悬挂式单轨轨道梁桥在列车制动力作用下的动力响应

以中唐悬挂式单轨试验线为依托,采用有限元软件建立结构模型,分别计算了3种列车制动力作用下轨道梁桥的动力响应.结果 表明:在列车制动力作用下,轨道梁梁端纵向位移和墩底剪力呈波浪式增大;列车在轨道梁上制动完成时,轨道梁在纵向呈衰减振动;列车制动力越大,轨道梁梁端纵向位移、速度、加速度和墩底剪力也越大,并且列车制动完成后的振幅也越大.     

2万t重载列车制动与起动条件下轮轨动力特性试验研究

为探明长编组、大轴重运输条件下车辆和轨道的动力相互作用问题,基于现场试验方法,研究了2万t重载列车制动与起动条件下的轮轨动力特性,初步掌握了大轴重重载列车制动与起动条件下轮轨作用力、轨道结构位移和振动加速度的响应特征和变化规律,揭示了重载列车制动与起动状态对轮轨性能影响的差异。研究结果表明:列车制动对轮轨垂向力和轨道结构振动加速度的影响较大,其影响随制动时间的增加而逐渐减小;列车起动过程中轮轨垂向力和轨道结构振动加速度随起动时间的增加而增大;列车制动和起动对轮轨横向力及轨道结构位移的影响不大;由于列车制动加速度大于起动加速度,列车制动时的轮轨作用力、轨道结构位移和振动加速度均比起动时要大。     

制动工况下“站桥合一”客站纵向动力研究

为研究高速列车制动对"站桥合一"客站纵向动力响应的影响,利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-客站耦合系统纵向动力模型。分别采用有限元方法建立轨道-客站三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和客站耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以天津西客站为例进行车-站纵向耦合振动分析。研究结果表明:高速列车站内制动对客站结构纵向动力响应影响较小,列车停车瞬间轨道层及高架层纵向位移及加速度达到最值;双线反向制动工况下客站各层结构纵向位移及加速度较单线制动小;车致振动沿楼层高度方向传递过程中,振动加速度逐渐衰减,屋顶层加速度最小;客站各层纵向位移及加速度最大值均随列车制动级别的增大而增大,轨道层加速度最大值增幅最为显著。     

制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应分析

为研究制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应问题,建立车辆子系统模型和无砟轨道-桥梁子系统模型。根据高速列车制动减速度特性曲线确定列车制动力,利用Hertz理论求解轮轨力,通过交叉迭代法求解有限元数值方程。以4节编组的CRH2型动车组在桥上无砟轨道制动为例,进行系统动力响应分析。研究结果表明:轨道、桥梁结构的纵竖向位移和加速度均逐层递减,梁端处轨道结构的竖向振动比跨中处大;列车制动过程中列车速度逐渐减小引起轨道结构的竖向动力响应也减小;列车停车后,轨道结构和桥梁的纵向位移反向突变、纵向加速度突变,随后都有自由衰减的趋势;列车停车瞬间,列车和桥梁出现纵向最大振动。研究成果可为桥上无砟轨道的设计提供理论支持。     

考虑制动条件的高速列车—轨道—桥梁系统动力响应分析

以CRH2型动车组制动通过铺设无缝线路的10跨简支梁桥为例,运用刚体动力学建立车辆模型,以空间梁单元模拟轨道和桥梁结构,非线性弹簧模拟线路纵向阻力,根据高速列车制动的特点确定列车制动力、轮轨密贴假定求解轮轨力,通过系统间全过程迭代求解系统方程,进行高速列车制动时车辆—轨道—桥梁系统动力响应分析。结果表明,在列车停车瞬间由于制动力的突然消失,车辆、轨道和桥梁结构的纵向均会出现最大振动;桥梁中间墩墩底截面的最大弯矩约为1 800kN.m,小于按我国桥涵设计规范中列车制动附加力静力计算方法得到的最大弯矩4 000kN.m,说明按规范中的静力计算方法计算的高速列车制动力有一定的冗余度。     

列车制动和运行下大跨度公铁两用斜拉桥纵向振动分析

列车运行作用下斜拉桥不仅发生竖向振动,也发生纵向振动;当列车在斜拉桥上制动时,作用于结构上的制动力使其发生纵向振动。以公铁两用斜拉桥为研究背景,根据相关文献计算公式获得列车制动力,分析列车制动作用下斜拉桥动力响应;采用移动荷载模拟列车运行作用,研究列车运行作用下结构动力响应;利用非线性动力时程分析方法,对黏滞阻尼器参数进行敏感性分析,探讨塔梁间设置黏滞阻尼器对列车制动和运行作用下结构动力响应的影响,并与未设置黏滞阻尼器的情况进行比较。结果表明,当斜拉桥塔梁间无纵向连接时,结构响应受列车运行速度影响较大,斜拉桥可能发生纵向共振,结构响应显著增大;塔梁间设置黏滞阻尼器能有效控制列车制动和运行作用下斜拉桥纵向振动响应。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板屈曲分析

根据桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构特性,利用有限元分析方法,采用梁单元模拟钢轨,实体单元模拟轨道板、底座板和桥梁,弹簧单元分别模拟砂浆填充层和滑动层,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型。基于现场测量的底座板厚度资料和桥梁资料,计算出模型中各单元参数值。利用当地气温资料和轨道机车类型,得到最大温升和列车制动力值,计算出温度荷载和列车制动荷载作用下底座板厚度不足处纵向力值。分析温度荷载和列车制动荷载对底座板厚度不足处屈曲的影响。     

制动工况下高墩铁路桥梁纵向动力响应研究

研究目的:为研究高速列车制动对高墩桥梁纵向动力响应的影响,本文利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-桥梁耦合系统纵向动力模型,分别采用有限元方法建立轨道-桥梁三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和桥梁耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以石夹沟高墩简支梁桥为例进行车-桥纵向耦合振动分析。研究结论:(1)高速列车在高墩桥梁上快速制动时,对高墩桥梁纵向振动影响较小,主梁纵向位移最大值为0.17 mm,纵向加速度最大值为58 mm/s2;(2)列车制动过程中,主梁纵向位移具有累积性,最大值一般出现在列车制动停车之前,而纵向振动加速度与之相反,最大值一般出现在列车停车瞬间;(3)按照现行《铁路桥涵设计规范》制动力静力计算方法得到的最大墩底弯矩为3 960.7 kN·m,本文算法得到的最大值为1 152.0 kN·m,仅为规范静力算法的31.5%,表明规范对制动力的取值具有较大的安全储备;(4)本研究成果可为高墩铁路桥梁的设计提供参考。     

牵引及制动操纵对重载机车轮轨动力作用的影响

基于列车纵向动力学理论和车辆—轨道耦合动力学理论,建立考虑钩缓系统中车钩纵向、横向和垂向作用力的重载列车—轨道耦合动力学模型。以机车牵引万吨列车为考核工况,分析牵引和制动时机车的受力特点,研究牵引力、制动力及车钩力对机车运行性能的影响过程和影响程度,并对理论模型进行试验验证。结果表明:在牵引、电制动及紧急制动工况下,直线线路上机车的轮重分别较惰行工况降低了约13,7和4kN,单纯的牵引或制动力可降低轮轨横向蠕滑力,间接造成轮轨横向力的小幅增大,但轮轴横向力基本不变;车钩力可通过车钩摆角产生横向分量,并传递到轮轨界面,改变轮轴横向力的整体变化趋势;若车钩偏转3°,在电制动工况下,前部机车承受的压钩力较大,引起的轮轴横向力增幅达18kN,在紧急制动工况下,机车上的压钩力幅值小,引起的轮轴横向力在8kN以内。     

重载组合列车纵向力劣化分析与运行安全研究

我国的大秦铁路重载组合列车采用Locotrol同步控制系统,可使列车头部主控机车与中部从控机车间保持同步操纵。但是在列车缓解过程中,由于全列只有2个机车作为风源对列车管充风,列车前后部制动同步性差,纵向冲动明显,特别是位于列车中部断面的机车将不可避免地受到大纵向力作用的冲击,严重影响重载列车的运行安全。为探究大秦线中部从控机车循环制动中的纵向力演变规律,进行列车在等效坡度、制动初速、缓解初速、制动-缓解初速差和电制力等各种制动调速过程中不同工况下的一系列试验,对大秦线2万t重载组合列车的中部机车纵向力进行了全面系统的分析。针对重载列车运行安全性问题,提出了2种改善途径,一是提高钩缓装置的受压稳定性,二是通过优化操纵降低列车纵向冲动。此外,根据重载组合列车纵向动力学仿真模型的计算结果,对大秦线2万t重载组合列车在关键区段的实际运行操纵方式进行了仿真模拟。仿真结果表明：在长大坡道循环制动缓解过程中,降低电制力可在一定程度上降低重载组合列车中部机车的压钩力。通过利用坡度变化和改变电制力的优化操纵可以降低重载组合列车纵向冲动。进一步验证了试验分析的结论,为列车操纵优化提供了理论依据。     

2万t级重载列车的技术对策及其纵向力研究

列车纵向动力作用是重载列车运用的关键技术问题,为此对于2万t级重载列车必须应用无线同步控制技术和先进的机车车辆技术装备.根据大秦线2万t列车的试验和仿真研究结果,说明应用Locotrol(无线同步控制)技术改善列车制动性能主要是减轻列车纵向力的作用;并对不同编组重载列车长大下坡道循环制动和紧急制动的纵向最大压钩力进行比较.此外,还提出了重载列车紧急制动的最大纵向压钩力简化计算的验证研究结果.     

重载组合列车机车智能制动仿真研究

针对目前在复杂线路上动力分布式重载组合列车机车制动的不足,提出了一种新的机车智能制动控制方法,该智能制动控制方法能按照制动时机车所处轨道状况及机车车钩力大小对机车电制动进行相应的模糊控制。在介绍重载组合列车动力分布式系统基本原理及特点的基础上,依据列车纵向动力学理论,在MATLAB/SIMULINK中建立了2万吨组合列车仿真模型。仿真结果从理论上证明了,与现有机车制动方式相比,该机车智能制动控制方法能减小组合列车最大车钩力,提高组合列车运行安全性。     

列车制动下铁路斜拉桥梁轨动力相互作用研究

运用ANSYS软件建立某大跨度铁路斜拉桥梁轨相互作用有限元模型,进行列车制动力作用下的梁轨动力响应分析,研究梁轨相对位移及钢轨制动附加力的动力放大效应以及制动力作用位置、制动距离、斜拉桥结构体系等参数对梁轨动力响应的影响。结果表明:列车制动过程中,钢轨制动附加力峰值产生于斜拉桥梁端;斜拉桥结构在列车制动作用下的动力放大效应并不明显;制动力作用位置、斜拉桥结构体系对梁轨动力响应峰值有较大的影响,而制动距离对动力响应计算结果的影响不大。     

30t重载列车扁疤冲击荷载作用下隧道基底动力特性研究

采用加载车模拟30 t重载列车扁疤对既有重载隧道基底结构的冲击作用,分析冲击荷载对既有重载隧道基底结构的影响。同时,利用大型有限元软件ANSYS建立轨道-隧道-围岩三维动力分析模型,依据现场实车轮对扁疤实测结果,分析30 t重载列车轮对扁疤冲击荷载对隧道基底结构变形、振动及受力的影响。分析结果表明,隧道基底受到轮对扁疤冲击作用后,隧底荷载及结构振动显著增大,加剧恶化基底已开裂混凝土结构,降低其服役寿命。由于波动经过不同介质及传输距离的影响,动变形、振动加速度及动压应力对振动响应的敏感度不同,尽管采用加载车模拟轮对扁疤对轨道及隧道基底的冲击作用中个别动态参数误差较大,但其仍是有效方法之一。     

(48+80+48)m连续梁桥与轨道系统地震响应规律研究

为研究高速铁路连续梁桥-轨道系统地震响应规律,采用非线性弹簧模拟线路纵向阻力,建立考虑轨道及下部结构的(48+80+48)m连续梁桥-轨道系统仿真模型,分析温度、活载和制动作用下桥上无缝线路梁轨相互作用纵向力分布规律,在此基础上,研究地震作用下连续梁桥-轨道系统动力响应特性。研究表明:温度、活载及列车制动作用下梁轨相对位移、钢轨应力等均在桥台附近取得极大值,地震频谱特性对梁轨系统动力响应有很大的影响。     

环境温度升高对重载列车管压波动及制动力的影响分析

对大秦线列车管减压量偏大的重载组合列车的制动施加时间、地点、线路数据和机车数据进行了统计分析，确定环境温度升高是引起列车管压力上升的主要原因，通过理论计算的方法研究了不同条件下环境温度升高对列车管压力变化的影响，进而分析其对制动缸压力、闸瓦压力、车辆制动力、列车制动力的影响，结合试验数据分析对车钩力产生的影响，并论述纵向力增大可能带来的隐患，针对这种现象提出了解决建议。研究表明重载组合列车在环境温升较大的中午时刻或者低温季节经过长大隧道时会引起列车管压力上升，造成列车施加空气制动时减压量变大，进而导致列车制动力增强。     

重载组合列车纵向性能的影响因素分析

介绍2004年以来大秦线开行的5种典型编组方式重载列车,比较了不同编组方式列车纵向力的大小,并分析了列车编组方式对纵向力的影响;同时结合试验数据,对其他关键因素比如Locotrol同步作用时间、机车制动机性能、货车关键技术以及列车操纵方式等对重载列车纵向力的影响进行了分析,并从减小纵向力的角度提出了3种2万t列车编组方式。试验及运用实践表明:目前我国的货车制动可以满足单元万吨货物列车的制动要求,而对于更大编组的长大列车,宜采用机车动力分散布置的组合列车。组合列车中从控机车的布置位置是影响组合列车制动性能和列车纵向力的最主要因素之一,应对其进行详细研究。     

长大货物列车智能型电控空气制动动力学性能分析

针对货物列车智能电控空气制动系统，首先进行一维纵向动力学分析计算，然后取出列车中纵向力量大的车辆，并结合前后两辆车形成三车三维动力学模型，输入轮轨参数、制动力矩，利用ADAMS/Rail模块建立了动力学仿真系统并进行了动力学仿真分析，并和我国重载货物列车最常用120型空气制动系统进行了比较。通过一维纵向动力学分析，指出电控空气制动货物列车在制动距离、车钩力等参数上较120型空气制动机货物列车优良。电控空气制动车钩力和纵向加速度的变化均较小，且最大车钩力车位在整个制动过程中基本为压钩力，且制动力分布均匀，减少了列车纵向力，有利于重载货物车辆的运输安全和延长车辆的使用寿命。三维仿真分析表明，电控空气制动在脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、车体点头加速度等有关安全性的动力学性能指标上都远远优于传统的120型空气制动机。因此，无论从一维和三维动力学，列车智能电控空气制系统对货物列车制动性能及运行安全性都具有极大的改善。列车电控空气制动对于货物列车的制动具有极大的经济效益，是未来我国长大重载货物列车抽旧动系统的发展方向。     

简支梁桥上Ⅰ型板式无砟轨道制动力与位移分析

基于有限元法,建立多跨简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,研究列车制动荷载作用下钢轨、轨道板及底座板的受力与变形特性,并对相关影响参数进行分析。研究结果表明:在制动荷载作用下,钢轨制动力的峰值出现在两端桥台及中间活动支座上方,钢轨的纵向位移呈现先增后减的趋势,在中间活动支座达到最大值,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;制动力加载方式对轨道结构纵向力及位移有较大影响,在紧急情况下,应尽量避免两列列车同时在桥上同向制动,以免钢轨承受过大的拉力,防止因相对位移过大而导致扣件失效;采用小阻力扣件对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的受力是有利的,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;随着桥墩纵向刚度的增大,轨道结构的受力随之减小,因此,为改善桥上轨道结构的受力条件,在可能的情况下,应尽量采用纵向刚度较大的低墩桥。     

多跨简支梁桥上Ⅲ型板式无砟轨道制动力传递规律研究

为探究列车制动荷载作用下轨道、桥梁结构纵向受力特性及其影响因素,基于有限元法和梁-板-轨相互作用原理,建立多跨简支梁桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,对列车制动荷载作用下结构纵向受力特性、传递规律及其影响因素进行分析。结果表明:以全桥列车制动加载作为计算轨道及桥梁结构制动受力与变形时的最不利工况是偏安全的,并应以有载侧计算数据进行检算;桥上扣件需依据轨道板快速相对位移试算结果进行比选, WJ-8型小阻力扣件可适用于多跨简支梁桥且有较大安全冗余;桥上采用小阻力扣件或墩顶纵向刚度较小时均会使得列车制动荷载作用下的轨道板快速相对位移较大,不利于扣件的长期服役;轨道和桥梁结构制动检算过程中建议将桥跨数简化为10～15跨;需保证土工布隔离层的滑动性能,且应将其摩擦系数应控制在合理范围内。