高速列车轮轨噪声的降低途径

列车速度是影响轮轨噪声大小的主要因素之一，由于轮轨噪声对车速的依赖性，其声级将随着列车不断高速化会愈来愈大，目前已有许多文献对轮轨噪声进行研究并提出了一些措施，轮轨噪声有所降低，但仍然是列车的主要噪声源。本文通过轮轨噪声的理论分析和实验数据分析，查明轮轨噪声主要来源于钢轨振动产生的辐射噪声，因此，设法减小钢轨的振动是降低轮轨噪声的最有效途径。     

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.     

基于电磁作用增加轮轨黏着力的仿真研究

针对列车牵引和制动时黏着力不足的问题,基于电磁作用原理提出一种安装在转向架上的新型电磁增黏装置。围绕高速旋转车轮,设置电磁线圈,建立电磁增黏装置基本结构模型,在车轮与钢轨之间形成电磁场,分析轮轨之间电磁作用力随列车速度的变化规律,以及电磁吸力对轮轨黏着力的影响。通过调整线圈高度和厚度比例及围绕车轮上下空间的布置,强化轮轨接触附近的磁场强度和磁力线分布,设计电磁增黏装置导磁外壳形式和气隙控制磁路的导向及作用范围,同时考虑车辆限界及安装条件,优化性能和结构参数。仿真结果表明,电磁增黏装置可以明显提高各个速度阶段轮轨之间垂向压力,增加轮轨黏着力;同时,通过调节两侧车轮压力,可提高列车运行平稳性。     

基于格林函数的轮轨缺陷对轮轨垂向动态相互作用的研究

在轮轨垂向耦合振动模型中,把钢轨考虑成离散支撑的连续的铁木辛科梁,用一系悬挂和二系悬挂把在钢轨上滚动的车轮、1/4构架质量块和1/8车体质量块连接起来作为简化的车辆模型。为了高效精确地研究不同车轮和钢轨缺陷对轮轨垂向动态相互作用的影响,对钢轨在移动载荷作用下的运动方程进行拉普拉斯变换,用格林函数法求解其在频域上的响应解,再通过反傅里叶变换求得钢轨在时域内的振动响应。考虑不同工况下车轮的扁疤、多边形化缺陷和钢轨的波磨缺陷,用非线性赫兹接触理论和数值迭代方法计算轮轨垂向冲击力。结果表明:应用格林函数法可以高效准确地求解轮轨垂向动态响应,为在高频范围内研究轮轨作用提供了理论基础。     

高速列车车外噪声预测建模与声源贡献量分析

为研究高速列车车身表面各区域声源对列车车外噪声的贡献量,基于车外声源识别和几何声学理论,建立高速列车车外噪声仿真预测模型,并通过ISO标准测点处现场测试结果对其进行校核。利用车外声源识别结果对车身表面处各区域声源声功率贡献量进行量化排序,再借助车外噪声预测模型计算分析各区域声源对车外通过噪声的贡献量及车外通过噪声对关键区域声源强度变化的灵敏度。研究结果表明:当高速列车以300 km/h速度运行时,不同区域声源声功率贡献量及其对车外通过噪声贡献量差异较大,其中轮轨区域声源对总声功率贡献量和对车外通过噪声的贡献量分别为39.1%和37.6%,对列车车外噪声起到主导作用;其次为车体下部区域声源,贡献量分别为25.7%和34.1%。高速列车车外通过噪声对轮轨区域声源和车体下部区域声源变化的灵敏度分别为0.39和0.35,即每降低轮轨区域噪声1 dB,可以有效降低车外通过噪声0.39 dB。     

地铁引起环境振动的振源加速度

分析计算了列车运行引起环境振动的振源,即轨道作用于道床的振动加速度机制.建立了轮-轨-道床计算分析模型,将钢轨视为Winkler地基上无限长梁,建立并求解该梁的动力方程,得到列车移动静力产生的轨道振动加速度;根据Hertz接触理论,求得轮轨动接触力,利用Green函数模拟轨道因轨道不平顺和轮轨动接触力作用产生的变形,进而求得轨道不平顺和轮轨动接触力引起的轨道振动加速度;叠加上述两种加速度,即得列车引起环境振动的振源振动加速度;最后将理论计算结果和实测结果进行比较,吻合较好.     

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.     

光纤光栅在轮轨作用力监测中的应用研究

轮轨相互作用力的长期监测对保障列车的安全运营具有重大意义,而传统的轮轨作用力检测手段,如车载检测及地面测试等,均难以满足长期实时监测的需要.为此,提出了一种基于光纤光栅的轮轨力长期监测方法,通过在钢轨跨中断面的3处不同部位粘贴光纤光栅传感器,采集列车通过时的钢轨修正应变,结合现场标定的轮轨力-钢轨应变线性关系,可长期实时获取轮轨相互作用力.布设了室外监测试验平台,对该测试方法进行了试验验证,并于北京地铁14号线构建了轮轨力长期监测示范工点,为线路安全运营提供了指导.监测结果表明,在轨道交通正常运营条件下,光纤光栅传感器可以很好地捕捉轮轨间相互作用力的动态变化趋势,且能够较为准确地反映轮轨力测试幅值.     

车轮型面对轮轨黏滑特性影响

利用非Hertz滚动接触理论和数值程序CONTACT分析了LM,LMA,S1002和XP55四种车轮型面与我国CHN60钢轨匹配时的轮轨黏滑特性.数值结果表明:四种车轮型面与CHN60钢轨匹配时的轮轨接触斑黏滑特性明显不同,车轮型面对轮轨接触斑面积、黏滑区分布、轮轨摩擦功等有较大影响;LM型面与CHN60匹配时的蠕滑区面积和轮轨摩擦功较大,且接触斑更容易达到饱和状态;LMA型面与CHN60匹配时的黏滑特性较佳,其接触斑面积、黏着区面积较大;S1002型面与CHN60匹配时的黏滑特性较XP55型面要好.     

基于轮轨作用关系的钢轨养护研究

本文基于轮轨作用有限元示意图,利用ANSYS大型有限元分析软件计算轮轨接触应力,并得出钢轨的疲劳伤损和磨耗伤损的主要表现,并在此基础上提出了钢轨的几点养护方法和策略,以期待对我国铁路部门的钢轨保养提供有益的帮助.     

同轴轮径差对机车运行性能的影响

机车同轴左右车轮存在直径不一致的情况,改变了轮轨的接触状态。针对机车同轴轮径差的问题,建立了机车动力学仿真模型和轮轨接触三维弹塑性有限元模型,通过动力学仿真计算和动载荷作用下弹塑性接触计算,分析同轴轮径差对机车运行性能的影响。结果表明：由于同轴轮径差的存在,轮轨间的动载荷发生变化,当内侧车轮直径小于外侧车轮直径时,在一定程度上有利于机车曲线通过,反之则会降低曲线通过性能;与无轮径差相比,同轴轮径差存在时,车轮与钢轨接触位置发生改变,等效应力增大,导致磨耗增加,降低车轮和钢轨的使用寿命。     

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.     

基于轮轨接触特征的转辙器区钢轨廓形设计

针对道岔转辙器区钢轨容易出现伤损及寿命短等问题,根据轮轨接触理论,提出了以滚动圆半径差函数和轮轨间接触点均匀分布为主要的设计目标,以轮轨接触点的位置为边界条件,利用欧拉积分方法求解微分方程,从而获得钢轨打磨的目标廓形的方法,并编制了相应的计算程序,进行了实例验证.结果表明,优化后的钢轨与车轮有更合理的匹配性,改善了车辆通过道岔时的动力学性能,减小了轮轨间的接触应力,使得接触分布和磨耗更加均匀,从而能延长钢轨使用寿命.     

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。     

轮轨接触弹塑性应力应变分析

利用ANSYS有限元分析软件对轮轨接触进行了弹塑性静力分析,模拟了轮轨真实的几何形状和边界条件,分别研究了轴重、枕木支撑位置对接触应力的影响,并对各种参数的变化规律进行了分析,得出了轮轨间接触应力及塑性应变的分布规律。     

弹性车轮在城市轨道交通车辆中的发展与运用

城市轨道交通作为一种快捷、舒适、节能、环保、安全的交通工具已越来越受到人们的青睐,但由于车辆运行时产生的噪声及振动也使城市轨道交通车辆面临严峻的挑战。目前,针对弹性车轮的研究也在不断发展深入,通过对弹性车轮的发展背景与结构分类的论述,介绍了弹性车轮在轻轨车辆上的主要优点,并详细论述了弹性车轮在降噪减振、有限元强度分析、车辆动力学以及轮轨磨耗方面的研究现状。以国内外低地板轻轨车辆为例,介绍了弹性车轮在城市轨道交通中的发展及运用,并论述了弹性车轮在中国轻轨车辆上的运用前景以及弹性车轮今后的研究方向。     

主动消声技术在地铁噪声控制中的应用研究

分析了铁轮运行过程中噪声构成及产生机理,并根据噪声频谱特性分析结果,运行在60～120 km/h的城市轨道交通中对车厢影响最大的噪声源为轮轨噪声,虽然噪声频带较宽,且频谱随车速、工况等变化较大,但可针对其噪声来源可在噪声控制过程中进行预测.基于PAT(phase auto-track)算法设计了地铁噪声主动控制系统,可将地铁运行特殊环境简化为管道系统,并通过MATLAB平台进行了噪声的主动消除模拟仿真.仿真结果表明,经过一定调整周期后,系统能获得明显降噪效果.     

城市轨道交通车辆弹性车轮的开发研究

通过整体车轮和弹性车轮与轨道垂向耦合动力学仿真和振动模态及声学特性分析 ,对弹性车轮减振降噪机理进行了研究 .对研制的承剪型弹性车轮与整体车轮的声学特性进行了试验比较 ,结果证实了该弹性车轮在降低轮轨振动噪声方面显示的优良性能