基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析

为阐明地铁直线轨道上的异常波磨现象,从轮轨滚动接触层面研究钢轨波磨特性。首先,调研实测线路波磨特征,并建立三维轮轨滚动接触有限元模型;然后,分析轮轨黏滑特性以及轮轨接触和钢轨磨耗特征,以期从微观瞬态角度解释钢轨波磨的演化过程;最后,结合系统稳定性分析,从宏观上表征钢轨波磨的发展趋势。研究结果表明,在无波磨工况下,轮轨接触未出现黏滑过程,因而钢轨波磨不会形成;在波磨工况下,轮轨接触出现了轻微的黏滑运动,进而促使初始波磨继续发展。对于轨面接触区域中的固定节点,其所在断面的应力和应变最大值会随着车轮运行逐渐从次表面转移至表面,由于断面损伤易发位置与应力和应变最大值密切相关,因此,损伤易发位置也会在次表面首先形成并逐渐转移至表面,这从微观角度说明波磨断面波峰/波谷的形成是一个由下而上的损伤累积过程;在车轮单次运行后,波磨区域发生了明显的不均匀相对滑移,进一步说明初始波磨仍处在发展过程中;轮轨系统不稳定振型对应频率与实测波磨通过频率相近,表明初始波磨将随着车轮运行逐渐加剧。     

地铁普通扣件钢轨波磨特性

通过分析上海某地铁线路上普通扣件轨道区段钢轨波磨实测数据,得到该区段波磨的典型通过频率.然后建立三维实体有限元模型并进行模态分析,发现实测波磨的典型通过频率均与轨道结构某几阶弯曲振型的频率相接近.最后基于摩擦功理论,建立磨耗计算模型并进行仿真计算,对波磨频率特征及发展特性进行分析研究.结果表明普通扣件轨道低频处峰值较大,而且不同车速下峰值频率基本吻合.结合磨耗叠加图及1/3倍频程等级图,可得相同速度下,随着叠加次数的增加,波磨波峰、波谷叠加位置相同,特征频率相同;不同速度下,波磨的特征频率并未随速度的改变而发生改变,体现了波磨固定位置和固定频率的特性.在车速80km·h~(-1)和60 km·h~(-1)下,波磨在40 Hz、80 Hz频带内发生的可能性较大;而在车速40 km·h~(-1)下,轨道上主要表现为均匀磨耗.同时车速对波磨的增长有一定影响,速度越大,总体磨耗量越大;但磨耗的发展速度并不完全随车速的增大而增大.     

变速工况下基于WSST的地铁钢轨波磨检测

地铁列车由于制动和启动较为频繁会出现钢轨波磨,对列车运行造成安全隐患,有效地检测变速工况下钢轨波磨的产生有助于提升地铁轨道车辆的安全性和运营舒适性。利用多体动力学仿真软件SIMPACK构建地铁车辆动力学分析模型,并将钢轨波磨仿真信号输入轨道,以获得变速工况下的轴箱加速度数据。针对变速工况下波磨产生的非平稳调频信号,采用优化的同步压缩连续小波变换(wavelet synchrosqueezing transform, WSST)的方法对该数据进行时频分析。通过使用钢轨波磨仿真信号进行分析验证,结果表明：所提出的诊断方法可以有效对牵引及制动工况下的钢轨波磨进行诊断,实现故障频率的准确定位,且具有较高的频率分辨率以及抗干扰性能,具有一定的普适应用价值。     

不同土质地段地铁列车振动加速度响应分析

为了比较地铁在不同土质地段运行时对周围环境的影响,选取了4种不同的隧道介质环境(软土、砂土、碎石土和硬质岩石),通过地铁列车-整体式道床耦合动力学模型计算得到轮轨相互作用力,并将其作为外部激励施加到轨道-隧道-土体有限元模型中进行动力学计算,从而分析轨道结构和土体的动力响应﹒研究结果表明：随着地铁隧道介质弹性模量和密度的增大,道床和隧道壁的位移和加速度均逐渐减小;沿隧道顶部垂直至地表面方向,距隧道中心3.35～10 m的位置,软土、砂土、碎石土和硬质岩石地段对应的振动加速度依次减小了79.2%、71.85%、62.98%和26.64%;沿隧道中心线正上方地面位置的横向方向,距隧道中心12.5～26m的位置,软土、砂土、碎石土和硬质岩石的振动加速度依次减小了68.14%、62.96%、49.06%和46.49%;对于不同的隧道介质环境,道床和隧道壁的振动加速度主频均主要集中在40～80 Hz﹒     

基于轮轨黏滑特性的地铁线路波磨趋势分析

针对地铁线路上普遍存在的波磨问题,依据实际运营情况,建立了车辆-轨道刚柔耦合数值模型,借助实测数据验证了模型的有效性.分析了直线和曲线轨道上的轮轨黏滑特性,并利用黏着系数总体离散率衡量了钢轨波磨的发生趋势,同时分析了黏滑振动的相位同步条件.结果表明：当不考虑轨面不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生横向黏滑振动的趋势,但振动强度相对较小;当存在短波不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生纵向黏滑振动的趋势,且振动强度相对较大;当存在长波不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生横向黏滑振动的趋势,但振动强度相对较小.对于直线无不平顺或存在长波不平顺情况,出现波磨或波磨进一步发展的原因与轮轨横向黏着系数达到饱和有关;而对于直线短波不平顺情况,波磨进一步发展的原因则与轮轨纵向黏着系数达到饱和有关.曲线轨道上内外侧轮轨均具有发生黏滑振动的趋势,且短波不平顺的存在会加剧黏滑振动强度.内侧轮轨界面纵横向黏着系数总体离散率大于外侧对应值,表明内轨更容易发生强度较大的黏滑振动,从而促使内轨波磨形成和发展.轨面固定缺陷会导致相同位置处产生同相位的钢轨磨耗,赋予同相位的周期黏滑振动,并沿着钢轨纵向发展,最终形成钢轨波磨.     

考虑轮轨周期性磨耗因素的滚动接触动态特性研究

为探究轮轨周期性磨耗综合作用对轮轨动态相互作用力和接触蠕滑特性的影响,建立柔性轮轨下的车辆-轨道耦合动力学模型,通过现场实测车轮谐波磨耗和钢轨波磨,将轨道不平顺和3种钢轨波磨分别叠加得到3种轨道激励;以车轮谐波磨耗分别与3种轨道激励组合作为轮轨周期性磨耗工况,对比分析低速和高速下3种轮轨周期性磨耗工况作用下的滚动接触动...     

基于工程类比的北京地铁钢轨异常波磨整治方法

为整治北京地铁钢轨的异常波磨,基于工程类比法,从轨道刚度的角度研究钢轨异常波磨的成因及整治措施.以北京地铁4号线钢轨异常波磨为研究对象,工程类比无钢轨异常波磨的北京地铁1号线和2号线,选取具有代表性的典型曲线试验段,采用轨道刚度测试仪对轨道垂向、横向刚度进行了现场测试.结果表明:轨道横向刚度低是导致曲线地段钢轨异常波磨的直接诱因,轨道垂向刚度对钢轨异常波磨的影响不大;适当增加轨道横向刚度使轨道垂横向刚度比小于3,可较好地避免钢轨异常波磨的产生.现场整治试验段表明,提高轨道横向刚度后,钢轨异常波磨得到了较好的控制.     

基于瞬态接触特性的科隆蛋扣件轨道波磨形成机理

为从轮轨瞬态接触黏滑振动角度探究地铁线路上钢轨波磨的形成机理,该文首先根据现场波磨情况建立了三维轮轨滚动接触有限元模型并论证其有效性;然后,分析了车轮运行过程中的接触黏滑状态,并讨论了轮轨接触黏滑特性与波磨生成的关系;最后,研究了轮轨系统固有特性和钢轨纵向磨耗特征。结果表明：凹坑缺陷改变了轮轨滚动接触黏滑分布,导致轮轨界面发生滑移并诱发轮轨系统失稳,且滑移会进一步引起钢轨磨耗,以致最终可能形成波磨。综合轮轨接触黏滑特性和复模态分析的结果,可将钢轨波磨的形成机理归为轨面缺陷激励引发的轮轨系统的固有不稳定振动,且该不稳定振动表现为钢轨相对于轨道板的垂向弯曲振动。当车轮经过凹坑缺陷时,会产生瞬态纵向波动磨耗,且磨耗的特征波长为40～50 mm,这与实测线路上的波磨波长情况相符,从而进一步验证了钢轨波磨的形成机理。     

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.     

地铁曲线波浪型磨耗的机理分析

建立了单轮对的粘滑振动数学模型,考虑了轮对的弹性体模态、轮轨间的蠕滑力—蠕滑率关系在大蠕滑时的负梯度特性、轨道的横向弹性和转向架的一系悬挂特性,分析了多种因素对粘滑振动的影响,研究了波浪型磨耗与粘滑振动之间的关系.通过现场测试获得了与理论分析的一致性.     

钢轨波浪磨耗成因的研究

本文从动力学角度出发,对钢轨产生波浪形磨耗的原因提出一个新的论点:即轮对在钢轨上的潜跳.并导出了潜跳时的冲量、潜跳时的波长及潜跳高度的计算公式.最后提出了防止或减缓钢轨波浪磨耗的措施.     

曲线钢轨波磨打磨方法

在研究地铁波磨成因机理基础上,调研分析了现有打磨手段特点和局限性,提出了一种新型的简易打磨方法,实现了更精准和有效的快速打磨.研制了自动化便携式多轮组打磨装置,在地铁线路上进行了打磨试验,并对地铁线路曲线钢轨波磨区段进行了添乘车厢振动和噪声测试以及波磨数据的精确测量.打磨前后的测试数据和波磨测量数据表明,打磨后的线路车辆车厢振动明显降低,打磨前出现的啸叫声完全消失,噪声明显减弱,表明所研制的打磨机对曲线段的钢轨波磨能进行有效治理,打磨效果和效率优于传统的打磨方法和装置.     

Effect of High-Frequency Vertical Vibration of Track on Formation and Evolution of Corrugations

The effect of high-frequency curved track vibrations in the vertical direction on the formation and development of rail corrugation was analyzed. Kalker‘s non-Hertzian rolling contact theory was modified and used to calculate the frictional work density on the contact area of the wheel and rail in rolling when a wheelset is steadily curving. The material loss unit area was assumed to be proportional to the frictional work density to determine the wear depth of the contact surface of the rail. The combined influences of the corrugation and the coupled dynamics of the railway vehicle and track were taken into consideration in the numerical simulation. For simplicity, the model considered one fourth of freight car without lateral motion,namely, a wheelset and the equivalent one fourth freight car body above it. The Euler beam was used to model the rails with the track structure under the rails replaced with equivalent springs, dumpers, and mass bodies. The numerical results show that the high-frequency track vibration causes formation of the initial corrugation on the smooth contact surface of the rail when a wheelset is steadily curving. The corrugation wave,length depends on the frequencies and the rolling speed of the wheelset. The vibration frequencies also affect the depth and increase the corrugation.     

悬空轨枕对轨道结构动力响应的影响

首先建立了带有悬空轨枕的铁路轨道数学模型,在此基础上推导了车—轨系统运动方程,其中考虑了轮轨非线性接触力引起的非线性问题,然后利用逐步积分法解方程重点分析了悬空轨枕对轨道各个组成部分动力响应的影响,结果表明如果在悬空部分存在轨道不平顺,会引起很大的轨枕加速度和轮轨接触力     

武汉地铁6号线岩溶发育特征及治理方案比选

基于岩溶专项勘察资料,通过数学统计方法分析研究区岩溶发育特征。根据上覆盖土层和基岩之间的组合关系将岩溶地质结构分为两大类,并结合岩溶发育特征提出对应治理方案。运用数值模拟手段研究岩溶塌陷发生时,I类岩溶地质结构治理方案中两种不同类型的隔离桩的受力情况。研究结果表明,研究区岩溶主要发育于基岩面以下15 m范围内,以垂向发育形态为主。绝大部分溶洞高度小于3 m,充填形式以全充填为主。岩溶治理方案由帷幕注浆、区间满铺注浆、隔离桩及溶洞注浆等措施组成,其中B型隔离桩(单排旋喷桩+单排灌注桩)的受力特性优于A型隔离桩(三排旋喷桩),建议优先采用。     

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.