考虑齿轮传动系统的重载电力机车动力学性能研究

为揭示齿轮传动系统对机车动力学特性的影响,采用多体动力学的方法,建立完整的考虑齿轮传动系统的重载机车空间耦合动力学模型。利用该动力学模型,研究齿轮时变啮合刚度与轨道几何不平顺激励同时作用下的重载机车动力学响应特性;通过与传统未考虑齿轮传动系统的重载机车多体动力学模型进行对比,揭示齿轮传动系统对重载机车动力学性能的影响。最后,利用试验数据验证建立的耦合动力学模型和仿真结果的正确性。研究结果表明:齿轮传动系统对重载机车动力学响应有一定的影响;两种动力学模型计算获得的机车运行过程中轮轨垂向力变化趋势基本一致,但考虑齿轮传动系统的重载机车动力学模型在本文计算条件下获得的轮轨垂向力增大约5 kN;两种动力学模型计算获得的轮轨横向力差异明显,在本文计算条件下比传统重载机车动力学模型增大约6 kN。     

轮轨噪声预测模型研究概况及新进展

综述了目前国内外轮轨噪声的预测研究的概况及新进展。     

高速铁路动车组在线路上适应性设计方法及应用

我国高速铁路轨道结构类型较多,动车组在线路上的适应性问题越来越突出,其相关研究越显重要。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,对高速铁路动车组在线路上适应性设计方法进行了初步探讨,提出了以高速动车组为设计主体的线路适应性设计方法,介绍了该方法在中国标准动车组动力学性能设计工程中的应用情况,以期为我国高速铁路动车组设计提供一种新的思路和参考。     

地铁与建筑物合建中不同固有频率钢弹簧浮置板轨道的适用性分析

以基于车辆-轨道耦合动力理论的地铁-钢弹簧浮置板耦合动力模型为基础,按照钢弹簧底座位置上力相互协调的原则,建立隧道-建筑物-地基二维有限元模型。然后从分析合建结构的自振特性和钢弹簧支反力的频谱特征入手,采用1/3倍频程振级评价法探讨不同固有频率钢弹簧浮置板轨道在不同合建结构形式中的适用性。研究结果表明:①地铁与建筑物合建结构的竖向自由振动20～80Hz的参振质量比例较高,可达50%以上,而4～10Hz竖向参振质量却差异较大,这与结构尺寸和刚度有关;②4～10Hz钢弹簧浮置板都可有效削减合建结构20～80Hz的竖向振动能量,但会放大浮置板固有频率附近的振动能量;③地铁低频振动传播容易在合建结构内引起共振,因此钢弹簧浮置板固有频率应避开合建结构4～10Hz内竖向参振质量较大且较集中的频段。     

横风和轨道不平顺联合作用下的车辆-轨道系统随机分析模型

视横风和轨道随机不平顺激扰下的车辆-轨道系统为随机非线性系统。依据车辆-轨道耦合动力学和随机分析理论,建立了用于横风、轨道随机不平顺联合分析的车辆-轨道系统随机分析模型。其中,横风由平均风和随机脉动风构成,考虑脉动风的空间相关性,采用谐波合成法模拟脉动风速,用Karhunen-Loève展开法把握脉动风的随机特征;采用轨道不平顺概率模型,生成轨道随机不平顺样本序列;通过将横风和轨道不平顺转化为相应的车辆-轨道系统荷载矢量,从而建立用于风-轨道不平顺联合分析的车辆-轨道随机分析模型。计算结果表明:横风对车辆、轨道系统的动力影响均十分显著。在本文给出的计算条件下,当横风标准风速达到15 m/s以上时,会逐步影响车辆的平稳舒适性,而当风速达到25m/s以上,行车安全受到严重威胁;此模型能够用于风环境下的车辆-轨道系统随机分析及可靠度计算。     

基于KCF-Hash-Match目标跟踪算法的高速列车车轮横向晃动识别方法

良好的轮轨接触状态是高速列车安全运行的重要保障,轮轨相对横移量作为判别轮轨接触状态的重要指标,直接决定着车轮是否存在脱轨危险,基于机器视觉的轮轨在线跟踪监测技术可为高速列车轮轨接触点状态识别提供新的思路。测试采用在转向架底部安装摄像机的测试方法,获取列车高速运行时的轮轨接触图像。综合考虑核相关滤波算法跟踪速度快和模板匹配算法跟踪精度高的优点,并融入哈希算法原理。提出一种能够识别高速列车轮轨接触几何状态的核相关滤波-哈希-模板匹配算法(Kernel correlation filtering-Hash-Match,KCF-Hash-Match),用于复杂运营环境下高速列车车轮横向异常晃动的监测。结果表明,KCF-Hash-Match算法能够解决传统核相关滤波算法在跟踪快速移动目标时存在的误差积累问题,当允许的误差阈值为8个像素点时,准确率达到99.8%;与现场实测数据对比表明,KCF-Hash-Match算法具有较高的跟踪精度,可实现高速列车车轮横向晃动的安全监测。     

铁路货车横向非线性动态行为的理论与试验研究

运用车辆－轨道耦合动力学理论,建立三大件式转向架货车与轨道结构耦合动力学模型,详细考虑货车系统非线性特性,包括轮轨接触非线性、轴箱间隙非线性、楔块干摩擦非线性及转向架抗菱刚度非线性等。以我国广泛运用的转8A转向架货车为例,从理论上分析货车的横向非线性运动稳定性。结果表明,空车蛇行失稳临界速度仅为78 km/h。实车运行试验的结果表明,当该型货车空车以75 km/h速度在直线轨道上运行时,车体表现出剧烈的横向蛇行运动现象,蛇行运动主频为2.69 Hz,蛇行波长为7.745 m。     

车轮踏面凹形磨耗对轮轨相互作用的影响研究

为了研究踏面凹形磨耗车轮的动力学行为,改进Kik-Piotrowski方法提出一种可考虑轮对摇头和轮轨多点接触的非Hertz接触模型,结合车辆—轨道耦合动力学理论计算具有实测踏面凹形磨耗车轮的CRH2高速动车组在钢轨上运行时的轮轨动态相互作用行为。计算结果表明,改进的Kik-Piotrowski方法可以很好地模拟磨耗车轮与钢轨的多点接触和非Hertz接触行为,轮轨法向力、轮轨蠕滑力以及接触斑形状都与CONTACT计算结果比较接近。对于踏面凹形磨耗的车轮,接触区域分布在车轮磨耗边缘的两个孤立位置,当接触斑从一个区域向另一区域转换时存在瞬时的两点接触。由于两点接触的过渡,接触区域在两个位置转换时造成的冲击效应并不明显。与无磨耗车轮的动力学响应对比,该类车轮踏面凹形磨耗对轮轨力的影响从总体上来说不大,对轮轨横向力的影响略大于对轮轨垂向力的影响,磨耗会增加轮轨垂向力和轮轨横向力的高频成分。     

铁路轮轨高频随机振动理论解析

研究了因车轮和钢轨表面粗糙度引起的轮轨系统高频随机振动问题。在建立轮轨高频相互作用物理模型的基础上，分析了轮轨相互作用关系，推导了轮轨系统阻抗特性，讨论了轮轨表面粗糙度谱，并给出了轮轨系统高频随机振动响应谱表达式     

车辆脱轨安全限值的调整与改进建议

针对国家标准GB5599－85评判车辆脱轨所存在的问题，提出采用车轮抬升量作为车轮脱轨的直接判据。运用车辆－轨道耦合学理论，对我国主型货车C62A分别以单轮对－轨道耦合模型和整车－轨道耦合模型为仿真计算对象，研究了脱轨系数超限时间与车轮抬升量的关系。并对国家标准GB5599－85中关于脱轨系数和轮重减载率的规定作了调整和改进，建议将脱轨系数大于目标值1．0的持续作用时间小于0．035s作为车辆脱轨的安全限值。