重载铁路路基基床结构设计研究

研究目的:目前我国重载铁路路基厚度的设计依据现行高速铁路路基设计规范,但重载列车与高速列车作用下路基的工作机理存在较大差异。为此,本文根据弹性理论建立轨道-路基三维有限元模型,分析不同荷载水平和基床结构形式下路基动应力分布和衰减规律,提出用动强度控制设计方法确定不同轴重下重载铁路路基基床厚度。研究结论:(1)重载铁路荷载条件下,由于需要考虑轮轴的叠加效应,路基动应力衰减速率明显减小;(2)依据现行重载铁路设计方法得到的路基设计厚度处的动应力与自重应力之比为0.3~0.5,不满足设计要求;(3)采用动强度设计原则,25 t轴重下的基床整体厚度为2.1~2.3 m,30 t轴重下的基床整体厚度为2.8~2.9 m,35 t轴重下的基床整体厚度为3.2~3.3 m;(4)该结论可为重载铁路路基基床结构设计提供参考。     

30t及以上轴重货车动力性能仿真研究

随着我国铁路货运量的迅速增加,重载运输己成为我国铁路运输的主要发展方向.为了适应我国25t以上轴重重载货车运输的发展,首先建立了25 t轴重重载货车动力仿真模型,在此基础上对30 t和35 t轴重条件下车辆模型的关键参数等进行了动力学分析,优化了30 t和35 t轴重货车模型的参数取值.利用所确定货车模型参数,建立30 t和35 t轴重重载货车-轨道动力仿真模型,计算分析车辆-轨道各项动力响应,相应指标符合规范中优良等级要求.通过不同速度下的动力学响应分析,对30 t和35 t轴重重载铁路的运行速度进行初步探究,建议我国30 t和35 t轴重货车适宜的运行速度为100 km/h.     

重载货车轴重与速度匹配关系研究

基于重载货车轨道耦合动力学模型,采用机车车辆与线路最佳匹配设计方法,进行货车轴重与速度的匹配研究.结果表明:25,27,30和40t轴重重载货车容许通过轨道低接头的速度应分别小于110,100,90和60km·h-1;40t轴重重载货车以60km·h-1速度在直线线路上运行时,其轮轨垂向力为249.6kN,非常接近英国铁路250kN轮轨垂向力的限值;在我国现有以60kg·m-1轨为主的干线铁路上开行30和40t轴重重载货车,对轨道结构的破坏比现有低轴重货车严重得多,但开行27t轴重重载货车是可行的;40t轴重重载货车在600m半径的曲线轨道上以40～120km·h-1速度运行时,轮轨垂向力最大值超过了英国铁路的250kN轮轨垂向力限值,轮轨横向力最大值非常接近我国《铁道车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》所规定的77.80kN容许限值,另外轮轨磨耗功非常大,因此40t轴重重载货车还不能直接应用于我国现有60kg·m-1钢轨的轨道.     

30t轴重重载铁路轨道结构技术创新与发展

论述国内外重载铁路总体现状和国内外重载铁路轨道结构现状及发展,以及新建山西中南部铁路通道概况。从有砟轨道、无砟轨道和重载道岔方面阐述和分析30 t轴重重载铁路轨道结构技术创新,提出我国30 t轴重重载铁路轨道结构技术发展思考。根据对30 t轴重重载铁路轨道结构体系的技术创新实践,提出加强对科研成果的总结和凝练,通过优化形成完善的30 t轴重重载铁路轨道结构技术标准体系等建议。     

32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度

针对以往轨道刚度计算方法只能得出轨下垫板静刚度的取值范围或下限值,而不能确定轨道整体刚度的问题,运用大型轮轨动力学软件NUCARS建立32.5t轴重货车—轨道系统耦合动力学模型,采用动力敏感系数分析方法,通过分析轨道结构各种部件刚度组合情况下的车辆、轨道系统动力特性,研究32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度。结果表明:钢轨垂向位移、道床压力和垫板压力对垫板刚度较为敏感;轨枕垂向位移、轨枕垂向加速度、道床压力对道床刚度较为敏感;以轨道动力特性的综合效应最小为目标建立目标函数,筛选得出32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道结构的部件刚度最优匹配方案是轨下垫板刚度为140kN·mm-1,道床刚度为150kN·mm-1;最优部件刚度匹配方案所对应的轨道结构整体刚度为82kN·mm-1。     

30t轴重下朔黄铁路轨道结构强化技术试验研究

本文针对朔黄铁路开行30t轴重货车时既有轨道的适应性与强化措施等问题,进行了系统的理论与试验研究。采用动力仿真分析与30t轴重货车实车试验相结合的方法,分析30t轴重下轨道结构的适应性。朔黄铁路既有轨道结构能满足大轴重货车近期少量开行的要求,但大轴重货车作用于轨道的动态荷载会明显增加,既有轨道结构面临轨道部件伤损增加、疲劳寿命缩短、小半径曲线稳定性储备不足等问题。根据30t轴重下轨道结构荷载特点,有针对性地开展轨道结构强化措施的研究,重点开展SH-Ⅰ型重载轨枕与SH-Ⅰ型重载扣件、小半径强化措施、75kg/m钢轨移动闪光焊技术、直线钢轨打磨廓面、重载道岔的研发等工作,各强化措施均已在朔黄铁路实施。对朔黄铁路既有轨道结构的强化改造,可全面提升轨道结构等级,能满足30t轴重货车的运营要求。     

山西中南部铁路通道试验段无砟轨道设计

结合30 t轴重无砟轨道结构设计原则,通过不同的试验数据、理论计算等,得到30 t轴重重载无砟轨道设计参数,提出适用于山西中南部铁路通道工程30 t轴重重载铁路隧道内无砟轨道设计方案,并结合既有无砟轨道调研病害情况,提出具体的优化建议措施;优化后的重载无砟轨道试验及开通后运营良好,为试验段重载无砟轨道结构在山西中南部铁路通道隧道内及其他重载铁路的扩大试用奠定了基础。     

重载铁路路基动荷载特征

通过朔黄铁路30 t轴重列车试验,分析重载铁路路基基床动荷载幅值和分布特征,研究重载列车与普通列车作用下路基动荷载的区别。研究结果表明:重载铁路路基动荷载与轴重基本呈线性关系,30 t轴重下平均值为59 kPa,最大值达到123 kPa,轴重从25 t提高至30 t,路基动荷载增大约20%;动荷载的影响分析须考虑前后车厢相邻转向架叠加的影响,重载列车邻轴距小,相邻转向架的四轴之间相互融合,路基动荷载纵向剖面基本上呈"矩形波"形态分布,普通车邻轴距较大,相邻转向架之间的叠加不明显。重载铁路路基动荷载特征的分析为重载铁路路基基床结构的设计和评估提供了重要技术支撑。     

40 t轴重重载铁路线路平断面参数研究

研究目的:结合海外项目的工作经历,研究各个国家重载铁路的技术标准,并进行对比分析,分析出各参数取值范围,基于车辆-轨道耦合动力学理论及UM多体系统动力学软件,建立40 t轴重货车模型、货车用钩缓装置模型以及连续弹性单层离散点支撑模型,深入分析在不同运行工况下,各平纵断面参数对货车运行性能的影响规律,并根据计算结果对各参数的取值限值提出合理建议。研究结论:通过仿真模拟分析可知,40 t轴重重载铁路平面参数如下:(1)平面曲线超高参数:欠超高值不超过50 mm,过超高值不超过20 mm,实设超高不超过115 mm;(2)最小曲线半径一般为800 m,困难采用650 m;(3)缓和曲线长度采用美国标准规范标准,即Ls=0. 74×h;(4)该研究成果可为轴重40 t以下的重载铁路平面参数取值提供理论依据。     

山西中南部铁路30t轴重重载技术方案设计研究

在介绍国内外重载铁路轴重现状和发展方向的基础上,结合新建山西中南部铁路通道建设,对30 t轴重重载铁路线路、轨道、路基、桥梁及隧道工程技术方案设计进行全面的分析、总结,为开行30 t轴重重载列车提供技术保障。     

40t轴重货车轮轨动力特性分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,根据40 t轴重货车结构特点,建立了重载货车车辆-轨道耦合模型,并对不同线路谱和速度下40 t轴重货车的轮轨动力特性进行了仿真分析。     

大轴重机车车体纵向载荷及钩缓系统性能参数的探讨

文章通过对国内外机车车体纵向载荷标准的分析,给合我国重载运输的实际情况和试验结果,参照GE公司生产的AC6000CW大轴重内燃机车,提出了基于轴重30~35 t机车车体的纵向载荷以及与之匹配的钩缓系统性能参数的建议。     

新型重载道岔研制

重载道岔是重载铁路的关键设备,也是线路的薄弱环节,其尖轨、辙叉心轨的寿命是影响重载道岔寿命的决定因素。针对既有重载道岔调研情况,研究近年来我国重载道岔关键部件(尖轨、辙叉)的结构改进技术方案,并且结合上道试用验证。实际效果证明,改进后的方案能够适应我国重载铁路"大轴重、高密度和超大运量"的使用要求,且大大延长了主要部件的寿命,提高了重载铁路运能,减少了养护维修工作量。     

山西中南部铁路通道发鸠山隧道改线方案动力学优化

依托山西中南部铁路通道工程,建立车线系统动力学模型,选取典型区段线路设计方案进行全面的动力学评估。以发鸠山隧道改线方案原设计和优化后设计的线路平纵断面参数作为线路条件,对比30 t货车和客车通过时的动力学性能指标,给出适用于30 t大轴重的重载铁路圆曲线半径建议值,可供未来重载铁路线路设计参考。     

重载车桥耦合作用下48 m钢桁梁桥动力性能

研究目的:随着社会经济发展和人们需求的提高,铁路货运能力亟待进一步提高,在既有铁路网基础上加大铁路列车轴重是有效提高铁路运能的主要途径之一。列车轴重增大后车桥振动效应将增加,既有铁路网中的钢桥能否适应铁路轴重的提高成为列车轴重能否增加的关键问题。本文为分析重载列车作用下钢桥动力性能,选取既有线中常用跨度48 m钢桁梁桥为研究对象,通过轮对与轨道接触处的力与位移相互关系建立空间重载铁路车-桥系统耦合振动分析模型,在与实测结果对比基础上,对影响重载铁路钢桁梁桥动力性能的轨道不平顺、列车轴重和列车速度等因素进行系统分析。研究结论:(1)轨道不平顺功率谱、列车轴重和列车速度均对重载列车作用下的钢桁梁桥的动力性能有着重要影响;(2)美国六级轨道不平顺与桥上实际线路不平顺更加接近;(3)重载铁路运输中27 t轴重列车通过48 m钢桁梁桥时建议对列车运行速度进行限制。     

30 t轴重60 kg/m钢轨18号重载道岔设计

随着国内客运专线的大规模建设,重载运输也必将得到普遍的推广使用。根据30 t大轴重的特殊要求,结合山西中南部重载铁路的使用条件,在大秦线经过大量现场调研,研究开发了专用的重载道岔产品,从道岔平面、结构设计、轨下基础及转换设备等各个方面,有针对性地进行研究,分别从尖轨尖端加厚、辙叉采用多种合金钢钢轨组合型式、护轨采用新型轨撑垫板结构、岔枕采用预埋铁座联结方式等方面进行设计创新。并在既有线上道试验,目前使用状况良好,根据测试结果反馈的问题,优化了道岔结构及材料性能指标,从而建立了国内重载道岔技术体系。     

30 t轴重重载铁路高低/轨向复合不平顺管理限值分析

基于动力学理论并利用多体动力学仿真软件UM建立30 t轴重重载车辆-轨道空间耦合模型,分析高低/轨向复合不平顺波长、幅值对重载车辆动力性能的影响,确定最不利波长并提出高低/轨向复合不平顺幅值管理建议值。研究结果表明:(1)高低/轨向复合不平顺的最不利波长为10 m,波长大于40 m后,波长对动力性能影响较小;(2)高低/轨向复合不平顺中的高低不平顺成分幅值变化对轮重减载率、车体垂向加速度等指标影响显著,而轨向不平顺成分幅值变化对脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、车体横向加速度等指标影响较大;(3)仅开行重载货车的线路,高低/轨向复合不平顺偏差限值I~Ⅳ级管理标准建议分别取为4 mm/5 mm、7 mm/8 mm、10 mm/10 mm、14 mm/13 mm。