时速400 km高速铁路钢轨不平顺合理限值

考虑轮对和轨道弹性建立车辆-轨道耦合动力学模型,计算分析了不同车辆运行速度下不平顺波长和幅值对轮轨垂向力和轮重减载率的影响。结果表明:车辆通过钢轨不平顺区段时轮对呈抬升-下降-回弹变化,轮轨垂向力出现多个极值。轮轨力和轮重减载率随车辆速度和钢轨不平顺幅值的增大而增大,随不平顺波长的增大而减小;钢轨不平顺幅值超过0.2 mm,不平顺波长小于0.3 m时,轮轨垂向力和轮重减载率随不平顺波长减小或不平顺幅值增大而迅速增大,接近安全限值。根据轮轨垂向力和轮重减载率的限值要求,建议400 km/h条件下钢轨不平顺幅值的限值取0.2 mm,重点关注波长小于0.3 m的短波不平顺。

重载铁路小半径曲线段钢轨焊缝不平顺安全管理限值

基于一重载铁路曲线段的线路条件与钢轨焊缝不平顺现场测试数据,通过建立30 t轴重重载货车-轨道耦合动力学模型,分析了重载铁路钢轨焊缝不平顺参数与曲线参数对重载轮轨系统动力响应的影响规律。结合轮轨动力性能安全评价指标,分析了不同类型重载线路钢轨焊缝短波不平顺的安全限值。结果表明:在小半径曲线段,钢轨焊缝不平顺对重载行车安全性威胁更大;轮重减载率和轮轨垂向力响应指标受钢轨焊缝不平顺的影响较大,可作为钢轨焊缝不平顺动力影响研究的敏感指标;曲线段钢轨焊缝不平顺短波波深限值随行车速度增加而减小,随曲线半径减小而略有减小;30 t轴重重载货车以100 km/h运行于半径400 m的曲线线路时,凸形焊缝不平顺的短波波深安全限值为0.2 mm,凹形焊缝不平顺的短波波深安全限值为0.1 mm。

基于经验模式分解的钢轨波浪弯曲不平顺提取方法

钢轨波浪弯曲不平顺隐藏在轨道不平顺中。采用小波分析和经验模式分解相结合的方法,对钢轨波浪弯曲不平顺进行识别和提取分析。利用对称双正交小波对轨检车监测到的车体垂向加速度响应和高低轨道不平顺信号进行小波变换,滤除波长1 m以下成分后,基本可以保证用经验模式分解得到的第1个固有模态函数包含全部钢轨弯曲不平顺信息。对提取得到的钢轨波浪弯曲不平顺的分析表明,不同钢轨上存在的弯曲不平顺不同,钢轨存在的波浪弯曲不平顺是波长在3 m附近变化的准周期不平顺;钢轨波浪弯曲不平顺是引起车体颤振的原因。建议在提速线路和客运专线上应限制波浪弯曲钢轨上道。

有砟客运专线钢轨周期性不平顺整治技术研究

某有砟客运专线开通一段时间后出现周期性钢轨低塌不平顺、线路高低和轨枕空吊等现象,导致轨道质量指数(TQI)增大,人工维修成本大幅上升。轨面低塌位置分布在距焊缝大里程方向2.2~2.8 m,光带加宽6~10 mm,低塌和正常位置钢轨廓形存在明显差异。建立实参数车辆-轨道耦合系统动力学模型,结合TQI变化和线路调查数据,分析线路高低产生的形成机理。综合考虑问题特征、形成机理及不同类型打磨作业特点,创新性采用小机打磨、快速打磨和传统打磨多种作业相结合的打磨整治方案。打磨后周期性钢轨低塌不平顺和廓形差异基本消除,光带宽度均匀、位置居中,钢轨打磨质量指数(GQI)显著提升,轮轨垂向力和车体垂向振动加速度大幅降低、周期性消除;同时TQI保持稳定,人工维修成本大幅降低。该客运专线钢轨周期性不平顺问题得到的综合整治经验,为有砟客运专线同类问题的准确定位和有效解决提供参考思路。

基于三维轮轨瞬态动力学模型的钢轨波磨不平顺动力影响与识别

应用有限元理论及ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,建立三维轮轨瞬态动力学模型,分析高速铁路钢轨波磨不平顺对轮轨系统动力响应的影响特征,在此基础上,探讨钢轨波磨不平顺的识别方法。研究结果表明:钢轨波浪形磨耗会导致轮轨系统产生剧烈的高频振动,在钢轨实测波磨不平顺激扰作用下,轮轨垂向力、轴箱和钢轨垂向振动加速度等轮轨垂向动力学指标均表现出明显的高频振动特征,其高频振动频率范围位于500~700 Hz,与相同速度条件下,实测钢轨波磨不平顺的主要波长成分对应;通过对轮轨系统动力响应指标进行小波包时频分析,可有效识别出钢轨波磨不平顺的波长与纵向位置。相关研究成果可为高速铁路钢轨表面短波不平顺的研究及钢轨波磨不平顺的养护维修管理提供参考。

客货共线无砟轨道钢轨焊接接头不平顺测量分析

作为轨道结构的薄弱环节之一,钢轨焊接接头的平顺状态对列车运行的安全性、平稳性具有重要影响。基于客货共线隧道内无砟轨道焊接接头不平顺的现场测量数据,总结了接头不平顺的主要波形类型,并分别从时域和频域角度分析了接头不平顺幅值与短波不平顺水平的变化规律,然后研究了钢轨打磨对接头平顺状态的影响。结果表明:接头不平顺幅值发展速率与线路年运量呈正相关关系; 50～400 mm波长范围的短波不平顺水平具有趋势性发展规律;钢轨打磨能够显著改善焊接接头的不平顺状态。

钢轨轧制不平顺激扰下的动车组动力响应特性

以某有砟客运专线中出现波长为3.2 m的轨道周期性高低不平顺、继而引起“抖车”现象的线路区段为对象,基于同步压缩小波变换提取了轨道几何动、静态检测数据在大机捣固前后的时频分布特征,并结合钢轨轧制流程的梳理分析,明确了轨道周期性高低不平顺的成因,即可能由钢轨轧制过程中复合矫直工艺不良引起.在此基础上,探究了钢轨轧制不平顺与车辆各部件振动加速度以及轮轨接触力的关联关系,获取了钢轨轧制不平顺对车辆动力响应的影响规律.结果表明:轧制不平顺使得轴箱、转向架、车体垂向加速度的相干函数分别达到0.97、0.96和0.76,较正常区段分别增长了5%、25%和300%;轮轨垂向力相干函数增长42%,达到0.94,说明轧制不平顺与车辆各部件的振动响应和轮轨接触力密切相关;轧制不平顺将轴箱和车体垂向加速度均方根(root mean square,RMS)值分别放大1.00 m/s^(2)和0.05 m/s^(2)左右;轧制不平顺与轴箱垂向加速度和轮轨垂向力RMS值线性相关性最强,相关系数分别达到0.9和0.8.

铁路轨道不平顺的一种检测方法

轨道的不平顺状态对机车车辆的安全行驶有重要的影响。介绍利用高精度位移传感器、里程传感器检测轨道高低、水平不平顺,利用倾角传感器检测轨道三角坑的一种方法。该办法是在手推小车上安装高精度位移传感器、倾角传感器、里程传感器等传感器,把采集到的数据进行处理直接得到高精度的轨道高低不平顺、水平不平顺和三角坑,为铁路工务部门维修线路提供技术依据。

钢轨打磨小车振动特性及其对打磨质量影响的研究

钢轨打磨小车是打磨列车进行打磨作业的主要执行机构,钢轨打磨小车工作时的振动状态会直接影响打磨质量。本文为探究钢轨打磨小车的振动特性及其对打磨质量的影响,分别在不同打磨速度和不同轨道波磨条件下进行了钢轨打磨小车的打磨实验,并对钢轨打磨小车在不同工况下的振动特性及打磨对钢轨不平顺质量的改善进行了现场测试。测试结果表明打磨小车在作业时的主要振动激励来源于砂轮与钢轨相互作用产生的振动,其频率与电机转子的旋转频率相同;随着打磨速度的增加,打磨小车各主要结构的振动幅值降低,且打磨后的钢轨不平顺质量有所提高;在具有波磨的轨道上进行打磨作业时,打磨小车各主要结构的振动幅值均高于在无波磨的轨道上打磨的幅值;当波磨的通过频率与打磨电机的激振频率吻合时,对钢轨打磨小车的振动和打磨后的钢轨不平顺质量均不利。

手推式钢轨磨耗状态检测仪的研制

基于机器视觉图像识别测量技术,研制了一种手推式磨耗状态检测仪,实现了对钢轨廓型、钢轨顶面不平顺及轨底坡的连续同时测量,并对仪器的测量精度进行了校验。结果证明,所制仪器的示值误差为-0.016^+0.003 mm,测量重复性精度达到了0.018 mm,可满足高铁及城市轨道交通工务作业要求。

基于EEMD的轨道—车辆系统垂向动力学的时频分析

应用白噪声聚类经验模型分解方法(EEMD,Ensemble EMD),进行轨道—车辆系统的时频分析,分析钢轨不平顺的波长—幅值分布及短波不平顺的分布特点。通过理论推导,得到垂向钢轨不平顺与车体垂向加速度之间的转移函数,并由简化模型仿真结果与实验数据对比分析得出二者的相关系数在0.8以上,表明仿真结果与实验数据非常吻合。利用简化模型进行数值仿真,所需复数乘法次数为N(2logN+1),满足实时仿真的需要。实例所测钢轨不平顺和车体加速度的相关性分析结果表明,对加速度数据进行EEMD处理,所得结果能反映钢轨不平顺幅值变化及所在的空间位置等信息。

弹性车轮作用下低地板有轨电车轮轨磨耗研究

为研究使用弹性车轮的车辆踏面以及运行弹性车轮的钢轨磨耗情况,基于Archard磨耗模型建立了轮轨磨耗预测模型,对不同轨道不平顺条件、不同曲线半径条件下的车轮踏面以及钢轨磨耗情况进行了分析。对比分析弹性车轮和刚性车轮,结果表明:在线路较差的情况下,弹性车轮具有更好的降磨效果;弹性车轮在曲线半径较小的线路上对磨耗的降低效果较小,随着曲线半径的增大,弹性车轮的降磨效果明显;运行弹性车轮时比运行刚性车轮时钢轨的最大累积磨耗量减小了33%;弹性车轮对曲线钢轨磨耗有一定的降低作用。

基于弹性车辆系统和OTPA方法的车辆振动传递特性分析

为了准确分析轨道车辆在较宽频域范围内的振动特性及传递规律,提出了一种基于弹性车辆系统动力学仿真模型的工况传递路径分析(OTPA)方法;建立了包含柔性轮对、构架和车体的弹性车辆系统动力学模型和与之结构参数完全相同的刚体模型,从时域的角度研究了轮对、构架和车体的振动特性,并将仿真结果与实测数据进行了对比,探究了弹性处理方式对车辆振动的影响,得出了振动能量的衰减规律;从频域的角度研究了在实测钢轨垂向不平顺的激励下,弹性车辆系统的振动特性;运用OTPA方法仿真分析了钢轨垂向不平顺结合车轮多边形的复杂工况下,车辆系统从轮对到构架至车体这一自下而上的振动传递过程当中垂向振动的主要传递路径。研究结果表明:车辆系统的弹性处理方式对整车振动有重要影响,弹性模型的轮对、构架和车体的振动加速度相比于刚体模型在中低频范围内更接近实测值,轴箱、构架和车体的最大振动幅值分别为250~450、30~40、3~4 m·s^(-2),由轮对至构架到车体,振动幅值呈一个数量级衰减;弹性模型的平稳性指标大于刚体模型,并且速度越大趋势越明显,车辆的弹性振动对运行性能的影响随着速度的提高而增大;车辆系统在复杂工况下,振动主要通过一系钢弹簧传递至构架,再通过空气弹簧和牵引拉杆传递至车内地板。