轮轨技术是京沪高速铁路的必然选择 --兼论日、德磁浮系统的现状

自1994年以来,多次专家论证均认为,建轮轨式京沪高速铁路是可行的。1999年有三位院士提出,中国不宜发展轮轨列车,而应大力发展磁悬浮列车。文章介绍了三位院士的基本观点。为什么世界上已有近10个国家和地区已建、在建或计划近期建设轮轨式高速铁路运营线,却至今还没有建设一条磁悬浮的运营线？特别是为什么连有长期试验研究经验的日本、德国国内,对发展磁悬浮系统还有不小的争议呢？笔者以为,要害在于磁浮系统的经济效益太差,技术也不完全成熟,这才是决定的因素;磁浮系统除速度比轮轨式较高之外,无论技术上、经济上,与民航及轮轨式高速铁路相比,几乎没有任何优越之处,因此称之为"技术跨越"难以成立。建议：把磁浮系统应用于高速铁路,只宜做跟踪性、可行性研究,不宜花若干亿去建试验线,关键是要尽快批准轮轨式京沪高速铁路立项上马。     

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.     

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.     

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．     

超级高铁: 时速或将突破4000公里

中国高铁从技术成分和商标上可分为CRH系列和CR系列.其中,CRH系列动车组取名为"和谐号",寓意"建设和谐铁路,打造和谐之旅,构建社会主义和谐社会",CR系列动车组取名"复兴号",寓意"承载着中华民族伟大复兴中国梦".中国高速铁路设计速度每小时250公里(含预留)以上,运营时速为200km/h-350km/h ,最高运营速度350km/h ,截至2019年底居全球首位.另外,中国京沪高速铁路最高实验速度达486.1km/h ,实验室内最高实验速度达605km/h ,说明了高铁的运营速度还有提高的空间.     

复杂运营条件下重载货车车轮磨耗发展的数值预测

建立了复杂运营条件下重载货车车轮磨耗发展的数值预测模型,并编制了计算程序.基于Archard材料磨损理论,在车辆-轨道耦合动力学和轮轨滚动接触分析基础上进行磨耗分布计算;通过多工况仿真并引入权重因子来实现对实际复杂运营条件的模拟;采用自适应步长算法进行车轮型面更新,可有效改善数值模型稳定性和可靠性.基于所建模型对大秦铁路实际运营条件下货车车轮的磨耗发展过程进行预测分析,结果表明:随运行里程增加各车轮磨耗均不断增大,但磨耗发展呈逐渐减缓趋势.各车轮磨耗主要分布在名义滚动圆两侧走行区域,起导向作用的车轮磨耗分布范围更宽.各车轮在靠近轮缘侧的磨耗发展均更快,导向轮对车轮这一特征更为明显.计算结果验证了模型的合理性.     

面向高速列车耦合仿真的三维虚拟高速铁路精细化实体环境建模研究

<正>1研究意义近年来,中国高速铁路发展迅速,但是,从2011年8月起,中国高铁进入全面降速运行,其中包括设计时速350km/h的高铁,按时速300km/h开行。至此,从2008年8月开始运行了将近3年的350km/h高速列车将暂时消失,这对于多条设计速度为350km/h中国高速铁路线路而言,是一种设计与建造浪费。针对"高     

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.     

高铁,时速与安全存在绝对博弈吗?

 2011年6月30日,中国京沪高铁在巨大瞩目下正式开通运营.之前,京沪高铁曾以“世界最快”的豪气将运营时速设定为350公里,但最终却改为了300公里.对此,社会及媒体有多种解读,其中之一是列车时速过高安全性难以保障,但是有铁道专家回应称,这只是出于经济和票价考虑,与安全因素无关.那么,高铁的时速与安全之间存在绝对的对应关系吗?列车的时速是否存在安全极限呢?     

综合分析、整体考虑京沪高速铁路技术制式的选择

北京—上海通道修建高速铁路采用什么技术制式 ,一直是社会普通关注的问题 ,也是科技界和运输产业界多年研究和讨论的问题。最近几年对高速轮轨列车和磁悬浮列车这两种技术制式选择争论颇多、分歧较大 ,很难达到认识上的统一 ,从而也影响到技术方案的选择和建设的决策。应该说 ,对这样一项规模特别宏大、技术最为先进的建设项目 ,从不同的角度出发 ,有不同的认识 ,有激烈的争论 ,也是正常的。在这种讨论的同时 ,在北方修建了秦皇岛—沈阳轮轨客运专线 ,运行速度200公里/小时以上 ;在南方 ,修建了上海浦东机场磁悬浮列车线 ,最高运行速度432…     

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。     

京沪高速铁路制式的抉择

２００１年８月１１日文汇报刊登有关法国新建高速铁路地中海线运营情况———《奇迹没出现 ,麻烦一大堆》（见附文）。上述情况已引起法国广大乘客和沿线居民的不满 ,法国社会各界对此亦深切关注。这桩法国人民对轮轨高速铁路的评价 ,在中国国内一般人是难有机会得知的 ,但这一重要信息对于未来我国京沪高速铁路制式的抉择 ,具有重大参考价值 ,值得深思。本文拟就此展开一些探讨。一、法国高速铁路建设概况以高速轮轨为模式的法国高速铁路自１９８１年巴黎东南线南段投入运营 ,１９８３年全线通车 ,运营时速２７０公里 ;１９９０年大西洋线…     

轮轨滚动接触问题的研究现状

随着高速铁路的不断发展,轮轨滚动接触问题愈加突出,因此,倍受国内外学者的关注。轮轨滚动接触问题涉及的范围较广且较为复杂,并在一定程度上引发轮轨的疲劳损伤和波浪形磨损等破坏形式。基于理论分析和试验研究两个方面,着重对轮轨滚动接触的发展历史和研究现状进行了总结和分析,并综述了轮轨滚动接触疲劳和钢轨波浪形磨损的研究现状。从现有的研究成果来看,轮轨滚动接触理论已相对较为完善,而对于高速铁路轮轨滚动接触疲劳损伤的形成机理研究仍未形成系统的理论体系。     

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.     

磁悬浮列车让你"飞"起来

磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它保留了轨道、道岔和车辆转向架及悬挂系统等许多传统机车车辆的特点，但利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车，因此从根本上克服了传统列车轮轨粘着限制、机械噪声和磨损等问题，时速可达到500公里以上。     

考虑接触斑变形协调关系的轮轨多点接触计算方法

为提高轮轨多点接触简化算法的计算精度，考虑轮轨间多个接触斑法向压缩量的变形协调关系，提出了一种轮轨多点接触改进计算方法.首先，基于轮轨间隙函数的几何特征，采用Kik-Piotrowski方法计算并判定轮轨多点接触.然后，考虑接触斑变形协调关系，建立轮轨法向接触应力-法向压缩量耦合方程组，求解轮轨多点接触法向力.最后，采用典型的两点接触模型检验该方法的合理性，继而分析了该方法应用于实际轮轨接触仿真时的计算精度.结果表明，提出的轮轨多点接触计算方法与Kalker变分方法计算结果吻合良好，最大相对误差仅为7.5%,说明该方法可以显著提升Kik-Piotrowski方法用于轮轨多点接触问题求解时的计算精度.     

中国明年将建成真空管道高铁试验线

正在中国制造2025"、一带一路"、国家产业转型升级等战略引导下,中国的轨道交通发展又带来了一轮重大发展机遇。但是和世界先进的轨道交通国家相比,中国依然有差距、有空间。今年10月,随着国家科技体制改革试点,中国中车已经承接了时速400公里跨国联运高速列车、时速600公里高速磁悬浮的研发项目。据张卫华最新透露,中国2017年还将建成真空管道高速(400km/h)试验线。未来,真空管道的概念时速可以达到1000公里以上。     

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.     

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。     

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.