钢轨轨头内多元高斯声场模拟及其缺陷响应

钢轨不规则的几何外形造成超声检测时缺陷信号难以准确提取。根据多元高斯声束理论,结合轨头的几何参数及声学性能、探头及耦合剂的特性参数,建立了超声波在轨头内传播的多元高斯声束模型,以此研究不同探头频率、晶片直径下轨头区的声场分布规律,探求入射角、踏面曲率对声场的影响,并分析各情况下探头的有效检测区域;基于建立的轨头内多元高斯声束模型,结合基尔霍夫近似获得的散射模型,建立超声测量模型,实现轨头内缺陷响应的回波预测。通过对轨头内的横通孔进行模型预测与实验检测,两信号主体部位的峰值峰位均良好吻合,验证了该方法的有效性,研究成果对钢轨超声检测工艺有积极的理论指导意义。     

钢轨超声检测中的变型波分析

对钢轨超声检测中发现的裂纹采用通用数字式超声波探伤仪进行手工复核时,发现轨腰裂纹反射回波后方存在1处未知异常反射,与钢轨探伤仪B显图不同。通过验证排除钢轨存在第2处伤损,证明异常反射是由裂纹改变声束走向产生的固定反射回波。这主要因为超声波探伤仪是按照理想条件下的横波检测状态进行参数设置,当波型转换发生以后,声波的传播速度及角度均与原定参数发生很大改变,导致接收到伪缺陷信号,而设备仍按照设定参数显示相关信息,从而误导探伤人员对反射信号的分析判别。指出钢轨螺栓孔及导电孔超声检测中也会出现波型转换现象,并给出其变型纵波及传播路径。     

基于磁致伸缩换能器阻抗匹配网络的设计

在电磁超声检测中,针对磁致伸缩换能器换能效率低,接收到的信号通常十分微弱的问题,设计了一个在激励线圈和功率放大器之间的阻抗匹配电路,使之可以在30~150 kHz内的能量传输效率增大。通过Smith圆图法确定元器件数值并用阻抗变换得到的公式去验证,设计出阻抗匹配网络。该网络可以增大传输功率,提高激励线圈上的电流。仿真和实验结果表明:增加阻抗匹配电路,可以有效提高激励电流,进而增加电磁力,使得磁致伸缩效果明显,功率传输效率有效提高。     

钢轨轮廓全断面检测中轨廓动态匹配方法研究

钢轨轮廓匹配是钢轨廓形检测的关键步骤,决定轨道几何参数检测精度。在高速动态条件下实现检测钢轨轮廓与标准钢轨轮廓高精度自动匹配,是轨道几何参数高精度动态测量面临的重要问题。本文对钢轨轮廓高精度自动匹配方法进行了研究。首先,根据标准钢轨轮廓曲线曲率固有特征信息,对检测获取的轨腰和轨底廓形中不同圆弧、线段之间切点进行自动识别,实现不同圆弧、线段自动分割;然后,对获取的不同圆弧添加半径约束进行非线性拟合,准确提取各圆弧圆心坐标;最后,针对道岔处钢轨廓形复杂特点,提出采用Kalman滤波器对检测获取的标准轨腰和轨底特征点进行连续在线跟踪和预测,并根据结果构建道岔钢轨虚拟标准轨腰和轨底,以解决道岔处钢轨轮廓匹配问题。将该方法已在轨道检测车中进行实际应用,证明其是切实可行的。     

无砟轨道电磁特性仿真分析

分析客运专线无砟轨道钢筋混凝土结构对钢轨周围的电磁环境的影响,得出了钢筋磁导率、轨底与上层钢筋之间距离对钢轨上方磁场分布情况的影响。介绍轨面电磁环境的改变对机车信号接收线圈产生的影响。仿真在考虑牵引回流中谐波和噪声成份的情况下,钢轨周围磁场的分布情况。     

基于探头声场特性的钢轨超声检测研究

摘要：在分析钢轨主要缺陷分布规律的基础上,引入多元高斯声束模型,结合钢轨形状特征进行了圆形平面探头和矩形平面探头辐射入钢轨内声场的模拟。通过钢轨内部的声场分析模拟,确定各探头的有效检测区域,并对相应的钢轨超声检测工艺开展研究。针对钢轨内部不同位置缺陷进行了超声检测实验,实验结果的A波图显示：轨头内部、轨底及轨腰部的缺陷能够被有效检测,与超声探头声场模拟结果预期能够良好吻合。     

城市轨道交通连续桩板结构上无缝线路纵向力分析

连续桩板结构与无缝线路间的梁轨相互作用规律复杂,为研究该结构上无缝线路的纵向力规律,以福州地铁6号线某一连续桩板结构过渡段为工程背景,运用梁轨相互作用原理,建立此过渡段梁轨相互作用有限元模型,进而分析该过渡段上无缝线路纵向力规律。研究结果表明:钢轨制动力受桥梁跨数,结构纵向刚度以及制动荷载位置的影响较大;简支梁桥上列车制动时,应以制挠力为分析指标;桩板结构上列车制动时,可以制动力为主要分析指标。桩板结构上钢轨伸缩力呈对称分布,且远大于简支梁桥上的钢轨伸缩力;增设变形缝能显著减小桩板结构上的钢轨伸缩力。对于长距离连续桩板结构,可在结构中点处设置钢轨伸缩调节器;钢轨断缝值受桩板结构温降影响显著,两者呈线性变化。     

有轨电车小半径曲线连续钢梁桥上无缝线路布置及其伸缩工况

为研究有轨电车小半径曲线连续钢梁桥上铺设无缝线路，利用有限元法建立轨道-桥梁曲线线型相互作用模型，分别对有缝线路布置、不设钢轨伸缩调节器无缝线路布置、设钢轨伸缩调节器无缝线路布置进行了降温伸缩工况计算。研究结果表明：有缝线路轨缝在大跨度桥梁梁端较难协调桥梁伸缩位移，轨缝存在夏季顶死、冬季拉大的病害；不设钢轨伸缩调节器的无缝线路导致曲线连续梁桥墩承受较大的钢轨温度力径向分力，曲线与直线线型衔接处存在轨向不平顺；设钢轨伸缩调节器的无缝线路通过钢轨伸缩调节器释放了钢轨温度力，桥墩承受的钢轨温度力径向分力较小。考虑到梁轨的纵向和横向耦合作用，采用曲线线型建立计算模型较为符合实际工况。     

基于二维激光位移传感器和遗传算法的钢轨磨耗动态检测系统

介绍钢轨磨耗动态检测原理,提出基于二维激光位移传感器的钢轨磨耗动态检测方法。钢轨磨耗动态检测系统采用车载形式安装在检测车构架上,车辆走行过程中实时检测钢轨磨耗参数;在数据后处理中,利用遗传算法对轨腰和轨底之间的特征圆进行拟合,减小了由于车辆振动引入的拟合误差。钢轨磨耗动态检测系统已在国内地铁检测车中得到应用,检测精度满足用户要求。     

大跨度连续梁支座布置对桥上无缝线路钢轨附加力的影响分析

桥梁的温度跨度是影响桥上无缝线路附加力的最重要的因素之一,合理的布置桥梁支座可以有效地减小钢轨伸缩力。综合考虑钢轨、轨枕、扣件、道床及梁跨结构相互作用,建立了连续梁桥上无缝线路梁-轨相互作用模型,重点分析了桥梁支座布置对钢轨伸缩力的影响,通过计算,优化桥梁支座布置形式,减小了钢轨附加力,对桥上无缝线路的设计有一定的指导意义。     

大跨度公铁平层斜拉桥上无缝线路纵向力研究

为研究钢轨伸缩调节器及小阻力扣件对大跨度公铁平层斜拉桥上梁轨相互作用规律的影响，以某大跨度公铁平层斜拉桥为研究对象，基于梁轨相互作用理论，建立大跨度公铁平层斜拉桥上无缝线路纵向力分析有限元模型，对不同工况下斜拉桥上梁轨相互作用规律进行研究。研究结果表明：在公路及铁路列车荷载作用下，对于大跨度公铁平层斜拉桥上无缝线路而言，在主桥两侧设置钢轨伸缩调节器，可大幅降低梁轨间的相互作用力，并能满足钢轨强度及稳定性限值要求；当在主桥两侧布置钢轨伸缩调节器且伸缩调节器基本轨一侧分别铺设100 m小阻力扣件时，钢轨总应力及纵向总压力分别为243.6 MPa, 716.9 kN,能够满足钢轨强度及轨道稳定性要求，且减少小阻力扣件的应用。     

混合梁斜拉桥钢轨扣件和伸缩调节器合理布置

以某货运专线大跨度箱型主梁混合梁斜拉桥建设为工程背景,建立了桥上长钢轨与桥梁结构系统纵向相互作用空间分析模型,系统计算分析了桥上钢轨扣件型式和伸缩调节器布置对轨-桥系统纵向相互作用的影响,提出了钢轨扣件和伸缩调节器合理布置方案。研究结果表明,桥上铺设小阻力扣件可使钢轨制动力幅值略有减小,伸缩附加力最大值明显减小,挠曲力幅值有所减小,在主桥两端设置钢轨伸缩调节器对降低轨-桥系统纵向相互作用力效果最佳。     

简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道伸缩力影响因素分析

桥上无砟轨道受力比较复杂,桥上无砟轨道无缝线路的稳定性直接影响高速列车的行车平稳与安全。基于有限元法和梁轨相互作用理论,建立了6×32 m混凝土简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究温度荷载作用下钢轨、轨道板及底座板的受力变形特性,并对相关影响参数进行分析。结果表明:在温度荷载作用下,钢轨伸缩力的峰值出现在桥梁墩台及跨中,钢轨的纵向位移呈现先增后减的趋势,在中间两跨达到最大值,钢轨和轨道板的纵向伸缩趋势基本一致,表明扣件起到了很好的约束作用;桥上采用小阻力扣件可改善桥上无缝线路梁轨相互作用,但要充分考虑轨板相对位移不能过大,保证钢轨在桥台处的爬行能够得到有效控制;从减小桥上轨道结构伸缩力及纵向位移考虑,桥梁墩台固定端纵向刚度不宜过大。     

钢轨伸缩调节器对桥上无缝道岔的影响

采用有限元软件ANSYS,建立连续梁桥上有砟轨道无缝道岔的线-桥-墩一体化有限元模型,分析在不同工况下,设置钢轨伸缩调节器的无缝道岔受力和变形的分布规律。通过对不同工况下的基本轨纵向力、基本轨伸缩位移的计算结果进行对比分析,得出距岔前钢轨伸缩调节器60 m以上,基本上消除其对道岔纵向稳定性的影响;距岔后钢轨伸缩调节器45 m以上,其对道岔纵向稳定性的影响可控制在3 mm内;岔后设置钢轨伸缩调节器优于岔前设置等结论。     

磁屏蔽对机车信号环线测试的影响及改进方案

针对传统的机车信号测试环线安装在钢轨内侧轨腰,存在磁屏蔽、安装成本高、施工和维护困难等缺点,在分析了磁屏蔽产生的原因后,设计并实现了一种综合成本低廉、安装方便,避免构成磁屏蔽的机车信号环线测试的技术方案。该技术方案在钢轨上或者水泥地面上通过尼龙支架固定测试环线。实践证明,使用尼龙支架固定测试环线的安装方式效果良好、设计合理,能满足机车信号的正常检测,达到了优化的预期目标。     

重载铁路钢轨铝热焊接头S形断裂失效原因分析

采用扫描电子显微镜、光学显微镜、直读光谱仪、布氏硬度计对重载铁路钢轨铝热焊接头S形断裂件的断口微观形貌、金相组织、化学成分、硬度进行了检验分析。结果表明:铝热焊接头伤损属于起源于轨腰焊筋表面缺陷处的纵向裂纹引起的钢轨S形断裂;轨腰焊筋尖端表面存在大尺寸疏松缺陷是轨腰纵向裂纹产生的主要原因;同时焊缝内部存在缩孔和大量疏松缺陷,降低了焊缝强度,促进了裂纹的快速扩展,最终导致脆性断裂。     

基于钢轨轮廓特征的钢轨探伤车轮探头对中方法与应用研究

大型钢轨探伤车为保障铁路安全起到重要作用,在检测作业时轮探头应始终与钢轨中心线对齐。分析机械涨轮式、电磁感应式、对中轮探头式、一维激光测距式、激光摄像式5种对中方式的特点。利用二维激光传感器采集钢轨内侧轮廓数据,选用轨顶点、轨头点簇、轨腰点簇作为钢轨轮廓特征。设计4个判据用于钢轨轮廓的可用性判别,根据不同线路条件设计了4种工况的判据组合与计算钢轨距离基准。对中系统参数标定时将钢轨探伤车停在平直的轨道上,调节激光器相对于大地坐标系旋转角度α,使轨腰点簇的斜率近似为0。在人工伤损线和既有线路进行检测试验,传感器的数据可靠、维护方式简单,可满足轮探头对中系统的要求。     

简支梁桥上嵌入式轨道钢轨伸缩变形和受力算法研究

为研究简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路钢轨伸缩变形和受力的分布规律,基于梁轨相互作用推导其伸缩变形和受力的解析算法,求解钢轨纵向位移、梁轨相对位移及钢轨伸缩力,分析梁体温度变化、纵向刚度比、桥墩纵向刚度以及桥梁跨数对嵌入式轨道结构伸缩变形和受力的影响。研究结果表明:解析算法求解结果与有限元分析结果吻合良好;梁体温度变化对嵌入式轨道结构的变形和受力影响显著,而纵向刚度比、桥墩纵向刚度和桥梁跨数的影响较小;梁轨相对位移极值可作为简支梁上嵌入式轨道无缝线路的设计限值指标。     

钢轨在轮轨力作用下的垂向应力响应特性

为选择无缝钢轨垂向响应测量传感器的合理安装位置,需要寻找无缝钢轨在车轮荷载作用下的最大垂向应力响应区域。运用Abaqus有限元软件建立三维模型,仿真分析了无缝钢轨在不同轮轨力作用下的垂向应力分布规律,并通过轮轨力加载试验台进行了试验验证。研究发现:轨腰处的垂向应力响应与车轮荷载基本成线性关系;在平行于钢轨底面的同一平面内,轨腰内侧的垂向应力响应大于轨腰外侧;轨腰处的垂向应力最大区域分布在钢轨跨中轨腰最上方。     

金属磁记忆技术在无缝钢轨温度应力检测中的研究

研究目的:如何对无缝钢轨的温度应力进行连续、动态、准确的监测,是铁路部门长期悬而未决的难题。因此如果能够实时检测线路实际的纵向温度应力,对指导线路的维修,以及对发生胀轨和断轨事故的可能性做出合理的评估具有重大的意义。研究结论:介绍了采用TSM-1M-4型金属磁记忆检测仪在无缝钢轨温度应力检测中的研究。在北京铁路局丰台工务段,对一段总长为1515 m的无缝钢轨检测过程中磁记忆检测技显示出良好的规律性。试验表明,该技术在铁路突发性胀轨事故的早期诊断检测中具有很大的优势。