山地齿轨旅游车辆特殊性及顶层指标研究

齿轨交通系统通过车辆齿轮与地面齿条啮合驱动,突破了轮轨之间的黏着限制,具有爬坡能力强、绿色环保、运营成本低等优点,是山区环境轨道交通建设的重要方向之一。山地齿轨交通系统在国内尚处于起步阶段,齿轨车辆尚未形成谱系化的技术标准。齿轨车辆与轮轨车辆相比存在较大差异,为明确山地齿轨旅游车辆特殊性及顶层指标,分析山地旅游轨道交通特点,结合国内山地齿轨旅游轨道交通工程项目进展情况,提出车辆在大坡度运行能力、大坡度与缓坡贯通能力、轴重、观光性能等方面的特殊性需求。研究米轨及标准轨在山地旅游轨道交通的适应性,分析轨距对车辆结构、限界以及轨道结构的影响,明确在运量较小的线路中应优先采用米轨形式。提出车宽分别为2.65,2.5 m以及2.3 m的三种谱系化车辆技术指标体系,明确车辆外形尺寸及载客量,提出运能在486~7320人/h范围的列车编组形式。分析齿轨线路特点,提出齿轨旅游车辆的牵引制动性能指标应介于高速铁路车辆与城市轨道交通车辆之间。

齿轨铁路线路平面关键设计参数研究

线路平面设计参数的确定对齿轨铁路试验线及运营线建设具有重要作用。以标准轨距铁路线路计算原理为基础,结合米轨车辆与线路之间的匹配关系,基于行驶动力学理论对齿轨铁路线路平面关键设计参数取值进行初步研究。通过类比标准轨距铁路和总结国内外规范相关参数取值,得出齿轨铁路曲线半径和缓和曲线长度的计算公式和控制指标取值。结果表明:对于黏着路段最高设计速度120 km/h和齿轨路段最高设计速度40 km/h的齿轨铁路,黏着路段的最小曲线半径一般和困难条件下分别可取900,750 m,齿轨路段的最小曲线半径一般和困难条件下分别可取350,300 m;黏着路段的缓和曲线长度应结合曲线半径相应选择,齿轨路段的最小缓和曲线长度均取为20 m。

重心偏置下齿轨车辆系统的动态行为

针对大坡度下车辆动态特性受齿轨车辆重心偏置影响的问题,在解析齿轮齿轨啮合激扰产生机理的基础上,考虑齿轮齿轨啮合冲击与轮轨动态接触行为的扰动效应,建立齿轨系统车轨耦合动力学模型,并经过现场实验验证了模型的有效性;采用所建立的模型,探究平直段以及坡道段车体重心横纵偏置对驱动齿轮动态接触行为以及齿轨车辆运行安全平稳性的影响。结果表明:齿轨车辆存在重心偏置时,齿轮齿轨啮合激扰对车辆运行特性有显著影响;车体重心横向偏置对轮轨垂向力与轮重减载率呈线性影响,当重心横向偏置达到0.3 m时,轮轨垂向力达到75 kN,轮重减载率达到0.44;轮轨作用力除受车体重心偏置作用产生增减载外,亦受齿轮齿轨动态啮合影响产生剧烈振动;轮重减载率、车体垂向加速度与车体平稳性对车体重心纵向偏置较敏感,当车体重心后置0.2 m时,平直段的车体垂向加速度增大1.8倍,坡道段增大3.7倍,车体重心后置1 m时,车体平稳性达到最优。研究结论可为我国山地齿轨铁路设计及安全运维提供理论支撑。

车轮踏面磨耗对齿轨列车齿轮齿条接触状态影响研究

针对齿轨列车车轮踏面磨耗情况下难以探究齿轮齿条接触状态规律的问题,提出了一种基于Hertz接触理论的考虑车轮踏面磨耗情况的齿轮齿条齿面接触应力计算模型。首先,分析了磨耗情况下齿轮齿条的接触关系,获得了接触应力计算关键参数随车轮磨耗的变化规律,并结合Hertz接触理论构建了考虑车轮磨耗的齿轮齿条接触应力计算模型;然后,选取某工程齿轮齿条参数进行计算,获得了磨耗周期内的齿面接触应力分布,并通过27组有限元仿真试验获得了不同磨耗量、不同接触位置的齿轮齿条接触应力数据,与上述计算模型结果进行了对比;最后,运用上述计算模型进一步分析了车轮磨耗影响接触应力规律的内在机制和关键因素。结果表明,模型结果与仿真计算结果的最大相对误差为7.71%,验证了计算模型的准确性;车轮踏面磨耗量越大,齿轮齿条啮入点附近的接触应力越大,其影响机制是车轮磨耗导致啮入点附近驱动齿轮曲率半径急剧减小;增大初始中心距和齿条齿顶圆角影响系数,可降低车轮踏面磨耗对接触应力的影响,并可通过减小高度调整周期来优化接触状态情况。

基于有限长线接触理论的齿轨列车齿轮齿条接触分析及齿形优化设计

为了探究齿轨列车曲线行驶时驱动齿轮与齿条轨道啮合中心距误差和轴线不平行度误差对接触应力分布的影响,基于有限长线接触理论,建立了综合考虑两种误差的齿轮齿条接触应力分析模型;通过与误差条件下的齿轮齿条接触有限元仿真进行对比,证明建立的模型具有良好的计算精度。基于该模型,研究了不同误差水平和综合两类误差作用下的接触应力响应,揭示了两类误差对接触应力分布的影响机理,并据此提出应对措施。研究结果表明,提出的接触应力分析模型能准确反映啮合中心距误差和轴线不平行度误差综合作用下齿轮齿条的接触情况;接触应力水平随啮合中心距误差的增大而增大,接触应力轴向不均匀程度随轴线不平行度误差的增大而增大;啮合中心距误差会加剧轴线不平行度误差引起的轴向接触应力不均匀性,轴线不平行度误差对啮合中心距误差的作用效果有轻微的抑制作用;啮合中心距误差的内在作用机理是减小了相同载荷水平处的承载面积,轴线不平行误差的内在作用机理是曲线内侧的齿轮齿条率先接触,产生了更大的变形;齿轮挖根可消除轴线不平行误差的影响,齿轮螺旋线修形可降低轴线不平行误差的影响。

面向架轨式自动焊接设备的设计与分析

为了解决船舶制造领域中T型材严重依赖传统人力加工所造成的技术、生产质量、生产效率问题,对架轨式自动焊接设备进行设计与分析,为自动焊接技术领域提供了一种实现批量和连续焊接的设备。该设备在恶劣工况下依然能够满足工作需求,且实现了多类型焊接路线的自动焊接功能,可进行快速组装与连接,具备免人工搬运、安装稳定和移动灵活的特点。贴合工况进行了全局与限定工作空间分析,设备已在实际应用中取得良好的生产效果,可根据不同工况与技术需求进行设备选型或对其基本单元功能进一步定制开发,应用至更多场景。

基于改进G1法的齿轨铁路投资风险识别

齿轨铁路在国内作为全新制式轨道交通系统,不仅为国家实施精准扶贫、乡村振兴等发展战略提供了重要的解决方案,还具有较好的发展潜力与市场前景。然而,由于当前国内尚无投入运行或已建成的齿轨线路,导致对齿轨铁路的投资风险控制缺乏足够的资料和经验。因此,基于改进G1法并建立相关指标体系和多级评价模型,得出对齿轨建设投资控制影响较大的因素,并结合相关案例进行详细的分析和对比。结果表明:该方法对齿轨项目投资控制有显著作用,能识别关键影响因素。

伸缩式链条输送机设计及应用

在自动化立体仓库输送系统中,穿过防火卷帘门区域有2种类型的链条输送机,分析这2种链条输送机的特点和不足,设计出1种新型伸缩式链条输送机。文中介绍伸缩式链条输送机的组成、工作原理、结构,根据伸缩机构的运行情况,进行导轨滑块的受力分析、齿轮齿条的功率扭矩计算。伸缩式链条输送机具有运行稳定可靠、伸缩距离长、标准化设计等特点,适用于不同规格的防火卷帘门。

齿轨列车轮对-轨道耦合动力学研究

基于显式有限元法建立齿轨列车轮对-轨道有限元分析模型,针对齿轨列车运行具有较大影响的轨道坡度、列车运行速度、轮轨摩擦因数以及牵引系数等关键参数进行研究,重点分析上述参数变化对齿轮齿条、轮轨间垂向接触力与牵引力的影响。结果表明:轨道坡度重力作用对齿轨列车轮对-轨道系统啮合振动具有抑制作用,同时坡度增加,轮轨黏着作用逐渐减弱,因此齿轮齿条承载增加,轮轨承载减小;随牵引系数增加,齿轮承载增加,齿条接触力随牵引转矩增长而增大,而轮轨垂向接触力受其影响并不明显;随着运行速度增长,齿轮与车轮周向速度差增加,使得齿轮齿条间啮合振动加剧,即轮轨与齿条接触力波动范围增加。建议将齿轨列车大坡度路段运行时速度控制在10~15 km/h。

水利水电工程单轨拦污清污系统及多功能清污机设计与应用

水利水电工程中的进水口单轨拦污清污系统,由于其轨道中心位置固定不变,产生了启闭机或清污机功能单一的问题,针对该问题,从拦污系统和清污系统两个方面进行了系统性研究,应用偏心原理,设计了带偏心结构的液压清污耙斗,建立了其重心位置方程式并给定了吊点的位置范围,使液压耙斗在开耙和闭耙时产生不同方向的偏心矩并加以利用,设计了拦污栅及导栅的参考结构,介绍了进水口单轨拦污清污系统及清污机的组成,结合工作过程,说明了拦污栅垂直布置工程中清污机启闭拦污栅和清污的过程及实现方法。理论和3个典型加设清污机改造工程实践表明,偏心矩、导栅和水流的共同作用,可使单轨清污机实现不同工况下的吊点偏移,在拦污栅垂直布置的工程中实现多种功能,通过荷重传感器等的保护作用,限定斜拉角度在10°以内,可保证不同工况下的作业安全,对工程设计或改造具有良好的借鉴意义。

轨道动态特性对城轨车辆车内噪声影响分析

轮轨噪声是关于车辆-轨道耦合作用以及轮轨关系的系统性问题,综合考虑对轮轨耦合匹配、车辆安全性、车辆平稳性、环境振动、车辆振动噪声等方面的影响,钢轨粗糙度和衰减率影响噪声的重要轨道参数,钢轨粗糙度影响400~800Hz的频段,制定合理的镟修周期,定期打磨车轮和轨道可以有效降低车内噪声,打磨后可降低车内噪声2dB以上。轨道衰减率普遍超过标准限值,增加安装振动吸能结构来实现可降低车内噪声,最大降低10dB以上。通过在车轮上安装阻尼结构提高车轮整体的阻尼,实现车轮辐射噪声的有效控制。以上措施可以有效降低车内噪声,提高乘坐舒适性。

山地齿轨列车轮齿啮合噪声特性分析

基于刚度激励轮齿产生振动辐射噪声的机理,本文采用COMSOL Multiphysics建立山地齿轨列车轮齿啮合振动噪声简化预测模型,开展轮齿啮合时变刚度、轮齿啮合接触力、齿轮齿轨啮合振动辐射噪声的预测分析,揭示了山地齿轨列车齿轮、齿轨啮合振动噪声的形成机理及特性。研究结果表明,轮齿啮合过程中同时参与啮合的轮齿对数随时间做周期变化,从而形成了轮齿啮合刚度激励,因此轮齿啮合接触力和齿轮、齿轨的噪声频谱均呈现较明显的谐频振动特性,谐频频率为齿轮单个齿啮合频率(约56Hz)的整数倍;除谐频振动引起的噪声峰值外,齿轮噪声频谱还在720Hz、2 040Hz、3 650Hz、4 410Hz频率处存在非常显著的峰值,其主要来源于显著的齿轮模态振动;2 200~3 000Hz频率范围内齿轨噪声较显著,其可能原因是该频率范围内齿轨存在较密集的振动模态。

山地(齿轨)轨道交通牵引齿轮-齿轨啮合动态响应特性研究

牵引齿轮齿轨作用系统是齿轨列车在大坡度地段运行时的主要承载结构,其动态啮合状态将对齿轨列车安全平稳运行有较大影响。围绕国内首条齿轨列车试验线工程,基于多体动力学理论及齿轮传动动力学理论,以Strub齿轨结构为研究对象,进一步建立了具有35个自由度的车辆-齿轨系统耦合动力学模型。采用美国五级谱为不平顺激励输入,重点探究了坡度、运行速度对齿轨啮合力及接触压力的影响规律,对比分析了不同齿形及实际啮合中心距下的齿轨动力特性。研究结果表明:同等坡度下齿轨动力特性随着速度的提升逐渐恶化,坡度越大则动力响应越明显;斜齿作用下的齿轨动力响应小于直齿系统,啮合力及接触压力分别降低33.51%与38.97%;牵引齿轮与齿轨间的实际啮合中心距越小,则动力响应越大,最大增幅约为22.06%。

齿条无缝化对简支梁桥上无缝线路的影响研究

研究目的:齿轨铁路具有良好的爬坡能力,成为山地铁路的主要形式。为研究齿条无缝化对齿轨铁路简支梁桥上无缝线路的影响规律,基于梁轨相互作用原理和桥上齿轨铁路线路特点,建立考虑无缝齿条的钢轨(齿轨)-轨枕-桥梁-墩台一体化计算模型,研究伸缩、制动、挠曲及断轨工况下齿条无缝化对桥上无缝线路钢轨纵向力、变形及墩台力的影响规律。研究结论:(1)与传统桥上无缝线路相比,齿条无缝化主要影响钢轨制动力和断缝值;(2)随着线路坡度增大,伸缩、挠曲和断轨工况下钢轨纵向力、桥墩纵向力、钢轨断缝值均减小,制动工况下钢轨制动力、桥墩纵向力和梁轨相对位移均增大;(3)当线路坡度增大至480‰时,钢轨伸缩力、齿条伸缩力和墩台力均减小,钢轨和齿条的伸缩力减小了4.24%,桥墩墩台力减小了4.17%;钢轨挠曲力、齿轨挠曲力、桥梁墩台力均减小,钢轨挠曲力、齿轨挠曲力和桥梁墩台纵向力分别降低15.07%、12.77%和11.18%;钢轨制动力、齿条制动力、桥墩纵向力、钢轨桥梁相对位移、齿条桥梁相对位移均增大,分别增大了3.12倍、4.37倍、3.51倍、3.33倍和4.60倍,需要防止齿轨铁路纵向失稳;钢轨断缝值增大了3.44%,墩台纵向力减小了4.60%;(4)相关研究成果可为桥上齿轨铁路无缝化设计提供参考。

山地齿轨车辆特殊限界研究

山地齿轨轨道交通系统是一种新制式的轨道交通系统,具有大坡道运行能力,国内多个城市已开展了研究与推广。目前,国内尚无可直接采用的齿轨车辆限界标准。文章以某Strub型山地齿轨车辆为研究对象,分析给出其转向架特殊限界理论计算公式并计算得出限界,同时采用动力学仿真软件对车辆运行过程进行仿真计算得出限界,最后对2种计算方法得到的限界进行了对比。结果表明,通过理论公式计算得到的限界趋于保守、更加安全,在工程设计中更适合采用该方法。文章的研究结果可为工程设计提供参考。

齿轨铁路系统技术特点及工程应用

齿轨铁路作为爬坡性能良好的一种山地轨道交通在国外已经有100多年的发展历史。在我国经济腾飞的大背景下,山地景点旅游业得到重视,同时山区经济文化也得到发展重视。结合国家提出的积极推进山区“旅游+交通+扶贫”融合发展思路,对齿轨铁路的发展历史做出阐述。介绍齿轨铁路开发起源及各种动力系统与轨道类型及相应工程技术特点与运营状态;针对齿轨啮合技术、轨道锚固技术、线路衔接技术、道岔转换技术、驱动与制动技术与齿轨列车平稳性及其他关键技术等进行系统分析并指出现存问题;提出要着重工程与环境的生态保护技术研究的建议,同时展望未来智能数字化的发展前景。

山地轨道交通齿轨扣件系统研究

针对山区山地轨道交通爬坡坡度大、地段展线设计施工困难等特点,本文研究设计了一种安全性好、易于施工调整且具有较大纵向阻力的齿轨扣件系统。该扣件通过摩擦力提供齿轨纵向阻力,无须在齿轨轨腰处打孔,便于齿轨的安装调整。该扣件可使齿轨左右位置调整量达到±10 mm的连续无极调整;同时齿轨高低位置调整量为-7~+15 mm,填补了无孔式齿轨扣件的技术空白。对山地轨道交通齿轨扣件进行了试制及组装性能试验。结果表明:单组齿轨扣件最大可实现29.6 kN的纵向阻力,满足山地轨道交通运行的要求。

地震作用下护轨对齿轨车辆运行安全性影响研究

我国建设中的都江堰至四姑娘山齿轨铁路位于地震频发地带,齿轨车辆运行中很有可能遭遇地震。为研究地震情况下护轨对齿轨车辆运行安全性的影响,通过多体动力学软件SIMPACK对地震时不设护轨、仅单侧设置护轨以及两侧均设置护轨等情况下齿轨车辆进行仿真。仿真结果表明,在地震激励下,当不设护轨或仅单侧设置护轨时,齿轨车辆车轮均爬上钢轨而脱轨;在钢轨两侧均设置护轨时,齿轨车辆未发生脱轨。说明在两侧钢轨内侧同时设置护轨可有效增加地震情况下齿轨车辆运行安全性,降低车辆脱轨风险。

山地齿轨交通接触轨防护罩工程设计方法

归纳总结了我国接触轨防护罩的发展历程及防护罩工程设计的主要内容,结合山地齿轨交通的特点,给出山地齿轨防护罩顶层指标的要求,对防护罩工程设计接口、布置原则和安装方案进行了介绍,最后给出了一种接触轨防护罩工程数量的估算方法,并结合某工程项目情况,对接触轨防护罩的数量进行了初步估算。

齿轨试验线创新设计研究

为实现齿轨交通工程产业发展和商业运营目标,需重点解决齿轨交通工程化应用方面存在的核心技术难题,如出入齿轨的啮合、大纵坡土建工程稳定性等。依托资阳车辆厂齿轨列车试验线项目,开展齿轨试验线总体设计研究,初步成果包括齿轨的工艺流程、线路设计、新型齿轨装置,以及大纵坡路基、供电、信号设计等。研究结果表明,(1)通过整合厂房既有设备资源,补充编组、上线、静调及动调等工艺,形成试验线完整工艺流程;(2)依托地形及厂房空间布局,创新线路设计,设置“1主+1侧”线路,空间上呈Y形布局,分区域分步骤完成静调和动调试验;(3)依托既有厂区线路,研发新型齿轨技术装置,包括齿条、齿轨道岔及三段缓冲式出入齿过渡装置;(4)综合大纵坡路基、供电、信号、噪声测试等系统研究,形成齿轨列车试验线平台,为齿轨商业化运营线路打下坚实基础。