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.     

铁路列车作用下轻型桥墩横向振动试验研究

提速线路轻型墩桥梁横向振幅过大严重影响过往列车的安全,通过对轻型墩铁路桥的现场振动测试,得到了桥墩的横向振动特性,给出了列车过桥时轮轨作用力的典型时程曲线和列车的脱轨系数及轮重减载率,为进一步研究轻型桥墩的横向振动机理提供了实测数据.     

横向振动对列车车轮多边形磨耗的影响

针对列车车轮多边形化问题,探讨分析车辆轮对横向振动对车轮多边形化的影响.基于建立的弹性车辆系统动力学模型,以288km/h和468km/h速度为算例,分别研究车辆正常运行和蛇形失稳工况下车轮与钢轨的接触状态,分析横向振动对车轮多边形磨耗的影响,得到车轮横向振动与车轮多边形磨耗阶数之间的关系.研究了车辆运行速度和车轮半径对车轮多边形磨耗的影响规律.结果表明:随着速度的增大,车轮多边形的阶数随车辆速度的变化具有重复性.在每个重复周期内,多边形阶数随速度增大而减少,速度一定时,车轮多边形阶数随车轮半径减小而减少.     

曲线上货物列车超速引起的脱轨过程分析

针对货物列车在曲线上因超速引起的脱轨问题,根据列车-轨道系统空间振动计算模型及列车脱轨能量随机分析理论,采用轮轨位移衔接条件并考虑轮轨"游间"的影响,提出了货物列车超速条件下的脱轨过程计算方法.根据该方法,对不同曲线轨道形位等工况下的货物列车脱轨过程进行了计算,分析了列车脱轨过程中的轮轨接触状态、轮轨相对位置及几何尺寸.研究结果表明,随着曲线半径的增大,在列车脱轨瞬间,转向架摇头角及转向架与钢轨横向相对位移逐渐减小,最大值分别为5.82°和78.1 mm.该结果可为研发机械式的列车脱轨检测装置提供理论依据和基础数据,进而确保该检测装置能在列车脱轨掉道的第一时间检测到位,及时停车.     

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.     

柔性轮对高速列车通过道岔的动力学响应

为研究高速列车在柔性轮对条件下通过道岔时的动力响应,采用刚柔耦合动力学仿真方法,基于CRH380高速列车模型建立柔性轮对结构条件下的车辆—道岔刚柔耦合动力学模型。以柔性轮对高速列车模型为研究对象,通过18号高速道岔,分析轮对柔性与全刚体结构条件下的车辆模型的安全性、轮轨动态相互作用、车体振动加速度及轮轨接触位置分布指标。仿真结果表明,柔性轮对高速列车模型对车辆的轮轨动态相互作用影响较大,对安全性、车体振动加速度及轮轨接触位置分布等动力学指标影响较小。     

地震引起的货物列车脱轨全过程计算

为确保地震作用下货物列车在脱轨瞬间及时停车,建立地震作用下列车-轨道系统空间振动计算模型,并提出地震作用下列车脱轨全过程计算方法;以9~10级地震烈度下的强震为研究对象,分别计算货物列车以不同车速在直线和曲线线路上的脱轨全过程,分析轮轨几何接触状态及其相对位置.结果表明:地震烈度及车速对转向架与钢轨横向相对位移影响明显,而对转向架摇头角影响较小;曲线轨道对转向架与钢轨横向相对位移、转向架摇头角影响均较大;转向架与钢轨横向相对位移及转向架摇头角最大值分别为155 mm和4.6°.这些数据可为列车脱轨检测装置的研发提供参考.     

列车-上承式桁梁桥横向动力分析

将列车-上承式桁梁桥作为一个耦合的整体系统进行研究，上承式桁梁桥采用桁段有限元单元模拟，列车采用具有21个自由度的2系弹簧车辆空间振动模型，应用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则，建立列车一桥梁时变系统的整体横向振动方程，使用机车车辆轮对或转向架实测蛇行波为激振源，计算了一列货物列车以5种不同速度通过桐模甸上承式钢桁梁桥时的列车-桥梁系统的横向动力响应，计算结果表明：采用本文方法计算列车-桥梁系统的横向振动是切实可行的，这为研究上承式桁梁桥的横向刚度及研究高速列车-桥梁振动提供一种方法。     

惰行工况下汽车列车横向稳定性分析

建立包含可变鞍座阻尼力矩的汽车列车数学模型,采用轻微制动与施加转向轮横向扰动来模拟汽车列车的惰行工况。仿真分析了该工况下系统横摆加速度和横摆角速度等运动参数的变化响应,并初步探讨了施加鞍座阻尼力矩对横向稳定性的改善作用。研究结果表明:横向扰动是产生系统摆振的主要因素,施加适当的鞍座阻尼力矩可有效改善系统横向稳定性。     

新型轻轨列车轮轨接触的数值分析

对于采用钢套橡胶轮的新型轻轨列车,其轮轨之间的力学行为有别于钢轮-钢轨、汽车轮胎-地面的力学行为。运用Ansys有限元程序,采用柔-刚面接触单元,模拟新型车轮与刚性钢轨之间的接触问题,分析轮缘橡胶的变形规律,建立橡胶变形与作用荷载之间的函数关系。引入等效刚度系数,将轮缘橡胶等效为三向弹簧,从而简化新型轻轨列车系统的力学模型。     

地铁列车作用下不同无砟轨道结构振动响应

建立了单趾弹簧扣件、弹性支承块式、橡胶浮置板式3种无砟轨道的空间振动分析模型和地铁列车-无砟轨道系统空间振动分析方程.分别计算了3种无砟轨道在地铁列车荷载作用下的空间振动响应,并比较了系统响应随无砟轨道类型及车速的变化规律.结果表明,系统振动响应随车速的提高而增大;在车速相同的条件下,无砟轨道类型对钢轨竖向位移、轨道板竖向位移、轨道板竖向加速度、轮轨竖向力、脱轨系数及轮重减载率等响应影响较大,对其他振动响应的影响不甚明显;橡胶浮置板式轨道的竖向位移、横向位移与轨距扩大值最大;单趾弹簧扣件轨道轮轨作用力最大,橡胶浮置板轨道轮轨作用力最小;支承块和浮置板振动加速度明显小于钢轨振动加速度;在3种轨道行驶条件下,随着车速提高列车脱轨系数和轮重减载率均增大,竖向振动加速度最大值、横向振动加速度最大值、Sperling竖向舒适度指标和Sperling横向舒适度指标大致呈现先增大后减小趋势.当地铁列车在80km/h以下的运行速度通过这3种轨道结构时,列车的安全性和舒适性均能得到保证.     

客运列车曲线超速引起的脱轨全过程计算

为研究客运列车因曲线超速引起的脱轨规律,基于列车-轨道系统空间振动计算模型,建立客运列车-曲线轨道系统空间振动计算模型。基于该模型,根据列车脱轨能量随机分析方法,提出客运列车曲线超速引起的脱轨全过程计算方法,计算不同曲线半径、外轨超高下列车超速引起的脱轨全过程,分析轮轨接触状态及其相对位置。研究结果表明:据脱轨系数和轮重减载率难以判定客运列车超速时是否脱轨;脱轨车辆位于编组前部,在脱轨前及时预警十分必要;随着曲线半径、外轨超高增大,列车脱轨速度随之增大,脱轨瞬间转向架与钢轨横向相对位移也随之增大;并考虑安全系数1.25,得到转向架与钢轨横向相对位移最大为60.2 mm,这可为研发客运列车曲线超速脱轨报警装置提供参考。     

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。     

高速列车蛇行运动分岔类型及评价方法研究

主要研究高速列车超临界和亚临界分岔蛇行运动的基本特征和评价方法.首先考虑不同轨道激励对蛇行运行分岔图的影响，并且提出一种在轨道激励的基础上增加横向脉冲的方法，然后根据极限环波幅、构架横向加速度均方根值及轮轴横向力均方根值分别对高速列车蛇行运动稳定性进行对比.针对不同高速列车进行极限环失稳后的安全性评估，分析高速列车蛇行失稳的脱轨安全性.另外，对于具有磨耗型车轮踏面的车辆，也对其蛇行运动稳定性和运行安全性评估进行了探讨.最后，在滚动振动试验台上进行了稳定性测试，比较了不同蛇行运动稳定性评价方法并验证了仿真结果.     

列车车轮横向阻抗的模态分析方法

用模态分析的方法推导出列车车轮横向阻抗的数学表达式，并证明了此种方法的正确性及可行性。推导出的公式为纯数学式，表达简单，有利于编程的直观性，减少了将来工作的计算量。     

铁道车辆车轮跳轨全过程计算方法

为研究提速及高速列车跳轨脱轨机理,提出跳轨车轮位移及轮轨力的基本特征,强调考虑轮轨冲击作用的必要性.在具体计算时,应包含3种完全不同的动力学控制方程,分别是轮轨密贴时的方程、轮轨分离时的方程和轮轨冲击时的方程.研究结果表明:本文方法从本质上揭示了列车车轮跳轨全过程,能够描述车轮跳轨的主要信息;速度越大,车轮跳轨高度越高...     

考虑柔性轮对的车辆系统刚柔耦合动力学响应分析

为研究柔性轮对对高速列车动力学性能的影响，采用刚柔耦合动力学仿真方法，基于CRH380高速列车模型建立了柔性轮对结构条件下的车辆—轨道刚柔耦合动力学模型。分析了轮对柔性与全刚体结构条件下的车辆模型的安全性、轮轨动态相互作用及通过性指标。仿真结果表明，在车速300 km/h时，两模型在动力学指标上具有明显差异，主要表现在柔性轮对车辆模型轮轨垂向力幅值及轮重减载率幅值都低于全刚性体车辆模型，车辆振动加速度、脱轨系数及轮轴横向力波形结果差距较小。     

既有高速铁路提速条件下低频晃车特征及影响因素研究

针对某高速铁路列车在运营速度由200 km/h提升至250 km/h后,部分直线区段出现的车体横向低频晃动现象开展试验研究和仿真分析。首先对比分析提速前、后轨道动态检测数据在晃车区段和未晃车区段的时频特征以及乘坐舒适性,进而研究晃车区段的轮轨接触特性,通过建立车辆-有砟轨道动力相互作用模型,深入分析轮轨廓形、列车运行速度以及轨道平顺状态对高速铁路直线运行晃车问题的影响。研究结果表明：当列车提速至250 km/h后,晃车区段车体横向加速度出现明显周期性波动,振动频率为1.37 Hz,与提速前相比,车体横向加速度振动幅值增加了一倍,舒适性等级接近超限,乘坐舒适性明显降低;与采用CHN60&LMA廓形相比,采用实测轮轨廓形时的轮对蛇形运动加剧,轮对运动向一侧钢轨偏移,直接影响车体横向振动频率;列车运行速度提高后车辆系统响应对轮轨廓形的变化更为敏感,采用实测轮轨廓形,列车运行速度为250 km/h时的车体横向加速度谱峰较运行速度为200 km/h时的增大了1.6倍,较采用CHN60&LMA廓形时的增大了1.5倍;当列车提速至250 km/h后,轨道不平顺振动频率与轮对蛇形运动频...     

基于Matlab/Simulink的公用轴独立旋转车轮转向架横向动力学研究

利用Matlab/Simulink建立公用轴独立旋转车轮转向架的横向动力学模型,并加载美国六级轨道谱进行仿真计算,得出转向架车轮的纵向蠕滑力、横移量、摇头角等动力学参数等并进行分析。结果表明:独立车轮的纵向蠕滑力很小甚至不存在,从而基本消除蛇形现象;并且独立车轮左右车轮旋转自由度解耦,使得其直线上的自动对中能力减弱,在受到较大的轨道不平顺激扰时,使得轮对偏向一侧运行,较大可能导致轮轨磨耗加剧。     

1∶5滚动实验台轮轨力连续测量系统

轮轨作用力是评价铁道车辆安全性的主要指标.针对1∶5小比例滚动实验台,开发了轮轨力连续测量系统.首先使用有限元分析和应变实验,得到小比例轮对的最佳测点位置.根据测点的应变输出特性,提出小比例滚动台的轮轨力连续测量方案:轮轨横向力采用轮测法测量,再结合轴测法测量轮轨垂向力.在横向力测量中,一侧车轮采用简易余弦桥,另一侧车轮采用直流桥.研制了小比例测力轮对,静态试验结果说明简易余弦桥的测试精度较高.论文最后给出了1∶5滚动实验台轮轨力的测量结果.