基于微观蠕滑饱和的地铁线路钢轨波磨发生概率及发展特征

聚焦轮轨接触行为,从微观角度研究了地铁线路上钢轨波磨的发生概率和发展特性.利用车辆−轨道多体动力学数值模型,并结合Modified-Fastsim切向接触算法,提出了蠕滑率饱和临界值用于分析轨面光滑和粗糙条件下不同曲率半径线路上的波磨发生概率.同时,采用Archard模型计算了轮轨接触斑的平均磨耗深度,进而分析了钢轨波磨的演化特征.结果显示,内外侧轮轨接触蠕滑在线路曲线半径小于450 m时均趋近于饱和,说明内外侧钢轨均具有发生波磨的可能性,而当线路曲线半径大于450 m时,钢轨波磨发生概率降低.轨面不平顺的存在能够导致轮轨接触产生反馈振动,从而提高轮轨系统钢轨波磨的发生概率.随着线路曲线半径的增加,轮轨接触斑平均磨耗深度趋于减小,且平均磨耗深度减小速率表现为先增大后降低,说明曲线半径越小,钢轨波磨磨耗程度越大,磨耗速率越快.内外侧(左右侧)接触斑的平均磨耗深度变化相似,外侧接触斑的平均磨耗深度在小半径曲线上略高于内侧,表明内外侧(左右侧)钢轨的磨耗程度和磨耗速率基本相似,但考虑到内外侧轮轨接触几何关系有所差异,外轨倾向于轨侧波磨,内轨则主要为轨顶波磨.

基于弓网监测的受电弓缺陷智能检测技术研究

城轨车辆在运行过程中,受电弓的工作状态是保证安全运营的重要因素。目前大多检测方法仍停留在人工检测阶段,存在效率低、无检测标准等问题。近年来随着人工智能技术的高速发展,解决了许多传统技术难以突破的难题。文章结合深度学习、机器学习和统计方法,提出了一种基于弓网视频分析的受电弓缺陷智能检测技术,该项技术可在嵌入式平台中部署智能识别算法模型,利用采集的视频监控图像进行实时处理、检测并识别受电弓故障缺陷。主要针对受电弓异物、弓角异常等常见故障进行了理论研究,并通过试验验证了该技术的实时性和有效性。

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。

基于挂轨机器人的智能巡检系统研究

文章简要描述了目前常见的巡检场景以及挂轨机器人巡检系统的应用场合,介绍了巡检系统在实际应用中一些功能,包括自主定位导航巡检、视频及环境检测、自主安全防护、语音对讲、自身状态检测等,然后介绍了基于挂轨机器人的智能巡检系统的设计,包括轨道、供电系统、机器人本体、通信系统、服务器系统、软件系统等,最后说明实物系统在新疆某厂房应用中取得了良好的巡检效果,为各行各业的机器人巡检提供参考和借鉴。

车轮磨耗对高速车辆侧向过岔动力学性能的影响

高速列车在长期运营过程中,车轮将发生随里程增加而不断增大的磨耗,为探究车轮磨耗对车辆侧向通过道岔时的动力学性能的影响,建立高速车辆-道岔耦合动力学模型,在综合考虑不同磨耗程度的车轮对转辙器区钢轨接触几何影响的基础上,研究具有不同磨耗程度车轮的高速车辆侧向通过道岔时对高速车辆动力学性能的影响。研究表明:随着车轮磨耗程度增加,高速车辆侧向过岔时的轮对运动姿态和车辆动力学性能发生较大变化,车轮运营里程达到20万km后,轮轨横向力较标准车轮型面减小了42%,车体横向振动加速度较标准车轮型面减小了16%,脱轨系数较标准车轮型面减小了38%;车轮发生磨耗后,车辆系统的动力学性能、行车安全性和舒适性均有一定程度改善。

城市轨道交通线路曲线段钢轨磨耗预测

为了精确预测钢轨磨耗,以及为工务部门进行钢轨打磨和线路维护提供指导,建立了城市轨道交通车辆-轨道耦合动力学模型,采用Hertz-FASTRIP(FastStrip)-USFD(University of sheffield)模型对钢轨磨耗进行了计算,对城市轨道交通线路曲线段钢轨磨耗的演变规律进行了预测。结果表明:LM型踏面与60 kg/m钢轨(以下简称“60钢轨”)接触时,其轮轨接触区域较大,且横移量较大时轮缘接触频繁。LM型踏面与60D钢轨接触时,其轮轨接触点在轨顶区域比较集中;相较60钢轨接触,其等效锥度更小,有利于车辆稳定运行;轮轨接触点集中在滚动圆附近,轮对横移量小于7 mm时,接触斑面积较小,法向应力较大,磨耗功较小。60D钢轨减轻了曲线外侧钢轨磨耗,且其在曲线外侧磨耗整体小于60钢轨。通过总重为5 Mt时,缓和曲线段60D钢轨最大磨耗深度为0.48 mm,相比60钢轨减小44.18%;圆曲线段60D钢轨最大磨耗深度为1.43 mm,相比60钢轨减小22.7%。60D钢轨可以进一步改善轮轨接触关系,并有效减小城市轨道交通线路曲线段的钢轨磨耗。

基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析

为阐明地铁直线轨道上的异常波磨现象,从轮轨滚动接触层面研究钢轨波磨特性。首先,调研实测线路波磨特征,并建立三维轮轨滚动接触有限元模型;然后,分析轮轨黏滑特性以及轮轨接触和钢轨磨耗特征,以期从微观瞬态角度解释钢轨波磨的演化过程;最后,结合系统稳定性分析,从宏观上表征钢轨波磨的发展趋势。研究结果表明,在无波磨工况下,轮轨接触未出现黏滑过程,因而钢轨波磨不会形成;在波磨工况下,轮轨接触出现了轻微的黏滑运动,进而促使初始波磨继续发展。对于轨面接触区域中的固定节点,其所在断面的应力和应变最大值会随着车轮运行逐渐从次表面转移至表面,由于断面损伤易发位置与应力和应变最大值密切相关,因此,损伤易发位置也会在次表面首先形成并逐渐转移至表面,这从微观角度说明波磨断面波峰/波谷的形成是一个由下而上的损伤累积过程;在车轮单次运行后,波磨区域发生了明显的不均匀相对滑移,进一步说明初始波磨仍处在发展过程中;轮轨系统不稳定振型对应频率与实测波磨通过频率相近,表明初始波磨将随着车轮运行逐渐加剧。

考虑轮对弹性的轮轨接触点算法

研究轮对动力学相关问题时要考虑轮对的弹性变形,本文在传统迹线法的基础上发展一种考虑轮对弹性的轮轨接触点计算方法。该方法通过计算滚动圆上的点和该点在轨道上的投影点的法向矢量确定可能接触点,形成接触迹线,根据迹线和轨道型面的垂向最小距离确定最终的接触点。利用该方法,本文建立单轮对刚柔耦合系统动力学方程来求解轮轨接触点,并通过刚性轮对与弹性轮对的计算结果对比,讨论轮对弹性变形对接触点位置和轮轨蠕滑率的影响。结果表明,该方法可有效解决考虑轮对弹性的轮轨接触计算问题。

基于线阵相机的接触轨几何参数动态检测系统

基于线阵相机的接触轨几何参数动态检测系统,采用高速线阵相机,通过光切法,获取接触轨目标图像,采用双目成像检测原理,同时结合车体偏移补偿,精确测量接触轨几何参数,采用实时定位系统,对检测数据进行定位。

直流1500V接触轨系统创新设计

在城市轨道交通正线及车辆段内供电授流制式均采用直流1500V接触轨系统的情况下,对需要重点关注系统安全设计、降低建设及运营成本的途径进行论述。从深圳地铁3号线工程的实际情况出发,基于RAMS管理方法,结合运营需求,对直流1500V接触轨系统的高架及地面区段进行分析和研究,包括综合防雷保护、紧急停电按钮(EPB)控制系统、接触轨带电显示装置、滑触线系统、新型材质防护罩、新型接地短路装置,阐述相关设计原理和系统构成,以指导相关产品的设计和研制。工程实践证明,这些创新设计与研究满足工程需求,取得较好的社会效益和经济效益。

钢铝复合接触轨在广州地铁4号线的应用

广州地铁4号线正线采用DC1500V钢铝复合接触轨供电方式,车辆段采用DC1500V架空柔性接触网供电方式,在车辆段出入段线设置网轨转换段,实现受电弓与集电靴的转换。对钢铝复合接触轨在选材、设计及应用方面进行介绍,对接触轨与刚性、柔性接触网的性能进行比较,并就该套设备在实际运行中出现的问题进行分析与探讨。

基于线阵相机的接触轨几何参数动态检测系统

基于线阵相机的接触轨几何参数动态检测系统,采用高速线阵相机,通过光切法,获取接触轨目标图像;采用双目成像检测原理,同时结合车体偏移补偿,精确测量接触轨几何参数;采用实时定位系统,对检测数据进行定位。

轮轨高速电气化铁路接触网用接触线的研究

根据轮轨高速电气化铁路接触网用接触线的要求 ,结合我国目前接触线的生产现状 ,研讨了接触线研究、开发的可能性 ,在综合分析抗拉强度与导电率的矛盾 ,接触线的允许最高强度、最大截面、耐磨性及抗疲劳性等技术特性 ,国产化的可能性和现实性后 ,指出应研究开发镁铜合金、锡铜合金和铜包钢接触线。另外 ,对现有的银铜类合金接触线应改善它的平直度 ,以降低离线率 ,使质量达到国外同类先进产品的水平。并建议及时组织机械和铁道系统的研究、设计和制造单位的专家进行技术论证和工作协调 ,做好高速接触网用接触线研究开发的前期工作 ,为国产化统一和明确方向 ,以赶上京—沪轮轨高速电气化铁路对国产接触线的需要 ,加速高速、准高速接触网用接触线国产化的进程。

地铁线路轨距对轮轨接触行为的影响

为揭示地铁线路轨距对轮轨接触特性的影响,基于轮轨接触几何关系、Kalker三维非Hertz弹性体滚动接触理论及其数值程序CONTACT,利用我国地铁车辆常用的LM型面与CHN60钢轨,计算轨距对轮轨接触几何参数和力学特性的影响。研究结果表明:轨距加宽引起相同横移量下轮轨接触点偏向钢轨中心位置;轮轨接触滚动圆半径和接触角减小,增大了滚动圆半径和接触角剧增的横移量,导致轮缘不易产生贴靠;与标准轨距相比,轨距变窄引起轮轨接触斑横向分布变窄,纵向分布变宽,接触斑面积减小;轨距加宽至1437 mm后接触斑开始出现黏着区,加宽至1439 mm时接触斑内黏着区面积显著增大,其接触斑面积增大77%,减小轮轨的滑动行为;轨距在1433~1439 mm之间变化,轮轨接触斑内正应力和切应力显著降低,轮轨体内最大等效应力显著减小,且等效应力沿纵向分布范围变宽,沿深度方向影响范围增大,可避免等效应力的集中作用。轨距加宽有利于地铁线路轮轨关系的匹配,减轻轮轨间的磨耗和疲劳伤损。

考虑非对称轨底坡的轮轨滚动接触应力分析

研究目的:针对我国地铁线路钢轨因施工误差导致的非对称轨底坡处易出现疲劳伤损现象,利用我国地铁车辆常用的LM型面与CHN60钢轨,基于轮轨接触几何关系和Kalker三维非赫兹弹性体滚动接触理论及其数值程序CONTACT,分析非对称轨底坡对轮轨接触几何参数和轮轨接触力学特性的影响,揭示引起轮轨滚动接触疲劳的原因。研究结论:(1)随着轨底坡的减小,轮轨接触点对分布趋向于轨距角一侧,接触点对分布范围变窄,且轮轨接触斑面积减小,滑动区增大;(2)横移量小于4 mm时,右轨侧1/30、1/40、1/50三种轨底坡下的最大法向接触应力相差不大,但均明显高于轨底坡为1/20的值;在5~8 mm横移量范围内时,相同横移量下轮轨接触应力随着轨底坡的减小而增大;(3)同一横移量下轮轨体内最大等效应力值随着轨底坡的减小而增大,右轨侧轨底坡从1/20减小至1/50时最大等效应力均增加了60%左右,且等效应力沿纵向分布范围变窄,沿深度方向影响范围变小,等效应力作用趋于集中;(4)轨底坡的减小引起轮轨表层接触应力增大及轮轨体内等效应力增加,可能引起轮轨材料从表层到深度领域内的疲劳破坏,缩短轮轨的使用寿命;(5)本研究成果可为我国地铁线路检测、维修及轨底坡设置等提供参考。

基于多项式拟合的轮轨滚动接触几何计算方法

提出了一种改进的基于多项式拟合的轮轨接触几何计算方法,通过分段多项式拟合得到轮轨踏面的函数,并应用于轮轨滚动接触几何的计算。计算结果表明,与实时迹线法相比,该方法的计算效率可提高40%,同时又能保证精度要求。

轮轨型面及系统参数对轮轨空间接触几何关系的影响

利用基于迹线法而编制的轮轨空间动态接触几何关系的电算程序 ,分析和比较了不同类型踏面与不同类型钢轨配合使用时的接触几何状态 ,讨论了轮对摇头、轨底坡、轨距、轨顶面高差及钢轨翻转对接触几何参数的影响。结果表明 。

基于空间矢量映射的新型轮轨接触点算法

针对铁道车辆动态轮轨接触问题提出一种新的轮轨几何接触算法——空间矢量映射法。空间矢量映射法根据空间矢量映射原理和轮轨外形的基本特征,将轮轨接触视为空间曲面接触,以轨道截面为基准,以轨面宽度作为轮轨可能接触的最大范围,采用一定的接触点寻找和判定原则,准确地找到车轮在不同横移量和摇头角下的轮轨接触点。并自编一套轮轨关系软件TPLWRSim,以LMA型车轮踏面为例,分别建立轮对与轨道、轮对与滚轮和轮对与槽型轨的三维模型,仿真不同轮对姿态下的轮轨接触状态,并通过与轮轨接触几何外形和磨耗后的车轮踏面接触几何关系的对比验证算法的准确性和有效性。仿真结果表明此算法可很好解决铁道车辆的轮轨几何接触问题,能快速准确地求出轮对任意姿态下与轨道的接触点,并对不同踏面和轨道外形具有很好的适应性。

新型城市轨道交通牵引供电制式的探讨

介绍了国内城市轨道交通牵引供电制式的现状,阐明了目前各牵引供电制式普遍存在的问题,论述了牵引供电制式的选择原则,分析了四轨供电技术的优缺点,提出了采用网轨混合型牵引供电方式是在现有情况下解决当前存在问题的途径。

城轨直流氧化锌避雷器爆炸事故分析及预防措施

在分析了带脱离装置的氧化锌避雷器的结构及工作原理的基础上,对国家铁道试验中心城市轨道交通装备试验线直流氧化锌避雷器爆炸事故进行了分析,提出了预防措施,对后期避雷器的维护和安全运营具有参考意义。