轻轨线路曲线半径对车轮磨耗的影响

为分析线路曲线半径对轻轨列车车轮磨耗的影响,以长春市轻轨3号线70％低地板轻轨列车车轮为研究对象,建立独立旋转轮对的轻轨车辆-轨道耦合动力学计算模型、轮轨接触模型和Archard材料磨耗模型,对轻轨列车车轮磨耗进行仿真分析.计算结果表明:轻轨列车通过半径为50 m的曲线时,圆曲线上的车轮磨耗比缓和曲线更严重,整体轮对比独立轮对磨耗更严重;曲线半径大于150 m时,内、外侧车轮磨耗随着曲线半径增大而减小,并且在曲线半径相同的条件下,独立轮对各车轮磨耗量均比整体轮对各车轮磨耗量约大2 ～3 mm;随着列车行驶里程的增加,车轮磨耗率有先增大后减小的变化趋势,即可以将车轮磨耗分为快速磨耗和稳定磨耗2个阶段.轻轨车辆外侧车轮的磨耗率大于内侧车轮,说明车轮磨耗主要发生在外侧车轮.     

基于AutoLISP的有轨起重机非圆轨道动态仿真

为方便有轨起重机轨道修正方案的可行性验证,基于AutoLISP对修正轨道进行仿真。仿真模型使内侧车轮与内侧轨道完全重合,利用几何关系绘制外侧车轮轨迹。外侧车轮与外侧轨道的偏移量小于2倍轮轨中心距,说明小车可以顺利通过修正轨道,否则会出现卡轨。某型号起重机实际参数验证本文方法的可行性。     

车轮与高速道岔翼轨的接触分析

为合理设计道岔,更好地匹配轮对和道岔型面,用有限元法求解车轮与高速道岔翼轨的接触问题.建立4种不同型面车轮与高速道岔翼轨接触的有限元模型,分析车轮通过高速道岔翼轨的轮岔接触斑和等效应力的变化规律,计算结果表明:机车车轮与翼轨的接触斑位于翼轨轨顸外侧,动车车轮与翼轨接触的接触斑位置在翼轨轨顶中部;磨耗后JM3型面车轮与翼轨接触时,容易出现应力集中,尤其是在距离心轨尖端50 cm位置处;磨耗后JM3型面车轮与翼轨接触产生的等效应力最大.     

分数阶PID扭矩控制在边驱耦合轻轨车辆的应用研究

边驱耦合独立轮对(Independently rotating wheelset,IRW)技术是100%低地板轻轨车(Low floor tram,LFT)的关键技术之一,边驱电机的扭矩控制策略直接影响轻轨车的动力学性能.本文基于5自由度独立轮对的轨行机理,搭建了考虑边驱传动系统的单节轻轨车动力学模型.应用了一种分数阶PID(Fractional order PID,FOPID)扭矩控制策略,优化了车辆的曲线通过性能.采用Riemann-Liouville(RL)分数阶微积分理论及Oustaloup滤波器数值逼近法构成FOPID控制器,通过寻优运算对FOPID参数进行整定,在Simulink平台下建立了整车的集成控制系统.通过扭矩控制器与整车动力学模型s函数联合仿真的方式,开展了100%低地板轻轨车辆的直线与曲线运行特性研究,并将计算结果与无控制的独立轮对模型、传统轮对模型进行了对比分析.研究结果表明,在直线运行下,FOPID控制下的轻轨车能够提高车辆的稳定性,受控轮对的抗轨道不平顺激扰能力较强.在大半径曲线下,无控制的独立轮对曲线通过性较差,而受分数阶PID控制的独立轮对能够表现出与传统轮对一样优异的曲线通过性能;在小半径曲线下,分数阶PID扭矩控制策略能够使轻轨车获得足够的导向力,曲线通过性能明显优于其他模型.     

基于梯度提升决策树的车轮轮缘厚度磨耗预测

轮对在列车走行过程中起着导向、承受以及传递载荷的作用，其踏面及轮缘磨耗对地铁列车运行安全性和钢轨的寿命都将产生重要影响。根据地铁列车车轮磨耗机理，分析车轮尺寸数据特点，针对轮缘厚度这一型面参数，基于梯度提升决策树算法构建轮缘厚度磨耗预测模型。在该模型的基础上，任意选取某轮对数据进行验证分析，结果表明：基于梯度提升决策树的轮对磨耗预测模型具有较好的预测精度，可预测出1~6个月的轮缘厚度变化趋势范围，预测时间范围较长，可为地铁维保部门对轮对的维修方式由状态修转为预防修提供指导性建议。     

空气弹簧在100%低地板轻轨车上应用可行性分析*

基于多体动力学仿真软件SIMPACK,对某型采用纵向耦合边驱电机转向架的100%低地板轻轨车三模块编组建模,在MATLAB/Simulink中对其中央悬挂部件空气弹簧的主气室、节流孔、附加气室建模.对100%低地板轻轨车运行工况进行设定,通过联合仿真的方式对空气弹簧在100%低地板轻轨车上应用可行性进行分析,得到:1)空气弹簧应用到100%低地板车上后,车辆蛇行失稳临界速度为149km/h,大于设计时速,车辆有较好的运行稳定性.2)车辆运行时,平稳性及最大加速度指标均小于2.5,车辆有较好的运行平稳性.3)车辆通过小半径曲线时,轮重减载率、脱轨系数、轮轴横向力、轮轨横向力指标均小于评判标准限值,车辆有较好的曲线通过能力.4)空气弹簧在通过工况设定的小半径曲线时,各项性能指标均符合该型空气弹簧技术标准,空气弹簧在100%低地板轻轨车上应用可行.     

基于LMM和NARNN的车轮踏面退化状态预测

作为列车的关键走行部件,车轮的退化状态对列车的安全具有重要影响。以车轮踏面磨耗量为研究对象,将历史车轮踏面磨耗数据作为输入,分别采用线性混合模型(LMM)和非线性自回归神经网络(NARNN)对车轮踏面磨耗进行建模。首先,对比不同随机效应的LMM,选择随机系数相关的LMM,进而预测车轮踏面磨耗量;其次,使用随机搜索算法优化NARNN中的参数。结果显示,基于LMM的踏面磨耗值的预测精度更高。     

轴箱内置与外置直线电机地铁车辆曲线通过性能对比

为比较轴箱内置与外置直线电机地铁车辆的曲线通过性能,建立直线电机地铁车辆-无砟轨道耦合动力学模型.模型将直线电机定子和转子考虑为Euler梁,将定子与转子之间的垂向电磁力作为气隙的函数,将轨道系统简化为梁-三维实体有限元模型.详细比较轴箱内置与外置直线电机车辆曲线通过时的轮对冲角、轮轨横向力、脱轨因数、运行平稳性和车轮磨耗指数.结果表明:在不同的曲线半径和行车速度以及车轮踏面周向存在非均匀磨耗的状态下,轴箱内置直线电机车辆的曲线通过性能均优于轴箱外置车辆;随着曲线半径增加,轴箱外置直线电机车辆动力学性能迅速减小,而轴箱内置式车辆缓慢减小.     

基于Gocator视觉传感器的轨头参数计算

轮轨间紧密接触使轨头轮廓产生不规则变化,传统钢轨检测方法主要测量钢轨的垂直磨耗和水平磨耗,不能全面反映钢轨横截面的轮廓信息。基于Gocator视觉传感器采集、拼接得到的完整轨头轮廓数据及标准钢轨轨头轮廓曲线解析式,提出计算轨头剩余面积、轨头45°角磨耗和轨头角度参数的计算方法。该方法通过传感器拼接得到的离散点数据,采用优化分段三次的拟合方法进行多项式拟合,依次对多项式积分得到整个轨头剩余面积;通过轨头45°角所在直线与测量轮廓的交点计算其磨耗;通过计算轨头圆弧相交点处切线斜率得到轨头角度。实验数据表明,在钢轨同一截面计算得到的参数误差小,精度高,计算速度快,这些参数的有效测量值为钢轨自动化打磨维护提供指导意义。     

基于 Hough 变换和 Catmull-Rom 样条曲线的 钢轨检测算法

针对现有的钢轨检测算法中对于钢轨识别准确性不高的问题,提出一种基于 Hough 变换和 Catmull-Rom 样条曲线的钢轨检测算法。首先对图像进行降噪预处理,利用 Canny 边缘 检测算法进行边缘检测,然后利用 Hough 变换检测直轨,根据直轨消失点确定轨道模型,最后 针对弯轨利用等分窗口搜索弯轨特征点,对选取的特征点进行 Catmull-Rom 样条曲线拟合弯轨。 实验表明,该算法不仅能够准确拟合钢轨曲线,而且具有较好的准确性和鲁棒性。     

柔性轮对结构振动对车辆动力学性能的影响

为研究轮对柔性对车辆动力学的影响,建立高速列车轮对的有限元模型,对轮对进行自由模态分析.通过模态综合法获取柔性轮对模态信息,应用多体系统动力学理论建立柔性轮对-刚性轨道接触力学模型;建立包含高速旋转柔性轮对的车辆-轨道耦合动力学模型,研究高速列车在直线和曲线通过时轮对结构振动对车辆动力学性能的影响.结果表明:轮对的结构振动对轮轨接触点位置、蠕滑率、蠕滑力和脱轨因数等均产生较明显的影响,但是对轮重减载率影响较小,因此应采用更加精确的柔性轮轨耦合模型研究轮轨相互作用、轮轨滚动接触疲劳和轮轨噪声等.     

钢轨波磨对地铁车辆动力学响应的影响

建立地铁车辆-轨道耦合动力学模型,将钢轨视为弹性离散点支撑的无限长Timoshenko梁,将实测钢轨短波波磨不平顺数据作为不平顺激励.通过数值计算得到在科隆蛋扣件线路上不平顺发展过程中车辆动力学响应的变化情况.随着短波波磨不平顺幅值的增大,轮对和转向架的横、垂向加速度以及轮轨横、垂向力均呈增大趋势,且受不平顺程度的影响较大.结果表明钢轨波磨主要影响车辆系统的垂向振动.     

地铁线路扣件刚度对钢轨振动与波磨的影响

为探明整体道床轨道区段波磨发生机理及其对轮轨系统参数的影响规律,建立轮对和整体道床轨道三维有限元模型,分析轮轨共振模态与整体道床钢轨振动特性,探讨钢轨扣件刚度和轮对振动模态对整体道床区段钢轨波磨的影响规律.结果 表明:钢轨扣件刚度主要影响钢轨起跳共振频率,而对钢轨pinned-pinned共振频率影响甚微;较低的扣件刚...     

基于不同线路条件下的车辆动力学性能分析

随着我国在既有线上的线路改造和载运量的不断增加,对线路参数的设计要求也随之提高。应用动力学方法建立车辆-轨道系统动力学模型,研究不同曲线半径和线路激励对车辆动力学性能的影响。研究结果表明：增加曲线半径有利于增加车辆曲线通过安全性,车辆经过曲线线路连接处时脱轨概率变大,驶入曲线时的脱轨系数明显高于驶出曲线,重点考虑曲线线路连接位置处的车辆通过速度以及车辆运行状态;适当增加曲线半径可以减少轮轨间磨耗,有效降低磨耗速度;轨道激励变化对车辆临界速度的影响较大,应根据实际运行工况模拟得出最佳临界速度范围。     

铁轨最小曲率半径的图像识别方法

铁路列车运行在小半径路段时,超速行驶会对安全产生极大隐患。通过对车载视频图像的研究,构造铁轨检测模板,利用区域生长、曲线拟合等手段实现了对铁轨曲率的计算,可以自动检测列车前方铁轨最小曲率半径,给驾驶员以预警功能,保证列车安全运行。     

A numerical method for prediction of curved rail wear

Important published papers on rail wear in the past were reviewed. A numerical method was put forward to predict curved rail wear during a railway vehicle curving. The numerical method was discussed in detail. It considered a combination of Kalker’s non-Hertzian rolling contact theory, rail material wear model, the coupling dynamics of the vehicle and track, and the three-dimensional contact geometry analysis of wheel-rail. In its numerical implementation, the dynamical parameters of all the parts of the vehicle and track, such as normal loads and creepages of the wheels and rails, were firstly obtained through the curving dynamics analysis. The wheel-rail contact geometry calculation gave the wheel-rail contact geometry parameters, which were used in the wheel-rail rolling contact calculation with Kalker’s non-Hertzian rolling contact theory modified. The friction work densities on the contact areas of the wheels and rails were obtained in the rolling contact calculation, and were used to predict the rail running surface wears caused by the multiple wheels of the vehicle simultaneously with the rail material wear model. In the rail material wear model, it was assumed that the mass loss of each unit area was proportional to the frictional work density in the contact area. A numerical example was present to verify the present method. The numerical results of the example are reasonable, and indicate that the high rail wear of the curved track caused by the leading wheelset is much more serious than those caused by the other three wheels of the same bogie.