1∶5铁道车辆滚动实验台的教学实验开发

在1∶5铁道车辆滚动实验台上开发了一系列教学实验。蛇形运动教学实验:测量转向架横向位移的时域波形,分析出蛇形频率和运行速度的关系,计算车辆踏面等效斜率以及临界速度;轮轨力的测量实验:提出轮轨力连续测量的实验方案,测出轮轨横向力和垂向力;车体振型测量实验:采集车体振动信息,辨识出车体的5个振型及其对应的频率;车辆故障检测实验:测量踏面模拟故障状态的加速度,给出踏面故障的频率规律。     

基于轮轴应变的轮轨力测量方法

以高速动车车轮轮轴作为有限元建模的模型,在一定的条件下进行测量。以有限元分析作为基础通过数据分析与处理,以车辆轮轴垂向力作为离散变量分析得到其与横向力及应变的关系;再通过横向应变测算横向力和垂向力。通过基于STM32和PS081芯片的数据采集板得到应变数据,得到实际轮对轮轨接触力。     

1∶5铁道车辆滚动实验台的教学实验开发

在1∶5铁道车辆滚动实验台上开发了一系列教学实验。蛇形运动教学实验:测量转向架横向位移的时域波形,分析出蛇形频率和运行速度的关系,计算车辆踏面等效斜率以及临界速度;轮轨力的测量实验:提出轮轨力连续测量的实验方案,测出轮轨横向力和垂向力;车体振型测量实验:采集车体振动信息,辨识出车体的5个振型及其对应的频率;车辆故障检测实验:测量踏面模拟故障状态的加速度,给出踏面故障的频率规律。     

地铁车轮凹陷磨耗对踏面接触应力的影响

针对地铁列车运营后出现的车轮踏面滚动接触疲劳现象,利用有限元软件ABAQUS建立考虑轮轨真实几何关系的三维弹塑性轮轨接触数值仿真模型,结合现场调查车轮磨耗结果和轮轨接触几何关系分析,计算分析车轮不同凹陷磨耗状态对踏面材料应力应变状态的影响。研究结果表明:车轮踏面主要凹陷磨耗区域为车轮踏面横向位置-30～50 mm处,轮轨接触几何关系呈强非线性特性,其轮轨接触点位置集中在车轮踏面横向位置20～32 mm或-32～-20 mm。车轮不同凹陷磨耗状态下的轮轨接触状态差异显著,在磨耗突变区(-30～-20 mm)轮轨接触斑呈狭长椭圆分布,导致相同载荷下轮轨接触应力较大。当轮对向外轨横移时,车轮凹陷磨耗接触区域材料易进入屈服状态,此时车轮踏面沿接触斑深度方向0～3.6 mm范围内Von-Mises等效应力最大,踏面表层材料等效塑性应变最大。车轮踏面出现凹陷磨耗后,车辆频繁地通过小半径曲线时易在磨耗突变区造成较高的等效应力和等效塑性应变,从而导致轮缘根部表面材料产生剥离损伤。     

轨底坡对运营地铁轮轨接触特性的影响分析

为研究不同轨底坡条件下实际运营地铁列车的轮轨接触特性,采用轮轨接触空间迹线方法计算分析了轨底坡对轮轨接触几何参数的影响,并建立某地铁B型车辆动力学模型,详细分析了不同线路条件下轨底坡对车辆动力学性能的影响规律.研究表明:LMCHN60轮轨匹配条件下,轨底坡在1/45～1/20范围内轮轨接触点分布连续,特别是直线段在轨底坡为1/20、曲线段在轨底坡为1/40时轮轨匹配性能良好;运营条件下车轮踏面凹磨造成等效锥度过大,轮轨接触点分布不连续,易造成异常晃车;曲线地段车轮踏面凹磨限制了轮对横向运动,导致轮对对中困难,轮轨接触匹配不良,易造成轮轨滚动接触疲劳.     

车轮扁疤伤损对高速列车轮对动力学性能影响

车轮扁疤是铁道车辆车轮踏面的缺陷形式之一,对轮轨动力和运用安全有明显的影响.本文建立了弹性车辆系统动力学模型,且将车轮扁疤伤损考虑为车轮轮径变化.利用数值仿真,研究了车轮扁疤伤损对高速列车轮轨冲击力、轮对振动及轮轨接触性能等的影响,并结合列车运行安全性指标得到了不同速度等级下车轮扁疤长度安全限值.结果表明,弹性车辆系统模型可以准确体现轮对旋转运动特征.车轮扁疤伤损对轮轨系统垂向和横向均产生冲击作用,对轮轨系统垂向冲击作用尤为明显,将显著增大轮对旋转振动频率及其倍频对应的振动能量,且会激起轮对中高频弹性共振.车轮出现40mm扁疤时,随着车轮旋转运动,轮轨接触点向轮背侧出现周期性横移,轮轨接触斑面积最大可达142mm2,轮轨纵向和横向蠕滑率分别增大4%和16%.轮轨力、轮对振动加速度及轮轨磨耗指数均会随车轮扁疤长度的增加而增大.当列车运行速度在300km/h及以下时,车轮扁疤长度需限制在30mm;当列车运行速度达到350km/h时,车轮扁疤长度需限定在25mm.     

列车脱轨案件司法判定中受瞬间横向外力时列车轮对横向受力分析

车轮沿钢轨纵向滚动是列车的主运动方式。受横向力是列车脱轨的主要原因。列车的众多车轮构成轮群,轮群运动及在轨道上的轮轨受力关系非常复杂,在每一个瞬间,每一节机车和车辆、每一个转向架、每一个轮对、每一个车轮的轮轨受力都会有细节上的不同。作理想假定,化繁为简,研究瞬间横向外力对轮对运动的影响,对于判断违法行为人实施的行为给列车行车安全可能造成的危害及影响,依据我国《刑法》第116条、第117条规定确定其行为的罪与非罪性质等均具有重要参考价值。     

基于ANSYS/LS-DYNA的车轮椭圆化对轮轨滚动接触的影响

运用Proe、Hypermesh建立了二维轮轨接触有限元模型,通过动力分析有限元程序AN-SYS/LS-DYNA,采用隐式显式分析方法计算了车轮椭圆化情况下的轮轨滚动接触.仿真结果分析表明:当椭圆化车轮长轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最小,当椭圆化车轮短轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最大,这样将导致车轮的椭圆化加剧,进而轮轨垂向接触力也增大,周而复始,会造成对车轮和轨道的破坏.轮轨垂向接触力随着车轮椭圆化的加剧和车速的提高而增大,且椭圆化波深比速度的影响更为显著.行驶路程相同的情况下,椭圆化车轮的车轴垂向加速度比新轮的要大,而且随着车速的提高,车轴垂向加速度也随之增大.车速300 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1.25 mm,350 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1 mm,超过上述限度时,需对轮对进行镟修.     

轮轨型面对车辆曲线通过性及磨耗影响

对比初始与实测轮轨型面对上海地铁A型车的曲线通过性能的影响,并分析不同的轮轨型面匹配对轮轨磨耗、钢轨波浪形磨耗、接触疲劳的影响.结果表明4种不同的轮轨匹配下,车辆的曲线通过性能都能满足车辆动力学性能要求,但新车轮运行在已磨损的轨面上时,曲线通过性能略差,其轮轨横向力和脱轨系数偏高.初始轮轨匹配在过小半径曲线时其外轮轨具有较大的自旋功,且内外轮轨上高的纵向蠕滑率将导致车轮产生粘滑振动,易形成波磨,经过滚动接触疲劳分析,磨损后的车轮踏面易对小半径曲线外轨造成表面接触疲劳破坏.     

高速铁路无砟轨道区段轮轨滚动噪声特性分析

为了预测与控制高速铁路无砟轨道区段轮轨表面粗糙度激扰的轮轨滚动噪声,应用车辆-轨道耦合动力学理论和声辐射理论建立了轮轨滚动噪声预测模型,计算分析了无砟轨道结构对轮轨滚动噪声的影响,研究了高速车辆运行于无砟轨道时产生的轮轨滚动噪声的特性,研究结果表明,①在无砟轨道路基区段高速列车运行产生的轮轨滚动噪声中,钢轨辐射的主要是500~2 000Hz的中、高频噪声,车轮辐射的主要是1 600~4 000Hz的高频噪声,轨道板或道床板辐射的主要是125~500Hz频段的噪声;②随着车速增加,轮轨噪声辐射的最大声级相应增加;③轮轨路旁瞬时声压级以钢轨最大,轨道板最小,车轮处于两者之间;④在距线路中心线5~50m范围内,随着水平距离加倍,高速列车轮轨噪声辐射声级相应地衰减3~6dB.     

道岔区轮轨间隙动态变化特性研究

轮轨间隙对车辆顺利通过道岔具有十分重要的作用．在车辆-道岔系统动力学模型基础上,利用道岔区钢轨空间布置和轮轨接触几何关系,分析了护轨对轮轨间隙的限制作用和对轮对冲击心轨的防护机理,研究了道岔区轮轨间隙动态变化特性,轮轨间隙与轮对横移量、轮轨横向冲击力、轮轨接触角之间的关系,以及轮轨间隙变化对车辆过岔运行安全性和道岔系统稳定性的影响特性．结果表明,轮轨间隙不仅与轨距和钢轨动态横移量有关,而且与轮对横移量密切相关,且当间隙过小时轮轨间将发生横向冲击振动;设置护轨有利于防止轮对冲击心轨,并使得轮对能够顺利通过岔心;另外,为使车辆能够顺利通过道岔,在允许的情况下可以适当增大转辙区轨距,但心轨区轨距最好保持标准值．     

机车车辆轮轨接触问题的数值模拟

按照机车、车辆车轮与标准轨道的实际几何关系建立了三维有限元模型，并采用有限元参数二次规划法求解轮轨弹塑性接触问题．通过弹塑性接触计算，得到了大量的轮轨接触力、接触状态和轮轨应力的数据，根据计算结果分析比较了机车轮轨接触和车辆轮轨接触的区别，对轮缘贴靠钢轨形成两点接触时的接触情况进行了初步分析.     

基于试验验证的磨耗型钢轨波磨形成机理

对磨耗型钢轨微观接触斑范围内的波磨产生机理进行了研究,提出了钢轨波浪型磨耗的微观波长锁定扩展机制,分析了波磨在此机制的作用下的形成机理.设计研制了小比例的双模拟轮滚动试验台对此波磨形成机制理论进行试验验证并进行了相应的线路试验,试验台可测出不同载荷作用情况下的横向蠕滑力,试验验证了不同正压力下的蠕滑力-蠕滑率变化规律,结合线路试验的波磨区段黏滑振动特征,验证了理论分析的波磨微观形成机理,所验证的形成机理理论可用于解释实际工程中的多种波磨现象.     

车轮多边形对车辆振动及轮轨力的影响

针对国内车轮多边形现象日益突出,应用ANSYS和SIMPACK软件建立考虑轮对柔性的车辆刚柔耦合系统动力学模型,研究车轮多边形对车辆振动及轮轨力的影响并提出不同阶次的车轮多边形限值.研究表明:轮轨垂向力波动随车轮多边形幅值的增大而增大,但不随多边形阶次的增加而线性增大;轮对弯曲振动频率会与轮对的侧滚与转臂的点头频率相耦合,如果由车轮多边形产生的振动频率在该频率范围内,将会产生共振;根据轮轨力上限值170kN提出300km/h速度下1~20阶车轮多边形波深限值,特别是11阶车轮多边形的波深不宜超过0.07mm.     

基于梁轨相互作用的铁路桥梁徐变上拱限值

为研究铁路桥梁徐变上拱对于梁轨相互作用的影响,分别建立了三跨连续梁桥及简支梁桥的梁轨相互作用有限元模型,分析了徐变上拱对桥上无缝线路的钢轨附加应力、扣件上拔力、扣件剪切力以及列车走行性的影响.结果表明:徐变上拱值主要影响扣件上拔力和行车舒适度,而对钢轨附加应力的影响可以忽略;徐变拱跨比相同的梁桥所导致的钢轨应力、扣件上拔力及扣件剪切力峰值基本一致;对于该研究的主跨125 m的连续梁桥和跨径30 m的简支梁桥而言,徐变拱跨比的建议限值分别为1/2 500和1/2 000.     

动车组运营下轨道参数对小半径曲线钢轨侧磨影响研究

为减缓动车组运营下小半径曲线外股钢轨侧磨,延长钢轨使用寿命,利用SIMPACK软件建立了小半径曲线轮轨磨耗仿真模型。仿真分析了超高、轨距、钢轨表面摩擦系数及轨底坡对动车组通过时小半径曲线外轨所受横向力、导向轮冲角及轮轨磨耗指数的影响规律。研究结果表明:钢轨表面摩擦系数及轨底坡对小半径曲线外轨侧磨影响较大,适当降低钢轨表面摩擦系数可以较大程度上降低曲线外轨所受横向力及磨耗指数;调整外轨轨底坡至1∶20,内轨轨底坡至0,对曲线外轨所受横向力及导向轮冲角影响较小;但对轮轨磨耗指数影响较大,有利于减小曲线外轨侧磨。根据研究结果,针对某动车所小半径曲线制定了减磨方法;并对改造后曲线进行了轮轨力测试和钢轨廓形测试。测试结果表明,减磨方法效果明显,可延长曲线外轨服役寿命3倍以上。     

多线铁路拱加劲连续梁桥上无缝线路梁格模型

以新建铁路成都至兰州线上某(36+112+36)m双线拱加劲连续梁桥为背景,采用理想弹塑性道床阻力模型,建立轨-梁-墩一体化的传统平面模型和空间梁格模型,对比分析2种计算模型中拱加劲连续梁桥上钢轨纵向附加力的分布规律.研究表明:梁格模型与平面模型计算所得的线路纵向力变化规律基本一致,但平面模型的计算结果偏于保守;平面模型无法准确反映不对称加载时多线轨道的空间受力特性;对于大跨度多线铁路桥而言,宜采用空间梁格模型对其上无缝线路进行检算.     

应变片外观缺陷检测方法

应变片是用于测量应变的关键元件,在实际中应用广泛,其外观缺陷检测在工业生产中具有重要意义。本文针对应变片图像缺陷检测存在的难点和人工目视检测应变片外观缺陷存在的成本高、检测结果不稳定、效率低等问题,提出了一种自动检测应变片外观缺陷的方法。其中提出了方向canny边缘检测算法,在准确检测出应变片图像边缘的同时,有效解决了传统canny边缘检测算法的耗时问题；针对应变片图像灰度分布不均、光照剧烈变化等情况,提出了动态阈值法来分割丝栅区和焊接区。首先,对应变片图像采用双边滤波进行预处理,在去除噪声干扰的同时保留边缘信息；然后,根据方向canny算子分割出感兴趣区域；其次,根据动态阈值法分割出丝栅区和焊接区；最后,采用形态学操作的方法,检测应变片存在的缺陷。实验结果表明,本文所提检测方法能够准确有效的检测出应变片外观缺陷,算法稳定性高,满足实时性要求；同时系统人工干预少,检测效率高,能实现自动检测。     

浮桥通载时吃水变化对锚纲张力和浮桥临界流速的影响

为了分析通载浮桥吃水改变和水阻力增加而导致锚纲张力改变的规律,以及锚纲张力引起桥脚舟绕浮心艏倾后降低浮桥动水稳定性的现象.利用经验公式计算了浮桥通载时吃水改变量对锚纲张力的影响,并采用等效偏心距方法计算了浮桥考虑艏倾时的临界流速.得出浮桥通载后吃水增加和水阻力增加将使锚纲张力大幅增加而浮桥临界流速略有降低的结论.同时,提出了浮桥在大流速下安全使用的若干措施.     

普速铁路直线钢轨轨距角接触问题分析及治理

基于现场观测和相关动力学仿真分析结果对普速铁路直线钢轨轨距角接触问题进行了分析.基于个性化钢轨廓形打磨技术提出了解决方案,并对实施效果进行了跟踪观测.结果表明,左右车轮非对称磨耗引起的横移量和受力状态、钢轨廓形内侧偏低导致的自对中能力不足分别是车轮和钢轨廓形角度易导致轨距角接触的主要原因.由于普速铁路货车车轮状态不尽理想,因此通过钢轨廓形打磨只能减小接触的概率,较难完全根除.将钢轨廓形与实测车轮的接触位置分布情况预测作为钢轨打磨目标廓形设计结果校核条件之一时可有效优化轮轨接触位置,进而缓解轨距角接触问题.