耦合动力学仿真计算和地铁车辆的运行安全评价指标,初步确定时速80 km/h地铁线路的钢轨波磨的安全控制限值。结果可为地铁线路的钢轨校正性打磨提供理论参考。     

地铁波磨对轮轨动力特性影响及其安全阈值分析EI北大核心CSCD

现场测试某地铁线路普通道床地段钢轨波磨和钢轨振动加速度,建立了地铁车辆-轨道耦合动力学模型,分析了不同特征钢轨波磨对轮轨系统动力特性的影响,提出了指导钢轨打磨控制波磨的波深安全阈值。结果表明:钢轨波磨主要发生在小半径曲线地段圆曲线内轨,主波长200~250 mm,最大波深约0.8 mm,直线地段出现短波波磨,主波长40 mm,最大波深约0.1 mm;波磨主要波长与轨道结构振动主频对应;钢轨波磨激励导致轨道结构振动较大,轮轨系统动力响应剧烈,尤其是70 mm以下的短波波磨;轮轨垂向力呈周期性波动,波动周期与波磨波长相同,周期内1/4波长处轮轨冲击振动达到峰值;钢轨波磨对轮轨系统动力响应的影响随着波长减小、波深增大而加剧;现有规程中指导钢轨打磨的波磨安全限值适用于长波波磨,对于波长30、40、50、60 mm的短波波磨,运营速度80 km/h情况下,建议波深安全阈值为0.08、0.11、0.12、0.21 mm,波深超出安全阈值后应及时打磨。     

钢轨件磨耗状态下高速道岔达速运行适应性研究

对实际运营条件下高速道岔钢轨磨耗廓形进行了测试。基于实测数据建立了高速车辆-道岔耦合动力学计算模型,对现行速度条件下岔区钢轨件磨耗对列车过岔动力性能的影响进行了仿真分析,进而对磨耗状态下高速道岔达速运行的适应性进行了探究。结果表明:长期运营条件下,高速道岔尖轨、基本轨、翼轨、心轨均出现了不同程度的磨耗,导致轨头廓形及钢轨件之间的相对位置关系较初始状态发生了较为明显的变化;钢轨磨耗状态下列车进岔时所产生的轮轨冲击作用提前了,转辙器区轮载过渡规律发生了明显的改变,列车通过辙叉区时轮轨的相互作用及安全性参数均增加,列车进岔后轮对蛇行运动趋势增大,导致出岔后发生轮缘接触,轮对及车辆振动也呈加剧的趋势,随着磨耗程度的加深,列车过岔时轮轨磨耗发展速率逐渐减缓,道岔钢轨磨耗发展呈逐渐收敛的趋势;道岔钢轨磨耗状态下,列车过岔速度的提升进一步压缩安全和疲劳性能裕量,并且会改变道岔钢轨件磨耗发展的收敛趋势。磨耗状态下高速道岔虽能适应达速运行条件,但需重点关注钢轨件的进一步磨耗和部件伤损加速的情况。     

地铁波磨对轮轨动力特性影响及其安全阈值分析

现场测试某地铁线路普通道床地段钢轨波磨和钢轨振动加速度,建立了地铁车辆-轨道耦合动力学模型,分析了不同特征钢轨波磨对轮轨系统动力特性的影响,提出了指导钢轨打磨控制波磨的波深安全阈值.结果 表明:钢轨波磨主要发生在小半径曲线地段网曲线内轨,主波长200 ～ 250 mm,最大波深约0.8mm,直线地段出现短波波磨,主波长...     

地铁车轮磨耗对轮轨接触特性及动力学性能的影响

对某地铁线路轮轨磨耗进行测试,分析实测型面与CN60钢轨匹配的轮轨接触几何关系,并利用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论对轮轨接触力学特性进行分析。利用UM多体动力学软件建立某B型地铁车辆动力学仿真模型,分析轮轨磨耗对车辆动力学性能及轮轨接触损伤特性的影响。结果表明:该线路车轮踏面磨耗较均匀,存在明显轮缘磨耗现象。不同运行里程下实测车轮踏面外形基本相似,导致车轮磨耗对轮轨接触几何关系、轮轨接触力学特性及车辆动力学性能的影响较小。实测轮轨匹配下的动力学性能略有下降。随着运行里程增大磨耗指数变化不大,表明车轮磨耗稳定。车轮磨耗后表面疲劳指数大于标准型面,出现滚动接触疲劳的可能性增大。     

高速列车半主动悬挂可变刚度和阻尼减振器适应性研究

针对中国高速列车运行速度高、运营里程长、轮轨磨耗加剧,被动悬挂式抗蛇行减振器适应性较差,导致转向架抗蛇行稳定性能不足的情况,开展半主动悬挂抗蛇行减振器研究。首先,基于高速列车悬挂系统非线性和轮轨接触非线性特征,建立了高速列车模型、磁流变阻尼器模型、可变刚度和阻尼抗蛇行减振器模型;然后分析了抗蛇行刚度和阻尼参数对新轮轨和磨耗轮轨的车辆动力学性能的影响,并针对磨耗轮轨接触提出了半主动悬挂控制策略;最后,对比分析了被动悬挂和半主动悬挂车辆运行性能的差异。结果表明:通过采用半主动悬挂调整抗蛇行减振器的刚度和阻尼参数可大幅改善磨耗轮轨接触的车辆运行性能,保证构架不发生蛇行失稳,与采用被动悬挂抗蛇行减振器的车辆相比,车体横向加速度和构架横向加速度分别降低22.4%和16.0%。     

PD3钢轨损伤原因探讨

PD3热轧钢轨在弯道半径R=600m地段使用4a（年）后部分钢轨出现剥离掉块现象。采用化学成分分析、低倍检验、扫描电镜观察及能谱分析、金相检验和力学性能测试等方法对该钢轨进行了分析。结果表明：轮轨接触应力过大,导致钢轨接触面表层金属发生塑性变形形成疲劳裂纹,当磨耗速率小于疲劳裂纹扩展速率时,便发生剥离掉块现象;同时线路参数设计、线路条件及钢轨的选用也是发生剥离掉块损伤的诱发因素。并提出了改进措施。     

高弹扣件轨道车轮间振动波的反射对钢轨短波长波磨的影响

地铁线路使用高弹扣件的直、曲线段均出现严重的短波长钢轨波磨(25 mm^30 mm)。针对该问题,在时域建立多车轮板式轨道系统模型研究了车轮间钢轨振动波反射而引起的垂向动态轮轨作用力。轮轨之间非线性的滚动接触等效为二维接触模型,其中纵向滑移区内的磨损与切应力引起的摩擦功成比例。综合瞬时轮轨动力学、接触力学和轮轨的长期磨损,对单、多轮轨作用下高弹扣件地铁线路以及普通扣件线路中钢轨波磨的进化过程分别进行仿真,通过对比结果表明使用高弹扣件地铁线路钢轨短波长波磨异常增长主要原因是钢轨振动波在临近车轮间的反射使得垂向动态接触力剧烈波动而加速轮轨间的不均匀磨损。最后,调频钢轨吸振器(TRD)引入系统模型并分析了其对这类短波长波磨的抑制作用,仿真结果表明TRD可以有效缓解车轮间的振动波反射以及相关的短波长波磨的异常增长。     

新型转轨空间动态耦合模型

基于车辆－轨道耦合动力学理论,建立了新型轮轨空间动态耦合模型。详细研究了充分考虑钢轨横向、垂向和扭转振动以及轨道不平顺作用下,轮轨空间动态接触几何关系、轮轨法向力以及轮轨蠕滑力的求解模型。突破了传统车辆力学中关于轮轨刚性接触和始终接触的假设。最后,与国际著名软件NUCARS的数值仿真比较和与我国线路试验的结果比较表明,本文所建立的新型轮轨耦合关系模型是正确有效的。     

铁路曲线钢轨横向凹坑对初始波磨形成的影响

建立了车辆/轨道横向垂向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨波磨计算模型,发展了相应的数值方法。利用该方法分析了曲线钢轨顶面内侧具有横向凹坑对初始波磨形成的影响。计算了客车车辆通过钢轨轨头横向凹坑时,同一个转向架的4个车轮反复作用下钢轨初始波磨形成和发展情况。数值结果表明,当车辆通过具有横向凹坑的曲线钢轨时,轮对和钢轨之间发生瞬态冲击振动,引起钢轨接触面产生不均匀磨损而形成初始波磨,随着车辆通过次数增加,不均匀波磨深度加大并向前扩展,形成大约30mm和750mm的波长;当车轮通过横向凹坑瞬间,车轮和钢轨之间发生激烈的振动,使4车轮下的钢轨接触表面产生严重的凹坑磨损,当车辆再次通过时,轮轨间的振动继续加剧,凹坑磨损深度迅速加大;前轮对通过凹坑而受激振动对后轮对动力学行为影响较大,导致后轮对作用下钢轨接触面不均匀磨损严重,但后轮对受激振动对前轮对动力学行为的影响较小;前轮对左轮受外轨激振作用而导致前轮对右轮下钢轨接触面凹坑磨损最严重。     

U75V热轧钢轨伤损原因分析

U75V热轧钢轨铺设在曲线半径R=400m地段使用2a(年)多,部分钢轨出现了严重的接触疲劳裂纹及剥离掉块伤损,采用化学成分分析、扫描电镜以及能谱仪分析、光学显微镜分析等方法对钢轨伤损原因进行了分析。结果表明:钢轨出现剥离掉块和接触疲劳裂纹伤损的主要原因是轮轨接触圆角处的接触应力过大超过其接触疲劳强度,在钢轨塑性变形层表面萌生疲劳裂纹并沿变形流线方向疲劳扩展,在轮轨接触圆角处形成疲劳核伤;可通过提高冶金质量、铺设高强度等级的钢轨、改善轮轨接触关系及受力状态、对出现接触疲劳裂纹的钢轨进行打磨等措施来延长钢轨的使用寿命。     

地铁浮置板轨道系统导纳特性与钢轨波磨关系研究

为了探明钢弹簧浮置板轨道区段波磨发生机理及与轮轨系统参数影响规律。首先基于现场测试的钢轨波磨特征,分析波磨典型波长及其通过频率;其次建立轮对和钢弹簧浮置板轨道三维有限元模型,分析轮轨共振模态与浮置板轨道钢轨导纳特性,探讨钢轨扣件刚度、浮置板隔振器刚度与轮对振动模态对钢弹簧浮置板区段钢轨波磨的影响规律。结果表明：（1）钢轨扣件刚度对波磨发生和发展有重要的影响。钢轨扣件刚度越低,将激发钢轨较大的振动,在特定频段上过大的钢轨振动会导致对应波长的波磨加剧,进而加速波磨的发展。（2）从轮轨系统模态分析,358 Hz的钢轨横向弯曲变形频率与测试线路产生特征波长为31.7 mm波磨引起的轮轨振动频率较为接近;可通过采取减振措施来抑制轮轨系统在358 Hz处的横向振动响应,会相应地减缓钢轨磨耗。     

浅谈钢轨接头病害分析

钢轨接头是轨道结构的薄弱环节，其原因在于轨结构的组合性和散体性与接头构造上的非连续性。工务部门的轨道线路维修中，钢轨接头病害整修占路维修工作量的60％以上比重。钢轨接头病害程度数量成为评价线路设备状态的重要标志，是影响运的主要因素。冲击附加动压力的大小与轮重、轮径、行输安全畅通的安全所在。     

轨枕支撑刚度和阻尼对小半径曲线钢轨磨耗型波磨影响的有限元研究

基于Brockley轮轨系统的摩擦自激振动引起钢轨的磨耗型波磨的理论,本文建立了车辆稳态通过小半径曲线时由轮对－钢轨－轨枕弹簧组成的系统有限元弹性振动模型,在模型中假设轮轨蠕滑力饱和且等于法向力与摩擦系数的乘积,应用有限元软件ABAQUS分析该模型的运动稳定性。计算结果显示,当摩擦系数μ>0.28时,轮轨系统在饱和蠕滑力作用下存在很强的自激振动趋势。这种自激振动可能是引起小半径曲线线路上内轨短波波磨的原因。研究了轨枕支撑弹簧刚度和阻尼对钢轨波磨的影响,发现较软的轨枕支撑弹簧刚度和合适的轨枕支撑阻尼可以抑制曲线线路上内轨的短波波磨。研究也发现,把离散轨枕弹簧支撑改为连续弹簧支撑,仍然不能完全消除这种磨耗型钢轨波磨。