高速铁路列车车轮多边形化对道岔区动力学性能的影响

为表征车轮多边形化对车辆通过道岔的动力学性能的影响,以高速动车组和客运专线12号道岔为研究对象,建立高速车辆-道岔耦合动力学模型。多边形车轮采用简谐波与实测多边形两种形式模拟,综合考虑多边形车轮经过道岔的状态、左右侧车轮分布方式、多边形阶数和幅值等影响因素,计算车轮多边形化车辆通过道岔的动力响应。结果表明,多边形车轮半径偏差变化率最大点经过心轨处的响应最大。随着多边形阶数增加,动力响应呈先增大后减小的趋势,15、16阶时响应达到最大;左右侧车轮多边形同相位分布比反相位分布的响应大。多边形幅值越大,轮轨垂向力和轮对垂向加速度越大,当幅值达到0.20 mm,轮轨垂向力超过安全限值,且幅值超过0.16 mm,响应会明显增强。多边形车轮对车辆通过道岔的平稳性影响较小。     

基于弹性波传播的高速道岔尖轨断轨识别

针对高速道岔尖轨断轨监测问题,开展基于弹性波传播的高速道岔尖轨断轨识别研究. 采用显式有限元方法建立高速道岔弹性波传播特性分析模型,模型中考虑尖轨与基本轨密贴状态、滑床台板支承等约束条件,结合试验对该模型进行验证. 研究不同激励频率、尖轨断轨位置及密贴状态等因素对高速道岔尖轨弹性波传播特性的影响. 研究表明：在健康尖轨中,2 kHz和4 kHz弹性波能量集中,传播信号基本不受基本轨和滑床台等约束条件的影响;在断轨识别中,通过滑床台传播的信号衰减倍数大于10⁹,通过尖/基轨密贴传播的信号对各个频率弹性波的断轨识别均存在显著影响;在密贴状况下,断轨位置与弹性波传播信号存在一定的关联.     

基于POLACH方法的轮轨蠕滑曲线研究

蠕滑曲线对于描绘轮轨相互作用关系是十分重要的,影响车辆牵引/制动控制、运行平稳性和安全性。选用POLACH基于实测数据提出的接触方法,详细调查影响轮轨蠕滑曲线变化的因素,参变量涵括衰减因子、函数型摩擦因数、轮轨接触几何、轴重和车辆运行速度。研究发现衰减因子可表征轮轨接触界面粗糙度,用以描述蠕滑曲线初始斜率的衰减;函数型摩擦因数则可描述蠕滑曲线在大蠕滑区下降的趋势;轨距角与轨顶处的蠕滑曲线存在不可忽略的差异,这便于解释钢轨小半径曲线侧磨现象;在潮湿工况下,黏着系数随速度的提升而降低,但计算所得黏着系数高于文献报道的实测结果。为此,引入一种考虑运行速度和微滑速度的函数型摩擦因数,取得了与实测数据相吻合的结果。     

反复荷载下水泥乳化沥青砂浆力学性能试验

采用电子万能试验机对中国铁路轨道系统（CRTS）Ⅰ型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆（CA砂浆）现场取样试件进行反复荷载试验,试验采用恒应变控制.结果表明：单调加载情况下CA砂浆的极限抗压强度较大,现场取样试件的极限抗压强度较室内试件大;反复荷载会造成CA砂浆损伤不断积累,从而使其承载能力达到极限承载强度后迅速下降.通过试验和参数研究,提出了CRTSⅠ型板式无砟轨道CA砂浆的反复荷载应力应变曲线方程,理论计算结果与试验结果吻合.     

扣件弹性垫层劣化对高速列车-道岔系统动力特性的影响

随着高速铁路运营时长的增加，道岔区扣件弹性垫层会发生劣化，对列车过岔的动力学性能产生不利影响。为研究扣件弹性垫层劣化对高速列车道岔系统动力特性的影响，考虑道岔区钢轨的柔性变形，以高速铁路18号无砟道岔为研究对象，建立车辆-道岔刚柔耦合动力学模型，通过时域和频域分析，研究扣件弹性垫层劣化位置、劣化程度、劣化个数及行车速度对列车道岔系统动力特性的影响。研究结果表明：扣件弹性垫层劣化位置影响较大，其中尖轨顶宽40 mm处为扣件弹性垫层劣化的最不利位置；随劣化程度的增加，车岔系统各动力学指标呈增大趋势，其中垂向指标影响更为显著；扣件弹性垫层劣化个数的增加对尖轨尖端的横向动力学指标产生不利影响，9组扣件连续劣化时横向力较1组扣件弹性垫层劣化时增大21.3%;当车辆以250 km/h速度过岔时，扣件弹性垫层劣化对列车道岔系统动力特性的影响最为显著。轴箱振动加速度对扣件弹性垫层劣化较敏感，可在一定程度上反映扣件弹性垫层的劣化。研究成果可为道岔区刚度优化和养护维修提供一定的理论指导。     

侧向过岔时轮径差对高速车辆动力学性能的影响

轮径差的出现会影响高速车辆通过道岔时的动态性能，尤其是侧向过岔的情况。为进一步揭示其影响规律，本文以高速车辆和18号高速道岔为例，建立车辆—道岔耦合动力学模型，分析不同轮径差下高速车辆以80 km/h侧向过岔时的动力学特性。结果表明，大轮径位于尖轨侧时，等值同相轮径差会减小轮轨横向力和车体横向加速度；大轮径位于基本轨侧时，等值反相轮径差会增大高速车辆侧向过岔时的脱轨系数和轮重减载率。由于实际运营中高速车辆轮径差类型不确定，应尽量避免轮径差超过1 mm,以确保高速车辆侧向过岔时的安全性与平稳性不受影响；尖轨侧车轮轮径大于基本轨侧时车轮磨耗加剧，故应避免此类情况发生，以延长车轮和钢轨的寿命。     

嵌入式轨道超弹性力学属性对轮轨动态作用的影响研究

嵌入式轨道结构内的聚氨酯填充材料具有非常明显的超弹性力学特性，对轨道系统的力学行为及振动噪声有较大影响。为研究填充材料超弹性特性对嵌入式轨道轮轨系统动力特性的影响，以焊接接头不平顺为例，建立了考虑填充材料超弹性本构的嵌入式轨道三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型，分析了焊接接头不平顺对嵌入式轨道轮轨瞬态滚动接触力学行为的影响。结果表明：考虑填充材料超弹性本构的嵌入式轨道模型可以很好的模拟高分子材料受到外力冲击时的能量转换及减振过程。焊接接头不平顺中的短波不平顺波长和波深对轮轨冲击响应的影响十分显著。轮轨冲击载荷随车速的增加而增大，所对应的轮轨动态响应主频频段也会明显上移。钢轨表面接触应力极值出现的位置与焊缝几何形状关系很大，接触斑面积和接触应力的峰值基本出现在焊缝的低塌处。聚氨酯填充材料在对于较低频率(400 Hz以下)的振动的抑制作用不明显，对500～2 000 Hz的高频振动具有良好的抑制作用，嵌入式轨道的减振特性表现出一定的频率相关性。