车桥及车轨时变系统横向振动计算中的根本问题与列车脱轨能量随机分析理论

本文论述了车桥及车轨时变系统横向振动计算中存在的根本问题。介绍了作者们解决这些问题的思想与方法 ,提出了列车脱轨能量随机分析理论。用此理论预报了一货物列车脱轨实例 ,与实际发生的脱轨事故吻合。判别了另一脱轨试验列车不脱轨 ,计算了该试验列车最大振动响应 。

桥上列车脱轨的力学机理、能量随机分析理论及其应用

总结了国内外现有桥上列车脱轨研究中的主要问题。基于物理概念,提出了桥上列车脱轨的力学机理,进一步提出了桥上列车脱轨能量随机分析理论,其主要内容包括:列车脱轨几何准则;能反映轮轨接触状态及相对位移的列车桥梁时变系统空间振动方程组的建立;此系统横向振动激振源的确定;此系统随机横向振动的计算方法;评判列车是否脱轨的能量增量准则。计算了6个桥上列车是否脱轨实例,计算结果均与实际符合,证明这个理论有一定正确性。

面向高速铁路列车转向架环境监测的能量收集器理论研究

针对高速铁路列车转向架环境监测可靠电源的问题,提出了一种新型双自由度电磁式水平振动能量收集器。首先确定转向架环境下能量收集器的工作工况,后改进单自由度电磁式水平振动能量收集器的动磁体结构部分,提出双悬浮磁体耦合弹簧的一体式结构。建立理论模型并对双自由度电磁水平振动能量收集器进行动态响应分析。在同等输入激励下,双自由度电磁式水平振动能量收集器相比于单自由度电磁式水平振动能量收集器工作带宽提升了800%,最大功率输出提升349%。通过调节弹簧起始长度实现双自由度电磁式水平振动能量收集器工作频带范围与目标工况相吻合,调节间距为12mm时,该收集器工作带宽为9~62Hz,最大输出功率为4.63mW,与高速铁路列车转向架场景下的工作带宽相吻合。

再论列车脱轨能量随机分析

本文论述了国内外脱轨计算中的根本问题 :车辆与轨道振动方程解的唯一性无保证 ;采用的激振源未包括所有引起车轨系统横向振动因素的作用 ;车轨系统随机振动的计算问题未解决 ;以轮轨相互作用力的计算为脱轨分析的突破口不恰当 ;现行规范规定的脱轨系数 Q/ P及轮重减载率 ΔP/ P限值 ,不能反映实际列车 Q/ P及ΔP/ P的随机最大值 ,不能保证实际列车可能产生的最大 Q/ P及 ΔP/ P不超过规范限值。另外 ,本文继文献 [1]进一步论述了列车脱轨能量随机分析的理论与实践 ;再次作了实例脱轨分析 ,与实践结果吻合 ;提出了预防列车脱轨措施及车轨系统抗脱轨安全系数

突破列车脱轨难题的能量随机分析道路

综述了列车脱轨的国内外研究现状 ;分析了脱轨研究中的主要问题为 :各国制订的规范标准不能预防列车脱轨 ,未抓住主要矛盾 ,脱轨计算理论存在三个根本问题———列车轨道 (或桥梁 )时变系统振动方程组解的唯一性无保证 ,横向振动的激振源不清楚 ,该时变系统振动的随机分析问题未解决 ;提出了一条突破列车脱轨难题的能量随机分析道路、预防脱轨措施及抗脱轨安全系数的计算方法 ;计算了四个列车脱轨实例 ,计算结果均与实际发生的脱轨事故和脱轨试验测出的车辆振动响应符合。

列车-轨道时变系统横向振动能量随机分析方法

根据大量客、货车构架实测蛇行波及德国高速机车轮对横向摇摆力的测试资料 ,基于随机振动理论模拟出一般车速及高速构架人工蛇行波 ,分别以构架人工蛇行波及前苏联规律性的竖向不平顺函数为横向及竖向激振源 ,对列车 -轨道时变系统横向随机振动进行计算。

列车－桥梁时变系统振动能量随机分析方法

本文提出了车－桥时变系统振动能量随机分析方法，把受多种随机因素影响的系统随机振动转化为系统振动能量随机分析，参考人工地震波，建立车辆构架人工蛇行波，以此人工波为激振源，算出车－桥时变系统具有要求概率水平的振动响应．文末分析了两座钢桁梁桥在列车作用下的随机振动，计算结果与实测最大值良好接近．

“列车脱轨分析理论与应用研究”通过铁道部鉴定

近期，铁道部科技司在中南大学铁道学院组织召开了“列车脱轨分析理论与应用研究”成果鉴定会。以方秦汉院士为首的鉴定委员会全体专家一致认为该研究成果为原始创新，达到了国际领先水平，具有很高的实用价值和广阔的应用前景，为制订预防列车脱轨措施及预防列车脱轨标准提供了理论依据，可供线、桥设计和规范修订参考。

“列车脱轨分析理论与应用研究”成果荣获2006年度湖南省科技进步一等奖

中南大学土木建筑学院曾庆元院士带领的学术团队，在国家自然科学基金、高等学校博士学科点专项科研基金、铁道部科技研究开发计划项目及湖南省院士基金等支持下，经过近30年研究，在铁路安全科学与工程领域取得了系统性成果。“列车脱轨分析理论与应用研究”荣获2006年度湖南省科技进步一等奖。

焦柳线酉水大桥上货物列车脱轨分析

结合自动控制理论,研究了桥上列车脱轨的力学机理,发现桥上列车脱轨是列车-桥梁时变系统横向振动丧失稳定的结果。根据桥上列车脱轨能量随机分析理论,对焦柳线酉水大桥上货物列车是否脱轨进行了计算和分析,并得到了列车脱轨时此系统振动响应的时程曲线;同时,提出了该桥在不采取加固措施的条件下预防列车脱轨的限速建议值,该值与该桥实车振动试验所确定的限速值一致。最后,指出我国《铁路桥梁钢结构设计规范》中制订连续钢桁梁桥横向刚度限值时存在的问题,论证了按列车脱轨能量随机分析理论重新制订桥梁横向刚度限值的必要性。

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.

京山线滦河老桥上货物列车脱轨分析

基于列车桥梁时变系统空间振动计算模型及列车脱轨能量随机分析方法,分别对京山线滦河老桥上行线及下行线货物列车脱轨全过程进行了计算,采用判别列车脱轨的能量增量准则,得出下行线货物列车脱轨,上行线货物列车不脱轨的结论,此结论与实际符合。同时还对引起该桥下行线货物列车脱轨原因进行了分析,认为桥梁横向刚度不够是引起脱轨的主要原因,并指出桥梁横向刚度是保证桥上列车安全运行的主控因素。

洪涝灾害引起的货物列车脱轨全过程分析

基于列车-轨道系统空间振动分析理论,考虑洪涝灾害的影响,建立洪涝灾害条件下列车-轨道系统空间振动分析模型。根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立此系统空间振动矩阵方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,提出洪涝灾害条件下列车脱轨全过程计算方法,分别对该条件下直线和曲线路段列车脱轨全过程进行计算和分析。研究结果表明:洪涝灾害引起的货物列车在直线和曲线路段脱轨时转向架摇头角分别为0.20°和0.27°,转向架与钢轨之间的横向相对位移分别为52.8 mm和48.1 mm,相比直线路段,列车在曲线路段更易脱轨。这些研究结果可为研发机械式的列车脱轨报警器提供重要的理论依据和技术参数,进而确保该报警器能在列车脱轨时立即发出报警,使列车及时停车。

桥上列车脱轨计算分析

在列车桥梁振动分析的计算模型基础上,进一步考虑了轮对与钢轨之间的相对位移大于游间时,轮缘爬上钢轨的接触状态,从而建立了桥上列车脱轨分析的计算模型。基于列车脱轨分析的能量随机分析理论,采用车桥系统输入能量增量与此系统抗力作功增量比较的能量增量准则,对老滦河桥下行线上列车脱轨实例和上行线上列车不脱轨实例进行了计算分析。分析结果与实际情况一致。

大风灾害引起的货物列车脱轨全过程分析

针对货物列车在大风灾害下的安全运行问题,基于列车-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,提出大风灾害下列车脱轨全过程计算方法。以我国常见的大风灾害为对象,计算运营速度下货物列车在8~10级大风环境中的脱轨全过程,对脱轨机理、轮轨几何接触状态及轮轨相对位置进行分析。研究结果表明：大风灾害引起的列车-轨道系统输入能量的增加是导致货物列车脱轨的主要原因;随着风速及车速的增大,系统输入能量随之增加,转向架与钢轨的横向相对位移增大明显,但转向架摇头角变化较小;另外,曲线线路上列车横向振动更加剧烈,其中转向架与钢轨横向相对位移及转向架摇头角均大于直线上的相应值,其最大分别为87.3 mm和4.59°。上述机理及数据可为列车车轮脱轨掉道检测装置提供参考,确保列车在脱轨瞬间及时停车。

轻重车辆混编对列车脱轨安全性的影响分析

应用列车 轨道时变系统空间振动随机分析理论[1 4 ] ,详细计算分析了不同的轻重车辆混编对脱轨系数及轮重减载率的影响 ,尝试用改善轻重车辆编组的方法提高列车脱轨安全性的可行性 .

抖振反应谱理论在列车抖振分析中的应用

以随机振动理论为基础,对Scanlan基于桥梁的颤抖振分析理论加以气动导纳函数修正应用于列车抖振分析中。提出了列车抖振反应谱理论与计算方法。水平风谱引用Simiu经验公式,竖向风谱引用Panofsky-McCormick竖向风谱经验公式,气动导纳函数选用Vickery的圆柱截面和棱柱截面的近似公式,计算出了车体和转向架的一阶升沉、横移和侧滚的抖振反应谱。结果表明:随风速增大,抖振反应增长迅猛,随风速线性增大,列车抖振反应呈指数增长,该结果符合动力学特征;转向架的抖振反应比车体的抖振反应大很多,无论是升沉、横移和侧滚均大出一个数量级以上。

天兴洲主跨80m连续梁桥列车脱轨控制分析

基于列车脱轨能量随机分析理论,分析天兴洲主跨80 m连续梁桥上高速列车的走行安全性。提出桥梁抗脱轨安全系数计算式,计算该桥的抗脱轨安全系数。在列车不会脱轨的条件下,分析桥上列车走行舒适性。分析结果表明:列车以300 km/h以下车速通过该桥时不会脱轨,桥梁抗脱轨安全系数很大;列车走行舒适性指标均为合格以上。研究成果为桥梁设计提供了理论依据。

武广客运专线衡阳湘江特大桥列车脱轨分析

基于列车脱轨能量随机分析理论,提出铁路桥梁列车脱轨控制分析方法,并对武广客运专线衡阳湘江特大桥上高速列车在设计车速下的走行安全性与舒适性进行了计算分析,其分析结果为桥梁设计提供了理论依据。

列车脱轨研究最新进展

从脱轨原因、脱轨评判标准、脱轨试验及脱轨分析等4个方面对国内外脱轨研究进行了简要历史回顾。在此基础上,总结了近20年来国内外研究者在脱轨研究方面取得的进展。中南大学列车脱轨研究组在近10年的研究中,提出了一套全新的列车脱轨分析理论,取得了突破性进展及实质性的应用成果,对此进行了简单介绍。最后对脱轨研究需进一步进行的工作提出了作者们的一些观点。