轮轨动力学与安全特性阶段研究报告

该研究将任务分解4个部分进行研究,分别由4个研究小组完成。研究小组1开展高速列车轮轨关系和运行安全性试验研究,通过对比国内外高速列车轮轨动力学试验方法和研究成果,验证了中国高速列车试验方法可以满足高速列车运行安全的评估要求。并通过高速列车试验,获得时速最高达420 km/h的16辆编组高速列车轮轨作用力数据,获得时速最高达420 km/h的16辆编组高速列车振动频谱特。研究小组2开展高速列车-轨道系统高频振动动力学仿真研究。采用有限元法,在建立道岔区辙叉模型和车轮模型基础上,研究了车轮通过道岔辙叉区时的轮轨接触状态、车轮重心变化以及轮轨动力等动态特征,分析了轮对横移量对轮/岔接触影响因素。在建立车辆-板式轨道耦合系统动力学模型基础上,研究了京津线路随机不平顺和42号高速道岔激扰下轮轨振动特性和轨道板的疲劳寿命。研究小组3开展气流扰动下的列车稳定性分析方法研究,主要研究考虑气动载荷作用下,高速列车蛇行运动稳定性的分析方法,分别建立了针对直线和曲线轨道的分析方法和计算程序。进而,针对气动载荷对高速列车蛇行运动稳定性的影响进行了详细分析。研究小组4开展高速列车多体系统动力学仿真研究。通过数值模拟研究不同行驶速度下,高速列车在明线运行和明线横风两种场景下的行驶安全性。为今后研制侧风预警系统合理设定侧风环境下运行速度限值提供科学依据。研究成果部分已应用于中国高速列车的联调联试试验,对我国高速铁路线路和车辆的优化设计、高速铁路的安全运营和维护有重要的理论指导意义。

大庆市大同区八井子乡石油污染现状及治理对策

此次采样调查以摘要:针对目前大庆油田工作油井污染现状,对大庆市大同区八井子乡油井附近农田土壤进行采样调查,以了解目前工作中单井附近土壤污染状况,并结合污染现状提出合理性建议;单口油井为中心,分别以0、20、40和60m为半径进行取土采样,检测耕地土壤的石油类物质总量。结果表明:横向采样的土壤全部超过国家第一级标准限值,石油类物质总量随着横向距离的增加而降低。某些单井附近耕地土壤已超过国家第二级标准限值,最高超标倍数为13.88倍,处于危险级别,应立即采取措施治理石油污染。

客车舒适度的评定

随着我国铁路的大幅度提速和高速铁路的兴建,铁路将成为人们工作和出游旅行的首选交通工具。为确保铁路“安全、经济、快捷、舒适”的特点和优势,研究提高客车舒适度是必须的。本文介绍振动舒适度分类及其评定方法。并提出我国旅客列车提速中采用舒适度评定方法的建议。

铁路客车空气压力密封性问题

论述了客车压力密封问题的形成原因和发展概况。并对改善我国客车密封性提出了相关结构上的措施和评定方法的建议。为保证乘客安全和舒适度应加大力度进行客车密封性研究。

摆式列车研制的相关问题

由于车体倾摆技术的采用,在设计和使用摆式列车时必须考虑一系列的由倾摆车体而引发的新问题,现就摆式列车设计、运用的一些特有问题进行讨论。这些问题包括倾摆机构运动学要求、摆式列车动力学要求、限界要求、旅客舒适度要求、线路缓和曲线要求等。

高速动车组车轮踏面镟修策略研究

车轮踏面镟修策略主要包括车轮镟修周期的制定和镟修用车轮踏面外形的制定。通过对高速动车组振动性能和车轮磨耗状态的长期跟踪测试,确定高速动车组车轮镟修策略的制定原则和评价方法。在此基础上,结合京津城际铁路CRH3C型动车组典型振动性能、车轮外形和磨耗状态的实测数据,研究高速动车组的车轮镟修周期;对比分析国外镟修用车轮踏面外形制定方法,设计出18种高速动车组镟修用车轮踏面外形,并对现场最为需要的28,29和30mm这3种薄轮缘外形的车轮进行轮轨接触几何关系和动力学性能仿真计算。结果表明:高速动车组镟修策略应从高速动车组的运用状态、主要运营线路和车辆设计参数3个方面综合考虑;京津城际铁路CRH3C型动车组车轮镟修周期可定为30万km;轮轨接触几何和动力学仿真验证了为CRH3C型动车组新设计的镟修用薄轮缘车轮的临界速度均在400km.h-1以上,其运行稳定性与原型车轮相差不大。

CRH_(3C)型动车组薄轮缘车轮外形设计与运用

对京津城际铁路CRH3C型动车组车轮磨耗、车辆振动性能进行长期跟踪试验研究。研究发现部分动车组车轮镟修后车体横向失稳,而镟修后车轮外形等效锥度过小是车体失稳的主要原因。通过理论分析与试验研究,确定新的系列薄轮缘车轮形面设计原则为:提高轮轨等效锥度;统一轮缘高度;高次曲线连接轮缘根部与踏面外形。通过仿真计算、试镟修与线路运用考核薄轮缘车轮外形。仿真计算和线路测试结果表明:京津城际铁路CRH3C型动车组车轮采用该系列薄轮缘外形镟修后,轮轨等效锥度为0.17,动车组车体失稳现象消失,构架稳定性和运行平稳性均满足标准要求,直径镟修量控制在2mm以内。

重载列车纵向冲动分布试验研究

通过1万t和2万t重载列车的运行试验,得到重载列车在不同的货车和机车编组方式、线路工况、机车牵引特性、操纵方式、制动以及车钩间隙等各种试验工况下的试验数据,并根据试验数据分析列车中不同位置货车的车钩力以及车体纵向加速度值的分布规律。分析结果表明:重载列车制动时的车钩力最大值均出现在制动开始缓解至缓解完毕的过程中;采用1+1编组方式的1万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均大于平直道时;而采用1+1编组方式的2万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均小于平直道时。货车在列车中所处的编组位置不同,其车体纵向冲动也不同;车钩间隙减少2/3,则车钩力可降低近1倍。主从控机车通讯及时可靠也是使不同位置的货车车钩受力分布均匀和减小列车中车体纵向冲动的重要措施。

机车车辆动力学试验数据分析处理软件DASO

DASO软件的主要功能是软件设计中提出了段标和长短链断点的概念,解决了线况混叠的难题。提出虚拟通道的概念,方便了信号之间的相关分析。借鉴摆式列车的思路,设计了陀螺仪的处理方法,解决了线况识别的困难。设计了专用的数据库,加快了数据统计和查询的速度。增加了测力轮对选桥的算法、相对摩擦系数的算法和舒适度指标的算法,拓展了软件的分析处理能力。

牛角外壳静态及动态纳米力学特性

对干牛角外部的角质蛋白在横切及纵切方向上进行准静态及动态纳米力学测试,揭示了横切及纵切方向上其载荷效应以及牛角角质蛋白的硬度和弹性模量的梯度变化趋势,并讨论横切及纵切方向上在不同频率和载荷下的动态存储模量和损失模量的变化规律。本文研究结果对进一步研究牛角的特定生物学功能具有重要意义。

大庆市大同区四乡镇农田土壤重金属污染评价

近年来,由于大庆市石油开采和化工业迅速发展,造成周围农田土壤重金属污染。为更好地了解这一状况,在大庆市大同区4个乡镇选取了70个样点进行采样和测试分析,利用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法进行评价。结果表明:从单因子污染指数上看,4个乡镇汞因子污染相对较高,铅因子偶有超标;从综合污染指数上看,4个乡镇均存在一定的污染,其污染指数双榆树乡<太阳升镇<八井子乡<老山头乡,70个样点中61.4%属于清洁级,污染等级为安全,37.2%属于尚清洁,污染等级为警戒级,1.4%属于轻度污染。

铁道车辆横向主动悬挂的H_∞控制

研究铁道车辆横向主动悬挂采用H∞控制方案的振动控制效果。建立考虑车体横移、摇头、侧滚以及转向架横移的铁道车辆横向主动悬挂的控制模型。以该模型为基础,利用MATLAB软件设计铁道车辆横向主动悬挂的H∞控制器。为了验证设计得到的H∞控制器的控制效果,采用ADAMS/Rail多体动力学软件建立整车模型,与MATLAB软件进行联合仿真,比较被动悬挂、Skyhook主动悬挂、H∞主动悬挂3种情况下的仿真结果。结果表明,车辆横向主动悬挂采用H∞控制器后振动控制效果明显,有很强的鲁棒性,可以将车体横向加速度的低频部分减小2倍以上,且不会增加车体横向加速度的高频部分。

铁道车辆横向半主动悬挂系统仿真

运用ADAMS软件建立车辆动力学模型,进行动力学仿真运算。将由此得到的仿真结果传给MAT LAB软件,由MATLAB软件编写开关控制算法,计算出横向最优阻尼并将其值传给车辆模型。通过改变车辆模型中的横向阻尼值再次进行仿真运算,将运算结果再次传给MATLAB软件。如此相互调用,循环计算,从而找出最佳匹配阻尼值。在DSP硬件平台上编写横向半主动控制算法,使逐步寻优和开关控制相结合,以实现最优阻尼的开关控制。经使用标准信号和实车随机信号对算法进行仿真验证表明,这种控制算法简单可靠,能够实现对车辆横向的半主动控制策略。

铁路旅客列车污物处理系统的研究及设想

介绍了国外高速旅客列车卫生系统发展概况,讨论了国外真空式和循环式两种卫生系统的优缺点,提出了我国高速旅客列车卫生系统发展的设想。

服役动车组车轮踏面等效锥度运用管理研究

介绍轮轨等效锥度的定义和在欧洲高速铁路的运用限值,并通过理论分析和国内高速铁路运用实践说明轮轨等效锥度对服役动车组构架蛇行失稳和车体共振的影响及解决方案。在悬挂参数和轮轨接触几何参数不变的情况下,服役动车组轮轨等效锥度需控制在一定范围内,才能保证动车组的运行安全性和平稳性,基于此结论,建议开展服役动车组轮轨等效锥度的使用限值研究。

等效锥度的计算及验证

等效锥度是轮轨几何接触的重要参数。详细介绍了等效锥度的定义、计算方法及算法验证过程。

25型客车密接式车钩缓冲装置的研制

通过对国内外密接式车钩的应用情况进行调研,结合国内25型客车基本参数,提出了25型客车密接式车钩缓冲装置的基本性能及技术参数,通过方案设计及强度、曲线通过计算,确定了产品的型式及具体尺寸。对试制样机进行装车连挂及通过曲线试验;对零部件进行了静拉强度校核。研制的25型客车用密接式车钩缓冲装置从技术上实现了既有25型客车装用密接式车钩缓冲装置的要求,而且换装工作简便易行,在车辆段即可完成与15号车钩缓冲装置的换装,可以大大改善列车的纵向动力学性能。

等效锥度的两种准线性计算方法的对比研究

等效锥度是广泛用于表征轮、轨接触几何关系的重要参数之一,是轨道、车辆及多体动力学仿真计算、车辆运行性能评定或验收试验等主要指标。但是它不考虑接触的非线性特性,计算的不同结果使得目前国内技术交流和车辆运行性能评定结果不一致。现基于对等效锥度参数研究概述总结,对目前简化计算中常用的准线性化中的KLINGEL方法和Δr函数线性回归法进行对比分析,结合目前我国3种高速动车组轮、轨副(XP55,S1002CN和LMA)进行计算,并建议采用统一算法,为工程技术和理论研究奠定基础。

高速列车车端减振装置的研制

车端阻尼可以有效地衰减车辆的摇头和侧滚振动,改善高速列车的横向平稳性。由于相邻车端的纵向和横向位移较大,直接加装车间阻尼器有很大难度,需要设计合理的杠杆机构以减小阻尼器的行程和节点偏转角度。现介绍了这种新型车端减振装置的研制过程,并对该装置的作用效果进行了试验对比。

浅析平稳性指标和舒适度指标

首先介绍了用于评价铁道车辆振动性能和旅客乘坐舒适性的两种方法 ,然后讨论分析了它们之间的异同点 ,并结合 3次秦沈客运专线动力学试验 ,给出了两种评价方法的计算结果 ,最后给出了两种评价方法的使用建议。