不同牵引特性城轨列车车轮磨耗与疲劳研究

针对列车频繁牵引起动对车轮磨耗与疲劳损伤产生的影响问题,在恒定牵引力的基础上,探究了不同牵引特性曲线恒功率区转折点速度对车轮磨耗与疲劳的影响规律。采用SIMPACK和MATLAB软件进行联合仿真,建立了不同牵引特性下城轨列车动力学模型和基于Archard的车轮磨耗模型,分析在牵引电机不同起动转矩下牵引特性曲线恒功率区转折点速度对城轨列车轮轨蠕滑率、车轮磨耗深度、磨耗面积以及疲劳指数的影响规律。结果表明:列车牵引起动过程中,电机起动转矩越大,轮轨蠕滑率、车轮磨耗深度和磨耗面积也越大,而疲劳指数则越小;电机起动转矩一定时,随着列车牵引特性曲线恒功率区转折点速度的增大,轮轨蠕滑率、车轮磨耗深度和磨耗面积也增大,疲劳指数则有所减小;当电机起动转矩从800 N·m增大到1400 N·m,车轮磨耗深度和磨耗面积增长率最大为6.9%和12.6%,而疲劳指数下降率最大为7.2%;当恒功率区转折点速度从50 km/h增加到80 km/h,车轮磨耗深度和磨耗面积增长率最大为4.4%和4.3%,疲劳指数下降率最大为1.9%。本文研究了车辆起动转矩与恒功率转折点速度变化对车轮磨耗与疲劳的影响规律,可为车辆牵引特性设计和电机控制以及车轮运维提供参考。

城市轨道交通列车轮轨垂向力测量方法

[目的]城市轨道交通运营中通常会出现大量的隧道病害,列车轮轨力是各种病害的主要成因,因此,需在不影响城市轨道交通列车正常运营的条件下,对列车轮轨垂向力的测量方法进行研究。[方法]以成都地铁7号线茶店子站—一品天下站下行区间道床剥离病害为研究对象,基于弯矩差法理论,采用ANSYS有限元软件建立了静荷载及动荷载作用下的钢轨有限元模型,并对其进行了数值模拟分析。在室内对1根长2 m、3跨布置的钢轨进行了标定试验。[结果及结论]静荷载数值模拟分析表明,钢轨测点可选择在钢轨跨中轨底上表面边缘两侧位置;当钢轨跨中位置受到垂向力作用时,该点沿钢轨方向的应变最大,且应变随垂向力线性增加。通过标定试验测得的标定系数为0.6260×10^(6)kN,而数值模拟测得的标定系数为0.6441×10^(6)kN,两者偏差仅2.8%,可通过静荷载标定试验确定标定系数。轮轨垂向力的测量方法可以更好地评估轨道结构和列车运行的安全性,及时发现安全隐患,并采取相应措施进行修复和改进。

城市轨道交通大跨度桥梁轮轨噪声实测与分析

为探究城市轨道列车通过大跨度桥梁时的轮轨噪声特性,以重庆轨道交通6号线东水门长江大桥以及环线朝天门长江大桥为研究对象,采集列车通过大桥时的噪声实测数据,分析比较噪声频谱特性与能量特性,并总结规律。结果表明:大跨度桥上轨道列车产生的轮轨噪声呈现宽频特征,声压级频谱曲线呈现“中间高、两边低”的趋势;钢桁系杆结构的拱桥噪声峰值集中于800 Hz处,并且结构噪声在63~80 Hz范围内产生了一个相对峰值,而钢桁架梁斜拉桥的噪声峰值所在的频段更高;三跨连续钢桁系杆拱桥的噪声频谱宽、幅值大,其噪声远大于钢桁架梁斜拉桥,中高频段范围的轮轨噪声尤为显著。

基于实测数据的车辆轮对磨耗模型研究

[目的]基于上海轨道交通17号线列车轮对实测数据,研究轮对磨耗规律,建立轮对轮缘厚度和轮径磨耗模型,以提高城市轨道交通车辆的安全性和维护效率。[方法]对轮对实测数据进行预处理,消除数据误差;采用曲线拟合和误差分析方法建立轮缘厚度和轮径的磨耗模型,并以磨耗速率拟合标准差,以及真实值与误差拟合曲线之间误差值的拟合标准差作为该模型的评价指标,评估轮缘厚度及轮径磨耗模型的准确性;分别针对1701次和1721次列车进行轮对磨耗模型验证。[结果及结论]1701次和1721次列车轮对轮缘厚度磨耗速率4次拟合曲线的拟合标准差,以及真实值与误差拟合曲线之间误差值的6次拟合曲线的拟合标准差均接近于零,验证了该车辆轮对磨耗模型的准确性,能够精确预测上海轨道交通17号线同一车型不同列车及同一列车不同位置的轮对磨耗情况。

城市轨道交通轮轨力间接测量法仿真验证

针对现有传统轮轨力直接测量法测力轮对安装复杂、前期贴片与标定操作难度较大且成本较高等问题,以现有的相关研究为基础,以城市轨道交通列车为研究对象,利用Simpack动力学软件对轮轨力间接测量法进行仿真验证。推导出轮轨力间测量法的理论公式,利用Simpack软件,建立车辆-轨道动力学仿真模型,通过运算得出直线段轮轴横向力与轮轨垂向力两者在不同工况下误差的50%、75%、90%与最大值。结果表明,间接测量法具有较高的测量精度,为城市轨道交通轮轨力测量提供可选方案。

电子导向胶轮系统面临的问题及建议

电子导向胶轮系统作为一种低运量轨道交通系统,虽然目前发展形势尚不明朗,但中国城市轨道交通协会发布的团体标准《城市轨道交通分类》(T/CAMET 0001—2020)已将其纳入其中,国内部分轨道交通车辆制造企业已研发电子导向胶轮电车并在部分城市实现应用。结合电子导向胶轮系统应用情况,对电子导向胶轮系统发展过程中面临的问题进行分析,阐述电子导向胶轮系统在审批、标准、车辆许可、驾驶人资格等方面面临的问题,并提出助力电子导向胶轮系统快速发展的部分建议:简化电子导向胶轮系统等低运量轨道交通项目审批程序,参照电子导向胶轮系统相关团体标准进行电子导向胶轮系统建设和运营,将电子导向胶轮电车界定为城市轨道交通车辆,地方公安交通管理部门负责对电子导向胶轮电车车辆及驾驶人进行备案。

基于轮轴蠕滑率检测的列车测速方法

[目的]城市轨道交通系统中,列车测速定位技术可为列车自动驾驶、避撞、调度指挥等众多应用提供信息支撑。目前列车控制系统结构功能日趋复杂,随着城市轨道交通运营效率、服务等级的持续提升,对列车测速定位的性能要求越来越高,需进一步提升ATP(列车自动防护)系统在不同场景下的测速定位能力。[方法]提出了基于轮轴蠕滑率检测的列车测速方法,首先介绍了列车测速定位系统的结构,阐述了基于轮轴蠕滑率的列车测速技术流程。然后对轮轴蠕滑理论进行了阐述,对多普勒雷达的测速误差进行建模,得到雷达最大参考速度,以此为基准计算轮轴的蠕滑率,针对不同的蠕滑率对里程计速度施加不同程度的补偿。最后利用现场试验数据,对所提的测速方法进行验证。[结果及结论]试验结果表明,列车制动阶段的大部分时间内轮轴均处于小蠕滑状态,对里程计速度施加较小补偿后的列车最大速度低于既有ATP计算的最大速度。在列车最小速度不变的情况下,该方法在保证安全的前提下,显著提高了列车运行速度的测量精度。

考虑磨耗及不等厚辐板的轨道车轮振动声辐射特性

为了降低轨道车轮振动的声辐射,以双S型辐板车轮为研究对象,建立了反映磨耗及不等厚辐板的9种城市轨道车轮三维有限元模型,分别获得了车轮在各阶振动模态下的固有频率及结构振型,对比分析了不同车轮的声功率级响应曲线,从而得到车轮在不同磨耗条件及不等厚特征情况下的声辐射水平。研究结果表明:与初始现役车轮相比,辐板上部不等厚车轮在峰值声功率级上降低了13.82 dBA;随着踏面磨耗加深,车轮的噪声逐渐增大;辐板上部不等厚车轮在不同磨耗下的最大声功率级均小于初始现役车轮。

城市轨道交通阻尼环车轮的降噪研究

目的:在城市轨道交通的发展普及和列车及环境振动噪声备受关注的背景下,为了提升乘客的乘车体验及舒适性,需对车轮降噪进行研究。方法:基于轮轨噪声的产生机理分析,从车轮设计角度出发,提出了低噪车轮选型。通过阻尼环降噪车轮的阻尼比分析,降噪车轮的材料及热处理工艺研究,从而掌握低噪声车轮研发的关键技术。结果及结论:研究结果表明:在ER9材质的基础上通过Cr、Al元素合金成分优化以达到降噪车轮的高塑韧性要求,从而保证ER9材质的降噪车轮具有较好的机加工性能,保证阻尼槽的加工精度;同时,通过制定相匹配的新型热处理工艺,保证了车轮强硬度水平,进而达到车轮使用寿命要求。阻尼环降噪车轮的降噪性能检测表明:在车轮自由状态下,由单环增加到双环,降噪量有所提高,但阻尼环的直径对车轮振动声辐射影响不显著;双环全预紧阻尼环车轮较单环全预紧阻尼环车轮,在径向激励下降噪效果增加了5.7 dB(A);在轴向激励下降噪效果增加了7.1 dB(A)。

上海轨道交通1号线01A07型列车车轮轮缘异常磨耗分析

上海轨道交通1号线01A07型列车车轮存在轮缘异常磨耗情况,既影响列车运行安全,又增加维修成本,需研究解决车轮轮缘异常磨耗问题。基于上海轨道交通1号线01A07型列车轮缘实测数据,分析了该型列车的轮缘厚度和轮缘综合值,分析结果表明,该型列车车轮的主要磨耗为轮缘磨耗,且左右车轮轮缘磨耗不均匀,左侧磨耗较右侧严重。基于轮缘厚度、轮缘高度、轮径和运营里程构建了Kriging模型,并用该模型对车轮各参数进行预测,结果表明,该模型能对车轮参数进行预测,预测结果具有一定的理论参考性,但模型是在理想状况下进行拟合的,且拟合的样本本身存在一定误差,因此个别预测数据误差较大,整体预测精度待提高。最后给出了改善车轮偏磨现象和解决模型预测精度问题的建议。

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。

车轮踏面粗糙度对基于惯性基准法的钢轨波磨检测结果影响分析

通过在地铁电客车上搭载检测设备,并基于惯性基准法实现轨道波磨快速检测已成为一种重要的技术手段。将车轮踏面粗糙度,多边形车轮以及钢轨表面粗糙度作为输入激励,建立车辆-轨道耦合多体动力学数值模型,分析车轮磨耗对基于惯性基准法的轨道波磨检测结果的影响。研究结果表明:随着钢轨波磨的加剧,当其特征波长对应的粗糙度级超过车轮踏面粗糙度级接近20 dB时,车轮踏面粗糙度的存在对钢轨波磨特征波长幅值的检测精度影响很小;车轮踏面粗糙度与钢轨波磨特征波长接近且车轮踏面粗糙度幅值与钢轨波磨特征幅值之比大于0.5时,钢轨波磨检测结果的特征幅值显著增大。此时应及时进行车轮镟修对以保证检测结果的精确性。

基于城轨新材质车轮性能的分析研究

为提高城轨车辆车轮的硬度和强度,大幅提升车轮材料的力学性能与服役表现,文章对车轮的化学成分、拉伸性能、硬度均匀性、显微硬度、踏面变形层EBSD组织、磨损性能均匀性进行分析研究。结果表明:高Cr高V的车轮比低Cr低V的车轮强度和韧性高;两种车轮的表面变形层显微硬度分布均表现出较大的波动性,低Cr低V车轮表层硬化程度较高Cr高V车轮显著;低Cr低V车轮局部表层晶粒变形和细化程度以及塑性变形和位错密度高于高Cr高V车轮,随着距离踏面深度的增加,两种车轮表面变形层微观组织结构差异逐渐减小。材料抗磨损性能随深度增加而缓慢下降;高Cr高V车轮强度和韧性指标高于低Cr低V车轮。

基于PSO-BP神经网络的城轨列车转向架轮对轴箱故障预测

为更好地预测城轨列车故障率,提出基于粒子群算法优化的BP神经网络(PSO-BP)的故障率预测模型,对城轨列车转向架轮对轴箱进行故障率预测。采用Matlab中的Newff函数,运用误差反向传播神经网络(BP)和粒子群算法优化的BP神经网络(PSO-BP)分别对城轨列车故障率预测、建模和仿真。结果表明PSO改进的BP神经网络故障率预测模型的效果明显优于传统BP神经网络预测模型。

基于PSO-SVM模型的城轨列车轮对尺寸预测

为了及时掌握轮对尺寸信息,从而保证列车正常运行,提出了建立粒子群优化支持向量机模型对轮对尺寸进行预测的方法.介绍了粒子群优化算法(PSO)及支持向量机(SVM)的相关概念,并利用粒子群优化算法能够实现快速全局优化的特点对支持向量机进行参数优化,解决了支持向量机参数选择盲目性的问题.以某城轨列车轮径值为研究对象,建立基于PSO-SVM的轮对尺寸预测模型,对轮径值进行预测分析.结果表明,轮径值预测相关度达到0.94,证实了建立的预测模型在轮对尺寸预测方面的可行性及有效性.

制动模式对城市轨道车辆车轮异常磨耗的影响分析

介绍了城市轨道车辆车轮异常磨耗情况,对由制动模式引起的车轮异常磨耗原因进行了分析,其中包括电制动消失点速度,拖车、动车空气制动力分配比例对车轮异常磨耗的影响等,最后从制动模式角度对有效解决城市轨道车辆车轮异常磨耗的问题提出了若干建议。

一种城市轨道车辆轮对参数动态检测新方法

为提高城市轨道车辆轮对关键参数的动态检测精度,提出一种在轮轨接触处开辟"检测窗"的轮对参数非接触动态检测新方法.建立轮对踏面图像采集几何映射模型及检测坐标系,利用坐标变换确立了轮对关键参数的计算方法.根据城市轨道车辆轮对现场实际应用规定,对光切面检测窗口关键参数进行选定.建立轮对参数动态检测实验平台,对轮对关键参数进行了检测试验.结果表明,相对于接触式检测,利用本文提出的方法所获取的轮对关键参数误差均低于1%,说明该方法具备良好的检测精度.在轮轨接触处开辟检测窗进行轮对参数动态检测,可使光源位置和摄像位置基本保持不变,从而可以有效保证轮对参数检测精度.

城轨车车轮轮对热容量有限元分析

为了模拟城轨车车辆运行时踏面在制动过程中的温升情况,建立了城轨车车轮的三维有限元模型,基于传热学和有限元理论,对城轨车车轮的温度场进行模拟仿真,并通过对城轨车实际制动过程的分析,选择设计方案中的车轮制动参数,在初速度为90 km/h前提下,针对车轮初始温度为30℃时,对两种制动工况(两次紧急制动与全程往返空气制动),进行了某型城轨车车辆动车车轮的热容量计算.

高架铁路环境噪声空间分布特性及控制措施效果研究

城市轨道交通快速发展的同时也引发相应的环境问题,特别是高架区域噪声问题已成为环境投诉的热点。以杭州地铁1号线高架段为研究对象,分别对直立式声屏障、全封闭声屏障与减振垫相互组合的降噪断面进行现场测试,分析不同组合降噪措施下高架沿线环境噪声的空间分布特性及其噪声控制效果。结果表明:采用减振垫可以有效减少轮轨振动能量向桥梁传播,从而降低桥梁结构噪声,但同时增大轮轨相互作用,导致轮轨噪声增加。减振垫对城市轨道交通噪声的控制效果具有明显的空间分界性,在接近地面区域对桥梁结构噪声具有良好的降噪效果,而在轨面附近轮轨噪声却增强;全封闭声屏障相对直立式声屏障能够更加有效地控制轮轨噪声的传播。在城市轨道交通高架段中有必要采取轨道减振措施以降低桥梁结构噪声,并根据实际需求利用声屏障控制轮轨噪声的传播。

城市轨道交通轮轨噪声主动控制措施应用研究

城市轨道交通快速发展的同时也带来一定的噪声污染,轮轨噪声是城市轨道交通主要的噪声源之一。为了有效降低轮轨噪声,提升服务质量,结合典型区间噪声测试,对城市轨道交通轮轨噪声影响因素进行分析。针对性研究速度调整、钢轨打磨、车轮镟修、钢轨阻尼降噪装置等主动控制措施的降噪效果,并提出轮轨噪声的防、治措施建议。结果表明:(1)轮轨噪声随车速变化明显,每减速20 km/h,列车内噪声降低5 dB(A);(2)轮轨噪声与车轮、钢轨磨耗状态密切相关,钢轨打磨能降低车内噪声3~5 dB(A),车轮镟修能够降低车内噪声4~6 dB(A);(3)钢轨阻尼降噪装置能降低轨旁噪声7 dB(A)。