扣件刚度非线性对波磨区轮轨瞬态滚动接触行为的影响

WJ-8型扣件橡胶垫板刚度在长期服役过程中表现出非线性特征,静刚度随荷载增加而降低,为提高三维瞬态滚动接触有限元模型计算精确性,本文以LMA踏面车轮及CHN60型钢轨为基础,基于显式积分算法,将以往研究中线弹性扣件转化为非线性扣件,建立考虑扣件刚度非线性特征的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,研究刚度非线性对车轮与钢轨波磨间高频动态响应及瞬态接触行为的影响,并重点分析了波磨工况下时频域内轮轨接触力、轴箱加速度的变化信息.结果表明:扣件非线性对轮轨接触力变化影响明显,主要表现为车轮行驶至扣件前端时强振动导致橡胶垫板表现为柔软特性使轮轨接触力减小,车轮行驶至扣件上方时在轴重作用下振动减弱表现为刚硬特性使轮轨接触力增大,轮轨力变化差异最大达到13.1%.

扣件系统横向刚度及抗倾翻试验研究:以WJ-8型扣件为例

为了对扣件系统横向刚度及抗倾翻性能进行研究,首先借鉴等间隔弹性点支承梁模型分析钢轨横向力学行为;然后,考虑钢轨自身截面特性,推导扣件系统横向刚度及抗倾翻系数计算公式;最后,设计并进行1组及3组WJ-8型扣件横向加载试验,验证分析及推导的合理性。试验结果表明:当钢轨整体扭转中心为轨底中心点时,钢轨自身扭转不可忽略,钢轨横向力及扭矩的传递过程都是非线性过程;1组及3组扣件试验得到的位移相对误差不超过6.8%,转角相对误差不超过9.5%;3组扣件试验允许加载范围更大,且更适用于非对称式扣件;WJ-8型扣件钢轨横移过程可按扣件横向反力的组成划分为钢轨滑移、线性变形和非线性变形3个阶段,钢轨倾翻过程可按钢轨轨底与轨下垫板接触形式划分为钢轨脱离和整体倾翻2个阶段。扣件横向刚度及抗倾翻系数可通过横向力-位移曲线、扭矩-转角曲线确定。

新型有轨电车扣件系统设计及性能

针对国内有轨电车无枕式扣件调高量不足、共享路权地段扣件强度尚待加强等问题,提出了一种新型有轨电车扣件系统,并对该扣件进行了有限元分析和室内试验。该扣件系统为弹性不分开式有挡肩扣件,其中基板和调高座采用玻纤增强聚酰胺材料注塑成型,在保证承载力的前提下提高了基板和调高座的防腐蚀性和绝缘减振性;其余零部件为国铁标准件或地铁通用件。该扣件垂向调整量为0~+20 mm,轨距调整量为-12~+8 mm,调整极差为1 mm。计算和试验结果表明:本文研发的新型有轨电车扣件系统关键零部件受力和变形满足要求,结构可靠;300万次荷载循环后各零部件无损伤,无失效;能满足有轨电车对扣件系统调整量、强度和可靠性的要求,性能稳定,维修养护方便。将该扣件系统应用于实际工程,通车运营三年,服役状态良好。

利用扣件位置关系定位图像边缘处不完整扣件的方法

扣件定位在扣件检测过程中具有至关重要的作用,其准确性直接关系到后续检测的可靠性。在使用线阵相机采集扣件图像时,扣件在图像中的位置并不固定,将会导致同一扣件可能横跨连续的2张图像,并在图像边缘处被截断。本文将这些被截断的扣件称为不完整扣件,其上半部分和下半部分分别出现在2张连续图像边缘处。不完整扣件由于形状缺失,难以定位其位置,从而降低了扣件检测的可靠性。为解决上述问题,本文提出一种利用扣件位置关系定位不完整扣件的方法。首先,通过像素统计法定位原始图像中的钢轨位置,并基于先验知识获得包含钢轨和扣件的原始图像子图,本文称所获得子图像为条形钢轨图;然后,拼接条形钢轨图,保证图像内存在多对扣件;接着,利用模板匹配获得与扣件模板最相似的位置,再利用该位置信息以及扣件之间的位置关系判断图像中是否存在不完整扣件并获取不完整扣件位置信息;最后,将2部分不完整扣件拼合为一张完整的扣件图像。研究结果表明,本文提出的方法能够100%定位采集图像中115对不完整扣件图像。研究结果具有实际工程价值,能够有效地解决图像边缘处不完整扣件定位问题,提高扣件检测的可靠性。

32 m T型梁梁端变形对无砟轨道扣件受力规律研究

无砟轨道扣件实现了钢轨与混凝土道床、下部基础的连接。扣件受力除轮轨作用下的正常服役工作状态外,还包括桥梁地段梁端变形诱发扣件受力状态变化。为保障桥梁地段无砟轨道扣件正常服役状态,本文以32 m T型梁为载体,通过分析梁端转角、垂向位移、预留梁缝及扣件安装位置等变量,研究了T型梁梁端变形及接口构造对无砟轨道扣件受力的影响。结果表明:梁端变形引起的扣件上拔力与梁端转角、垂向位移及转角位移组合变形线性相关,提出了不同构造变量与扣件上拔力的线性表达式。研究成果可为客货共线桥梁铺设无砟轨道梁端变形控制及构造设计提供参考。

基于3D相机的轨道扣件部件丢失与松动智能检测

轨道扣件在运营过程中会出现松动甚至掉落、断裂等异常情况,不利于列车行驶稳定和安全,需要进行定期、及时的检查与维修。传统的人工巡检效率低,难以匹配我国轨道交通的快速发展,且对于部件松动等不易察觉的问题检测效果差。利用计算机视觉形成自动化的检测设备逐渐成为发展趋势,其中基于三角测量原理的线结构光技术因其成本低、精度高、速度快等优点得到广泛应用,且适合轨道检测场景。该技术核心设备为可以采集并分析线结构光进行三维重建的3D相机,基于成像原理设计可搭载于轨道检测车的扣件检测系统并进行现场试验,经过数据分析和处理可以分别得到高质量的图像数据和三维模型。针对图像数据利用目标检测的方法,构建数据集,搭载YOLO(You Only Look Once)v5深度学习模型,实现挡肩及扣件部件的快速识别,进行部件丢失检测;针对三维模型利用轨道扣件相对位置固定的特点,根据阈值筛选扣件数据并进一步得到弹条及螺栓等部件的坐标信息,通过边缘提取、平面拟合等方法计算位移量,进行部件松动检测。研究结果表明,检测系统可以采集高质量的扣件数据,扣件部件识别平均精准度达到99.0%,速度满足现场实时检测的要求,同时对于弹条和螺栓的松动量检测精度分别达到了1 mm和0.1 mm。该方法具有实际工程价值,可以大幅提升轨道巡检效率,对于扣件部件丢失、松动等严重问题可以及时预警指导修复,保障轨道安全服役性能。

高铁扣件弹性垫板更换对列车运行平稳性的影响

为评估高速铁路扣件弹性垫板更换过程中新旧垫板过渡造成的轨道刚度突变对列车运行状态的影响,建立车辆-轨道耦合动力学仿真模型,分析直线、曲线区段以及钢轨接头处垫板刚度突变对列车运行平稳性的影响,并对垫板更换区间长度和刚度三级过渡模式进行了研究,提出扣件弹性垫板更换方案建议。结果表明:直线和曲线区段更换扣件弹性垫板有利于降低轮轨动力作用,仅在列车驶出垫板更换区后存在长度约10 m的行车不稳定区,会造成个别列车动力学指标增大,但增幅相对较小;行车不稳定区若存在钢轨焊接接头,会造成轮轨动力作用急剧增大;在垫板更换区末端采用静刚度为45 kN/mm的垫板设置长25 m的过渡区,有利于降低轮轨动力作用,提高列车运行的平稳性。

基于2D&3D融合算法的扣件故障检测系统

扣件作为钢轨重要的紧固件之一,在列车运行过程中,会受到钢轨和枕木带来的巨大压力和振动。为保障扣件状态检测的准确性,研制了一套基于2D图像和3D深度信息融合的扣件故障检测系统。首先基于YOLOv4定位2D图中的扣件区域,提取出扣件检测区域;然后将深度图中对应的检测区域转换为点云图,采用点云匹配的方式对扣件状态进行判断;最后通过精度验证试验验证系统的检测精度。试验结果表明:系统整体的识别率为99.8%,误报率为1.68%;对于故障识别率,只有在扣件发生小偏转角度(≤5°)故障时,系统的识别率较低,其余设置的故障识别率均达到96%以上,能够满足工程化的要求。

高速铁路SKL15扣件弹条断裂原因分析

为了分析高速铁路运营线路扣件弹条断裂原因,以SKL15型弹条为研究对象,采用现场测试与仿真分析相结合的方法进行研究。首先,现场调查线路的波磨情况与弹条的振动响应特性;其次,建立扣件系统有限元模型,分析弹条在自由状态和安装状态下的模态特征,并进行基于模态叠加法的谐响应分析,通过对比现场测试结果和仿真结果,证明模型的可靠性;最后,结合测试结果和线路运营情况,分析造成弹条断裂的原因并提出整治措施。结果表明:造成弹条断裂的主要原因是列车以120 km/h的时速通过显著波长为50~60 mm的波磨区段时所激发的载荷频率与安装状态下的弹条模态频率(550~650 Hz)十分接近,从而引起弹条强烈的共振作用,导致弹条跟端应力显著增大,最终引发疲劳损伤。针对这一原因,提出了如钢轨打磨、列车调速、弹条结构优化等一系列解决方法。

橡胶轨道减震器电阻测试方法探讨

本文对橡胶轨道减震器的绝缘电阻实验方法进行研究,探讨了电源(直流、交流、电压和频率等)和试样状态(干态、湿态和喷淋)对电阻的影响。结果表明:直流电阻大于交流阻抗;电压增大,电阻减小;频率增加,电阻先急剧减小,后渐渐趋于平缓;干态电阻最大,湿态电阻次之,喷淋状态下电阻最小。实际应用中,建议采用实际的频率、水喷淋环境进行绝缘电阻实验,将更有利于指导产品的有效安全使用。

基于车轨耦合动力学分析的地铁e型弹条扣件疲劳寿命预测

地铁是城市交通的重要组成部分,而扣件系统是地铁轨道结构的关键部件,起到固定钢轨、减振降噪的作用。为分析地铁e型弹条扣件的疲劳性能,基于车辆轨道动力学理论,通过多体动力学软件UM建立了车轨耦合模型,研究了车辆速度、轨道不平顺类型以及曲线半径与钢轨动力学响应的关系;并通过有限元软件ABAQUS对扣件系统进行了仿真计算,将车轨耦合动力分析得到的钢轨位移作为疲劳荷载,采用应力疲劳计算的方法对弹条的疲劳寿命进行了预测和分析。结果表明:钢轨位移响应受不平顺类型和车辆速度的影响较小,而加速度响应对两者则比较敏感;轨道曲线半径的改变,对内轨位移的影响相对明显,随着半径的减小,内轨的位移时程曲线出现明显的上移,同时对加速度的影响也增大,内轨加速度峰值呈增大趋势;基于此模型计算的弹条疲劳寿命为2.14×10^(7)次,寿命最低处位于弹条后拱小圆弧段,与实际断裂位置相吻合;弹条初始安装扣压力对弹条疲劳寿命的影响很大,随着初始安装扣压力的增大,弹条的疲劳寿命不断减小,且减小的速度趋于增大,为确保弹条扣件处于良好的工作状态,初始扣压力应当控制在11~15 kN范围内。

桥上无缝线路扣件纵向阻力试验研究

以高速铁路桥梁无砟轨道WJ‐7型和WJ‐8型小阻力扣件为研究对象,开展不同纵向加载速率以及竖向荷载条件下的纵向阻力试验,研究了纵向加载速率和竖向荷载对无缝线路扣件纵向阻力特性的影响,并给出了不同竖向加载条件下WJ‐7型和WJ‐8型小阻力扣件的纵向阻力-位移曲线,以用于梁轨相互作用精细化分析。结果表明:当竖向荷载不变时,纵向加载速率对两种小阻力扣件的动刚度和纵向阻力最大值影响较小;随着竖向荷载的增大,两种小阻力扣件的动刚度及纵向阻力均明显增大,其弹塑性临界点也逐渐增大;与竖向无载工况相比,竖向荷载为50 kN时,WJ‐7型小阻力扣件最大纵向阻力、弹塑性临界点增幅分别为177.74%和87.71%,WJ‐8型小阻力扣件增幅分别为320.44%和118.88%。

市域铁路无砟轨道WJ-15型有挡肩扣件设计

基于市域铁路工程特点,研发了无砟轨道地段用WJ-15型扣件。该扣件采用有挡肩、弹性不分开式结构,弹性垫板静刚度设计值为(25±5)kN/mm,钢轨左右调整量为-10~+10 mm,钢轨高低调整量为-4~+26 mm。室内试验结果表明:该扣件弹性垫板静刚度、动静刚度比、疲劳后静刚度变化率均满足设计及规范要求;扣件组装疲劳试验后,轨距变化率、组装静刚度变化率以及钢轨纵向阻力、套管抗拔力、绝缘电阻均满足规范要求;标准组装状态下弹条固有频率大于800 Hz,发生共振断裂的风险较小。采用该扣件铺设试验段后开展了实车试验,结果表明,列车以40~210 km/h不同速度级通过时,列车安全性参数及轨道结构稳定性参数均满足规范要求,扣件结构稳定可靠。

Ⅲ型扣件弹条静力学和动力学性能分析

扣件系统是用于固定轨道系统中钢轨和轨下结构的组件,弹条是扣件组件中的重要零部件。弹簧钢材料通过特定加工工艺制成弹条,弹条安装使用时通过自身结构上的弯曲和扭曲变形产生的扣压力,将钢轨紧紧扣压在轨枕之上,能够保证钢轨之间正常的轨距和轨道的平顺性,同时弹条能够减弱车辆行驶产生的冲击能量,达到减振的作用。对地铁用Ⅲ型扣件弹条的静力学和动力学参数对其力学性能的影响展开研究,通过金属材料拉伸方法测得牌号为60Si2Mn弹簧钢的基本物理参数,建立弹条有限元模型,计算在正常安装情况下的弹条结构的受力分布情况,结果表明地铁用Ⅲ型扣件弹条所受的最大应力出现在后拱小圆弧内侧,这与实际测试结果比较吻合。根据弹条静态时应力分布情况,分析了弹条发生振动时在自由和受约束两种不同状态下与外界环境发生共振的特点,分析结果表明弹条在受约束情况下发生共振的频率会比自由状态时提高,以所建立的弹跳模型为例,共振频率出现在461、829、1 260和1 620 Hz附近。因此在外界因素影响程度加深时,轮轨作用产生的高频振动可能引起弹条发生剧烈共振,从而诱发弹条过早发生断裂,降低其使用寿命。

循环荷载作用下宕渣颗粒破碎行为及累积变形预测

动载作用下宕渣低路堤沉降较大,而真实公路荷载下宕渣的累积变形模型匮乏,且宕渣易破碎,颗粒破碎行为与累积变形相关性有待厘清,故建立了可破碎宕渣动三轴离散元模型,基于颗粒破碎率进行细观动态表征,探讨颗粒破碎的时域演化规律.分析围压、荷载频率和循环动偏应力对颗粒破碎及累积变形的影响,研究颗粒破碎与累积变形的相关性,建立累积变形预测公式,并利用SBZ30型振动器开展现场激振试验进行对比,验证模型准确性.结果表明:动载作用下,宕渣颗粒破碎方式以破碎、研磨为主,加载初期破碎率大幅增加,随振次增加破碎率增速减缓;围压、荷载频率和动应力幅值与颗粒破碎率正相关,颗粒破碎对累积应变有双重影响,相同围压下线性相关;累积变形公式能合理预测宕渣填筑路基累积应变的发展趋势.研究结果可为宕渣路基运营期动力沉降计算提供理论参考.

市域铁路无砟道岔扣件系统设计及性能试验

市域铁路一般采用无砟轨道,为此设计无砟道岔扣件系统。道岔扣件系统板下弹性垫层采用三元乙丙橡胶,实现了无砟轨道道床低刚度要求;岔枕螺栓安装处设置具有防转功能的复合偏心套和防转盖板,增大道岔轨距调整范围,同时改善岔枕螺栓受力,增强扣件系统稳定性。扣件系统性能试验研究表明,扣件系统各项指标均满足规范要求,同时具有良好的减振性能。

基于改进YOLOv5s算法的钢轨扣件状态检测方法

[目的]为提高轨道巡检效率以及优化巡检策略,有效避免漏巡、漏检等问题的发生,提出了一种基于改进YOLOv5s算法的钢轨扣件状态检测方法。[方法]介绍了YOLOv5算法的网络结构。在YOLOv5s算法的骨干网络中融入C3-CBAM(卷积注意力)模块以获取更多细节特征,然后采用BiFPN(加权双向特征金字塔)网络进行多尺度特征融合,形成改进YOLOv5算法。针对弹条断裂、弹条缺失、弹条移位和螺栓缺失4种状态进行了试验验证。[结果及结论]采用改进后的YOLOv5s算法比原YOLOv5s算法在测试精度、召回率、平均精度上都有所提高,表明该方法对钢轨故障扣件分类检测具有很好的工程应用价值。

抛丸工艺在弹条原材料表面处理中的应用

采用不同弹丸、不同电流的抛丸工艺对原材料进行清理,对抛丸后原材料的表面形貌、粗糙度和清洁度进行观察和测试,并将采用不同抛丸工艺清理后的原材料生产成弹条,对比其疲劳性能。结果表明:采用铸钢丸清理的原材料表面形貌和粗糙度均优于采用钢丝切丸清理的;弹丸、输送速度相同时,随着抛丸电流增加,抛丸后原材料表面粗糙度逐渐增加;不同抛丸工艺均可以清理掉原材料表面氧化铁皮;弹丸相同时,随抛丸电流增加,总体上抛丸后原材料表面清理等级提高,后续生产弹条过程中掉落的氧化铁皮减少;铸钢丸的清理效果整体上优于钢丝切丸,故采用铸钢丸清理的原材料生产的弹条具有更好的抗疲劳性能。原材料抛丸前须要合理选择弹丸,在考虑损耗的基础上,应尽量选取表面圆润、形状规则的弹丸,以免在原材料表面形成带尖锐棱角的凹坑等缺陷,进而影响到弹条的疲劳寿命。

弹性分开式扣件设置多层弹性垫层的合理性探讨

以城市轨道交通中常用的DTⅥ2型扣件为研究对象,通过试验测试轨下弹性垫板、铁垫板下弹性垫板的静刚度以及组装后的扣件系统组装静刚度,分析道钉紧固扭矩、铁垫板下弹性垫板材质等对扣件系统组装静刚度的影响,研究弹性分开式扣件设置多层弹性垫层的合理性。结果表明:道钉紧固后,铁垫板下弹性垫板静刚度随道钉扭矩增加而增大,且增幅较大,垫板弹性损失严重;扣件系统组装静刚度随螺旋道钉扭矩增加而增大,但增幅不大;当道钉扭矩T=200 N·m时,铁垫板下弹性垫板不再提供弹性,此时将铁垫板下弹性垫板更换为绝缘缓冲垫板,扣件组装静刚度基本无变化。因此,弹性分开式扣件设置多层弹性垫层并不合理。

基于AGV的螺栓自动收集转运流水线的设计与应用

自动导引车(Automatic Guided Vehicle,AGV)是智能制造车间的重要载体,其转运路径对车间生产效率有很大影响。本文针对螺栓转运生产线进行数学建模,对螺栓产量、转运路径距离以矩阵形式建立计算表,通过算例分析完成螺栓转运物流量的数值计算,并以此提供路径优化方向。基于设备及生产车间实际情况,完成螺栓自动收集转运流水线的设计,并进行实践验证。结果表明:AGV转运路径优化后,以AGV收集转运为主,传送带传送、自动倒运装置等设备为辅的自动收集转运流水线基本可以实现螺栓在各工序生产设备间的智能化、自动化收集转运,提高了产品生产率。