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。

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。

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。

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。

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。

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。

提速线上承式钢板梁桥横向刚度限值分析

基于列车脱轨能量随机分析理论,提出了预防列车脱轨的桥梁横向刚度限值的制定方法。运用此方法,分别制定了提速线32 m和40 m上承式钢板梁的横向刚度限值。对比该限值与新规范限值可知,新规范限值基本上满足预防脱轨与列车平稳运行的要求。

直线货物列车脱轨过程计算

首先指出了国内外脱轨研究中存在的主要问题。提出列车脱轨能量随机分析方法。运用列车 -轨道时变系统空间振动分析理论及此种能量随机分析方法 ,对直线货物列车脱轨过程进行了计算 ,计算结果与实际线路工况下货物列车脱轨试验结果吻合。

客运专线某钢管混凝土提篮拱桥列车走行性分析

针对武广客运专线胡家湾大桥,提出单箱三室箱形系梁的钢管混凝土拱桥空间振动分析模型,建立了高速列车-桥梁系统振动方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,计算了胡家湾大桥上列车走行安全性。提出桥梁抗脱轨安全系数的计算式,并计算了该桥的抗脱轨安全系数。在列车不会脱轨的条件下,计算了该桥上列车走行舒适性。计算结果表明:ICE列车以不超过300 km/h车速通过该桥时,列车不会脱轨;桥梁抗脱轨安全系数很大,具有很高的抗脱轨安全度;在列车正常运行时,舒适性指标达到了良好以上等级。研究成果可为该桥设计提供理论依据。

南京长江大桥128m钢桁梁上列车走行安全性分析

京沪线南京长江大桥128 m简支钢桁梁在提速货物列车通过时,其横向振幅很大,远远超过我国《铁路桥梁检定规范》规定的限值,涉及到该梁上列车走行的安全性。针对这一问题,运用桥上列车脱轨能量随机分析理论,对该梁上列车走行的安全性进行计算和分析,结果表明:当货物列车以不超过80 km/h速度通过该梁时,车桥系统横向振动是稳定的不会脱轨,列车走行安全性有保证。此结论符合现场实际情况,为该桥未采取限速措施提供了充分的理论依据。

天兴洲公铁分建40m简支梁桥客运线上高速列车脱轨控制研究

基于高速列车-桥梁时变系统空间振动分析模型,采用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方程。运用列车脱轨能量随机分析理论,对天兴洲公铁分建40 m简支梁桥客运线上高速列车在设计车速以内是否脱轨及在不脱轨条件下高速列车走行舒适性进行分析。研究结果表明:该桥上高速列车在300km/h车速以内运行时不会脱轨;高速列车走行舒适性均在良好标准以上;该桥竖向振动加速度满足要求。

铁路钢桥横向刚度限值分析

根据对发生过脱轨事故桥梁的分析,得出桥上列车脱轨的主要原因是桥梁横向刚度不足。多起桥上列车脱轨事故表明:现有铁路钢桥横向刚度限值不能预防列车脱轨,原因是现有桥梁横向刚度限值分析方法不能分析桥上列车走行安全性。基于列车脱轨能量随机分析理论,提出新的铁路桥梁横向刚度限值分析方法。具体步骤是:建立具有安全系数的预防脱轨条件,确定在设计车速下预防脱轨的桥梁横向刚度限值,代入此值检算桥上列车走行平稳性与舒适性。该方法确定的桥梁横向刚度限值既能保证列车平稳舒适运行,又可防止脱轨。运用此方法,制定的提速线32和40 m上承式钢板梁桥的横向刚度限值分别是主梁中心距为2.36和2.55m,提速线3×80连续钢桁梁桥的横向刚度限值是主桁中心距为6.61 m。

预应力混凝土T形梁桥横向振幅行车安全限值分析

运用列车脱轨能量随机分析理论计算5座横向振幅超限桥梁列车走行安全性。基于脱轨分析理论,提出新的铁路桥梁横向振幅行车安全限值分析方法。具体步骤为:建立考虑一定误差系数的预防脱轨条件,确定桥梁横向刚度行车安全判别参数,确定预防脱轨的临界梁墩系统,计算梁墩系统横向振幅行车安全限值。运用此方法,计算提速线预应力混凝土T形梁桥横向振幅行车安全限值。研究结果表明:现有的桥梁横向振幅行车安全限值过于严格;提速线跨度为32m和24m的预应力混凝土T形梁桥横向振幅行车安全限值分别为L/3980和L/4411(L为桥梁跨度);取L/4500作为提速线预应力混凝土T形梁桥横向振幅行车安全限值建议值。

提速线连续钢桁梁桥横向刚度限值分析

基于列车脱轨能量随机分析理论,提出了预防列车脱轨的桥梁横向刚度限值分析方法。运用此方法,制定了提速线3×80 m连续钢桁梁桥横向刚度限值,为修订铁路钢桥设计规范提供参考。