尖轨端面复杂廓形机器人铣削轨迹规划方法

铁路道岔尖轨数控成型铣削后的打磨抛光目前普遍由人工完成,存在效率低、质量一致性差和漏打磨等问题,难以满足尖轨高效高质加工需求。而将工业机器人铣削技术应用到打磨抛光工序中虽可提升尖轨制造自动化水平,但尖轨端面廓形的复杂多变以及机器人存在的弱刚性又导致其加工轨迹平滑度难以得到保障。为此,需要对尖轨端面复杂廓形机器人铣削轨迹规划方法进行创新。首先,基于MD-H参数法建立机器人运动学模型并分析其运动特性;然后,采用三次NURBS曲线对尖轨端面廓形进行参数化描述,以铣削作业法向刚度性能指标作为优化目标,建立轨迹点姿态优化模型;同时,考虑机器人关节连续性约束,建立机器人铣削轨迹姿态规划模型;在此基础上,基于S型曲线算法实现机器人铣削速度规划;最后,通过仿真和试验进行验证。结果表明:该方法能够有效控制机器人的运动轨迹,解决了外凸夹角区域的“过切”和“跳刀”问题,加工后尖轨端面廓形更为平滑,能满足尖轨制造要求。

关于道岔尖轨弯曲矫直后回弹的理论研究

尖轨在生产过程中会产生上下和左右弯曲。为了满足直线度要求,要对尖轨进行矫直,而矫直后钢轨产生的回弹现象会直接影响道岔质量。针对这一问题,本文基于弹塑性力学,对钢轨回弹的原因进行理论分析;对形状复杂的钢轨横断面进行合理简化,进而方便计算出钢轨的弹性极限弯矩;结合矫直理论,通过分析钢轨顶弯矫直条件,推导出钢轨反向弯曲挠度与顶弯支距的关系式,并应用于尖轨顶弯调直试验。结果表明:采用计算得到的钢轨反向弯曲挠度进行尖轨矫直,矫直后及放置24 h后尖轨的平直度均满足TB/T 412-2020《标准轨距铁路道岔》的要求。采用该方法可以大幅提高顶弯质量和工作效率。

小号码道岔尖轨转换的仿真计算及验证

小号码道岔自由段长度短,牵引点数量少,因此其扳动力较大。为研究尖轨动程对小号码道岔扳动力的影响,解决小号码道岔扳动力过大的问题,本文建立某小号码单开道岔曲线尖轨实体模型和有限元模型,根据尖轨实际转换过程设定其约束条件和仿真工况,对尖轨转换过程中的等效应力和扳动力进行计算,并通过现场试验来验证有限元模型的合理性。结果表明:尖轨动程越大,其等效应力和最大扳动力也越大,最大扳动力与尖轨动程成线性关系;动程的大小直接影响尖轨的整体受力状态和扳动力,在合理范围内适当减少动程可改善尖轨的使用状态;本文建立的尖轨转换模型与现场测量结果接近,合理可靠,可为道岔相关结构的设计工作提供借鉴。

高速铁路道岔尖轨心轨廓形偏差校验软件研制

通过人工方法校验尖轨心轨廓形偏差,不仅校验结果准确性不高,而且校验效率低。依据TB/T 3307.1—2020《高速铁路道岔制造技术条件第1部分:制造与组装》要求,参考人工校验方法,提出尖轨心轨廓形偏差校验软件功能,介绍廓形偏差校验原理,设计廓形偏差校验软件,并验证廓形偏差校验软件。结果表明:采用廓形偏差校验软件,能够准确、快速地对比尖轨心轨廓形,并且统一了廓形比对基准和偏差计算方法,消除了不同方法造成的结果差异。

基于磁致伸缩超声导波的道岔尖轨缺陷监测实验研究

尖轨缺陷是道岔系统的重要安全隐患之一。研究利用平板式磁致伸缩传感器在轨底激发30、70和100 kHz的类水平剪切波,对尖轨轨头和轨底缺陷进行监测。首先,研究了环境温度对尖轨中特征结构反射回波波包能量的影响规律,观察到波包能量随温度近似线性增长。提出利用特征信号和基准信号能量比值的方法,有效补偿温度对监测结果的影响。其次,开展了尖轨轨头和轨底缺陷体积增大过程中的导波监测实验,利用了缺陷及其后端反射波包能量“先扬后抑”的特性,增强了导波对缺陷的识别能力。以30和70 kHz导波为例,它们可分别识别出长20.0 mm、宽2.0 mm、深7.1 mm的轨底缺陷和长38.6 mm、宽2.0 mm、深10.1 mm的轨头缺陷。上述研究表明,磁致伸缩导波技术可以实现道岔尖轨缺陷的有效监测,具有重要的工程应用前景。

道岔尖轨轨底缺陷的磁致伸缩导波监测实验研究

道岔尖轨在线监测是轨道智慧运维的工程技术难题之一。该文利用开发的磁致伸缩超声导波监测系统,对道岔尖轨开展了轨底缺陷监测实验。首先,分析了温度对导波监测信号特征的影响,波包能量值、传播时间均与温度呈近似正相关;其次,对比研究了基于标定方程和参考基准的两种温度补偿方法,其中参考基准法对信号的补偿效果更佳;最后,利用温度补偿后的特征波包能量值实现了缺陷尺寸逐步扩大过程的有效监测,且波包能量值随缺陷深度的变化规律可以用抛物线方程进行近似描述。上述研究结果表明磁致伸缩超声导波技术可以应用于道岔尖轨轨底缺陷的监测及定量评估。

尖轨横纵位移综合测量系统及远程数据采集与控制

为实时监测道岔尖轨横向密贴和纵向爬行位移,研制了尖轨横纵位移综合测量系统。系统采用旋转塔台式结构将尖轨密贴与爬行位移转换为直线位移和角度位移,并以STM32F103CBT6芯片为核心建立主控单元,实现对角、线位移数据的采集与解算。系统设置了无线WiFi模块,并设计了基于Android平台的手机端App软件,通过手机终端与现场远距离外的测量系统相联接,完成控制指令和测量数据的实时传输,实现跨空间操作,打破铁路空窗期检测的时间约束,为道岔维护提供了便利性。对系统进行测量实验,实验结果表明:系统爬行误差极值为-0.188 mm,密贴误差极值为-0.172 mm,均在±0.2 mm范围以内,达到了尖轨横纵位移的测量技术要求,满足了铁路现代化发展的需求。

新制高速铁路道岔尖轨和心轨超声波检测方法研究

为提升高速铁路道岔使用寿命,保障列车安全运行,针对新制道岔尖轨及心轨超声波检测工艺方法开展研究。简述对比试块人工伤损的位置和尺寸设置。利用A型脉冲反射式超声波探伤仪,检测人工伤损对比试块和实际产品,对比分析采用不同规格探头检测结果的差异。基于检测结果,对尖轨、心轨超声波检测工艺方法进行验证。验证结果表明:钢轨原材料材质伤损宜采用纵波直探头,同时增加60AT2钢轨轨腰不同埋藏深度平底孔人工伤损,以评定伤损当量大小。

高速铁路道岔尖轨跟端的整体热处理工艺开发

针对传统道岔尖轨跟端热处理存在的问题,提出了对尖轨跟端采用全断面加热,并利用余热进行喷风冷却的热处理工艺。通过对尖轨跟端加热和冷却过程的试验,研究出合适的工艺参数。试验结果表明:尖轨跟端热处理后热影响区软点数量为3个,软区硬度最低值为312HBW,跟端其他部位力学性能、金相组织等都满足相关行业标准。

道岔尖轨密贴和开程的动态检测方法研究

针对道岔尖轨密贴和开程的动态位移检测问题,采用具有磁致伸缩效应的位移测量技术,在道岔牵引点的定/反位分别安装位移传感器进行尖轨位移的全程动态测量,并对测量数据进行校准、保存、分析和显示。经现场试验验证:该动态检测方法能够满足道岔尖轨位移动态检测功能和性能的要求,为道岔的日常运用维护提供了有力的技术保障手段。

基于声发射技术的道岔尖轨伤损监测系统研究

道岔尖轨是轨道的风险控制关键点,针对现有伤损检测技术在道岔尖轨处存在盲区的问题,提出一种基于声发射信号的铁路道岔尖轨伤损监测方法,研发出道岔尖轨损伤监测系统。系统基于伤损模式分类算法对列车经过钢轨时所产生的声发射信号进行分析,实现对尖轨伤损状态的识别。现场测试数据表明该方法能够有效识别道岔尖轨的伤损。

基于视觉测量的铁路道岔尖轨爬移监测系统

本文针对我国铁路道岔尖轨爬移状态监测的现状和难点,提出并研发了基于视觉测量技术的道岔尖轨爬移监测系统。在传统机器视觉技术的基础上,设计了道岔尖轨爬移监测的方法和算法,研究提出了监测系统架构。并通过在实训基地的现场测试,验证了方法的可行性和算法的准确性。测试结果表明,该系统的整体测量误差符合铁路标准中道岔检测规定的范围,相对于人工测量方式,实时性更好。

高速道岔尖轨转换锁闭力计算分析

为优化高速道岔尖轨转换扳动力的计算,应用有限元方法分别建立道岔尖轨轨腰力计算模型与外锁闭装置受力计算模型,提出一种计算高速道岔尖轨转换锁闭力的方法。以高速铁路18号单开道岔及新外锁闭装置为例,探究锁闭装置对尖轨转换计算的影响,揭示尖轨转换锁闭力随夹异物大小、夹异物位置变化的规律。结果表明,新外锁闭装置对尖轨转换计算产生的影响不容忽视。尖轨转换锁闭力在密贴尖轨锁闭过程中其最大锁闭力与既有的尖轨轨腰力相比可降低约21%;当牵引点处存在夹异物时,该牵引点处的锁闭力随夹异物尺寸的增加而明显增大,但对其他牵引点处的锁闭力影响较小;夹异物尺寸越大,外锁闭装置从开始锁闭至达到最大锁闭力所需的锁闭杆位移越大。

铁路道岔尖轨密贴、爬行检测方法探讨

分析列车通过道岔尖轨时的运动状态及监测尖轨密贴、爬行变化的重要性;阐述监测实时数据的意义;探讨检测方法及检测仪安装位置的选择。介绍JM/P-2型铁路道岔尖轨密贴爬行检测仪的功能特点。

尖轨降低值超限对转辙器动力特性的影响研究

针对42号高速道岔尖轨降低值超限问题,基于车辆-道岔系统动力学的理论,建立车辆-道岔动力仿真模型,分析尖轨降低值超限对转辙器动力特性的影响。模型中采用现场实测的尖轨降低值作为计算条件。结果表明:尖轨降低值超限导致转辙器轮载过渡的起点后移,使得轮对蛇行运动的距离和幅度发生较大程度地增大;轮对横向位移和车体横向振动加速度为设计条件下的2倍,容易引起晃车现象;轮轨横向动力附加力由6.29kN增大至46.28kN,垂向动力附加力由5.73kN增大至20.04kN,轮轨动力作用急剧恶化;车轮减载率变化不大,车轮脱轨系数最大值为0.65,是设计条件下的6.5倍,接近安全限值0.8,将危及行车安全。现场出现尖轨降低值超限时,应及时进行调整,以避免转辙器动力特性进一步恶化。

高速铁路道岔尖轨降低值对行车平稳性影响机理研究

结合京沪高速铁路黄渡线路所2号岔位42号无砟道岔处发生的"晃车"问题,运用多体动力学分析软件NUCARS进行列车—道岔耦合系统的仿真分析,研究高速铁路道岔尖轨降低值对高速列车运行平稳性的影响机理。研究表明:高速列车过岔时出现晃车的原因是该道岔尖轨的实际降低值超差(比设计值偏大2.3mm);当道岔尖轨降低值超差时,高速列车直向过岔时的轮对横移量显著增大,导致轮缘持续贴靠尖轨工作边运行,使得轮轨水平力显著增大,导致车体的横向加速度显著增大,从而发生"晃车"现象。现场通过更换合适厚度的基本轨下橡胶垫板和尖轨下滑床台调整尖轨降低值,使之满足高速铁路无砟轨道道岔铺设技术条件的规定,解决了"晃车"问题,进而使动车组从限速160km·h-1恢复常速运行。

高强耐磨贝氏体道岔尖轨的研制

在贝氏体钢轨及贝氏体辙叉研究的基础上,通过成分选择、精炼、精轧及稳定化处理,制成60AT贝氏体钢轨,再加工成贝氏体道岔尖轨。通过对60 AT贝氏体钢轨以及异型钢轨性能的检验可知:60 AT贝氏体钢轨以及异型钢轨全断面抗拉强度、屈服强度和伸长率等均达到相关标准规定的要求,并且强韧性配合非常好;贝氏体道岔尖轨强韧性指标明显地优于珠光体道岔尖轨,同时不需要进行淬火处理,就可以保证全断面具有高且均匀的硬度。通过大秦线的铺设试验可知:贝氏体道岔尖轨无严重的剥离掉块等疲劳伤损;耐磨性能相比珠光体尖轨具有明显优势,使用寿命约为珠光体道岔尖轨的2倍。

轮轨润滑对高速道岔曲尖轨磨耗的影响研究

研究目的:为研究轮轨摩擦系数匹配对曲尖轨磨耗的影响,本文以18号高速道岔为例,结合车辆-道岔耦合动力学仿真计算,研究不同轮轨摩擦系数匹配下,车辆通过转辙器部分时的系统动力响应和轮轨磨耗特性,以期在保证车辆安全通过道岔的前提下,为降低曲尖轨磨耗、延长曲尖轨使用寿命,提供合理的轮轨摩擦控制方案。研究结论:(1)轮轨摩擦控制能有效减缓曲尖轨磨耗,两侧轮轨摩擦系数由0.4降低到0.1~0.25,则钢轨侧磨将减小45%~76%;(2)相比于单侧轮轨润滑,双侧轮轨润滑下,曲尖轨侧磨降低可达40%;(3)轮轨摩擦控制对行车舒适性几乎没有影响,但当轮轨摩擦系数较低时,脱轨系数为0.65,接近安全限值0.8;(4)建议对服役道岔转辙器部分两侧钢轨进行润滑,保证基本轨侧摩擦系数不大于尖轨侧,以减缓曲尖轨磨耗,延长曲尖轨使用寿命。

滑床板摩擦力对尖轨不足位移的影响

为解决道岔尖轨不足位移问题,根据尖轨的特殊结构外形、受力特性和扳动机理,建立尖轨不足位移计算仿真模型,分析不同滑床板表面摩擦系数取值下尖轨不足位移的变化。结果表明:摩擦力是导致尖轨产生不足位移的主要原因;尖轨不足位移随滑床板摩擦系数的增加而增大,基本成线性递增关系;最后牵引点距尖轨跟端间间距越大,摩擦系数对不足位移的影响也越大。减小摩擦力和优化牵引点间距能够较好地控制尖轨不足位移。提出设置滚轮式滑床板方案,将轨底与滑床板间的滑动摩擦转化为滚动摩擦,并优化滚轮式滑床板布置方式,进一步减小了尖轨不足位移。

基于弹性波传播的高速道岔尖轨断轨识别

针对高速道岔尖轨断轨监测问题,开展基于弹性波传播的高速道岔尖轨断轨识别研究.采用显式有限元方法建立高速道岔弹性波传播特性分析模型,模型中考虑尖轨与基本轨密贴状态、滑床台板支承等约束条件,结合试验对该模型进行验证.研究不同激励频率、尖轨断轨位置及密贴状态等因素对高速道岔尖轨弹性波传播特性的影响.研究表明:在健康尖轨中,2 kHz和4 kHz弹性波能量集中,传播信号基本不受基本轨和滑床台等约束条件的影响;在断轨识别中,通过滑床台传播的信号衰减倍数大于10~9,通过尖/基轨密贴传播的信号对各个频率弹性波的断轨识别均存在显著影响;在密贴状况下,断轨位置与弹性波传播信号存在一定的关联.