地铁列车脱轨防护装置方案

[目的]在自然灾害、车辆或轨道关键部件失效、外部冲击等不可预知的复杂状态下,地铁列车仍有可能会发生脱轨。因此,对列车被动脱轨防护装置方案的研究十分必要。[方法]建立地铁列车多体系统动力学非线性仿真模型,采用典型的车轮踏面外形和典型钢轨外形匹配,根据地铁列车运行的线路特点,提出地铁列车脱轨防护装置的三种方案,对其进行了低速运行条件下的脱轨工况仿真。针对仿真结果,综合考虑防二次爬轨脱轨的效果、安装部位的强度,以及脱轨后铁轨与脱轨防护装置发生碰撞而对车辆造成的损害,提出了在构架下端安装防脱轨横向止挡作为脱轨防护装置的方案。针对该地铁列车脱轨防护装置,进行了动力学仿真分析,并与无防护装置工况进行对比。[结果及结论]地铁列车脱轨防护装置具有明显的防脱轨效果,且具有一定的可行性。地铁列车脱轨防护装置动态包络线符合某地铁线路的限界要求,不会影响列车正常行驶,可以进行工程应用。     

正面斜碰撞下列车脱轨行为与机理研究

随着列车提速和高速化发展,列车运行安全性和可靠性保障要求愈发受到关注和重视。尽管列车具有一系列主动安全保障措施,但如果发生意外碰撞脱轨事故,将造成灾难性后果和巨大经济损失。为进一步揭示列车碰撞脱轨机理、提升列车碰撞被动安全性能,建立包含车体、转向架、悬挂系统及缓冲吸能装置的三编组列车碰撞有限元模型,考虑材料、几何和接触等典型的碰撞动力学非线性特征,仿真模拟正面斜碰刚性墙引起的车体结构动态响应与列车脱轨行为,讨论列车碰撞速度(36,50和72 km/h)、碰撞角度(30°～65°)和轮轨摩擦因数(0.1,0.2,0.3,0.4)等关键参量对列车碰撞脱轨行为的影响规律与机理。研究结果表明,车体头部界面碰撞力通过悬挂系统传递至轮对,引起轮轨纵向、横向和垂向接触力剧烈振荡,导致头车前、后转向架轮对均以爬轨/侧滚组合的形式脱离轨道,且轮轨横向力随着列车碰撞速度的增大显著增加;头车碰撞界面横向力随着碰撞角度的增大呈现先增大后减小的趋势,而纵向及垂向界面碰撞力均随着碰撞角度的增大而增大;较高的轮轨摩擦因数容易引起列车碰撞过程中车轮跳轨,但会抑制车轮爬轨行为。研究结果可为列车碰撞被动安全设计与脱轨防护...     

地震激励下高速列车动态响应与运行安全边界研究

为研究地震对高速列车动态响应与运行安全的影响,建立地震激励下车辆-轨道耦合动力学模型,地震波被简化为周期性的横向正弦波加入车辆轨道仿真模型中。基于仿真计算,对地震作用下高速列车的动态响应、脱轨机理及运行安全边界进行详细地分析和讨论,给出地震下高速列车安全运行及脱轨边界。分析结果表明:地震所引起的轨道结构大幅横向振动对高速列车的安全运行影响极大;横向地震波激励下,车轮与钢轨频繁地发生分离、车轮的大幅度抬升和车辆激烈的横向滚摆运动是造成高速列车脱轨的主要原因。     

日本铁路货运公司江差线泉沢站—札苅站间列车脱轨事故调查报告(待续)

介绍了本次列车脱轨事故的调查经过,从轨道设施、车辆及运用条件入手,对列车脱轨事故开展了全面调查。通过运行试验及数值仿真,分析了车辆结构、货物装载条件、轨道综合不平顺等因素对列车脱轨的影响,推测了事故发生的原因,提出了具体的安全对策与今后待解决的问题。     

桥梁横向刚度对列车走行安全性的影响

结合发生过脱轨事故的桥梁,定性分析了桥梁横向刚度对列车脱轨的影响。进一步运用列车脱轨能量随机分析理论,对比分析了老滦河桥上、下行线上的列车走行安全性,分析了增大钢板梁主梁中心距对提高桥梁抗脱轨能力的影响。分析结果表明,桥梁横向刚度不足是引起桥上列车脱轨的主要原因。最后提出,预防桥上列车脱轨的根本途径是使桥梁具备满足行车安全需要的桥梁横向刚度,即加固可能发生脱轨事故的既有线桥梁,或对拟建桥梁制定预防列车脱轨的桥梁横向刚度标准。     

铁路钢桥横向刚度限值分析

根据对发生过脱轨事故桥梁的分析,得出桥上列车脱轨的主要原因是桥梁横向刚度不足。多起桥上列车脱轨事故表明:现有铁路钢桥横向刚度限值不能预防列车脱轨,原因是现有桥梁横向刚度限值分析方法不能分析桥上列车走行安全性。基于列车脱轨能量随机分析理论,提出新的铁路桥梁横向刚度限值分析方法。具体步骤是:建立具有安全系数的预防脱轨条件,确定在设计车速下预防脱轨的桥梁横向刚度限值,代入此值检算桥上列车走行平稳性与舒适性。该方法确定的桥梁横向刚度限值既能保证列车平稳舒适运行,又可防止脱轨。运用此方法,制定的提速线32和40 m上承式钢板梁桥的横向刚度限值分别是主梁中心距为2.36和2.55m,提速线3×80连续钢桁梁桥的横向刚度限值是主桁中心距为6.61 m。     

防止列车空车悬浮脱轨的研究与对策

列车蛇行运动是造成列车悬浮脱轨事故的主要原因,随着列车速度的不断提高,悬浮脱轨事故频有发生。通过对车辆车轮与轨面间的动力学原理分析,结合科研部门的大量试验数据,提出减小直线段轮轨间隙(名义公差)是防止空车悬浮脱轨的有效方法。     

地铁车辆用密接式车钩缓冲装置动力学性能分析

基于密接式车钩缓冲装置结构特点和作用原理,利用ADAMS软件对某地铁列车建立了列车纵向碰撞模型,进行了不同工况下的碰撞动力学仿真计算。结果表明,车钩缓冲装置能够较好地缓和、吸收列车碰撞过程中的冲击力,该模型为车钩缓冲装置的选型设计提供了快速有效的验证手段。     

高速铁路邻近车站曲线最小半径研究

为了分析研究高速铁路邻近车站曲线最小半径对列车运行安全性与舒适性的影响,运用Simpack软件建立列车-线路动力学仿真模型。从动力学角度分析不同曲线半径对通过列车和停站列车的安全性和舒适性的影响。研究发现:通过列车经过车站邻近曲线时的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、列车平稳性指标大于停站车通过车站临近曲线时的相应指标;停站列车通过距离车站较远的圆缓点的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率、平稳性指标能够满足运行安全性与舒适性需求,考虑富余量,停站列车速度采用通过曲中时的车速是合适的。     

车桥及车轨时变系统横向振动计算中的根本问题与列车脱轨能量随机分析理论

本文论述了车桥及车轨时变系统横向振动计算中存在的根本问题。介绍了作者解决这些问题的思想与方法，提出了列车脱轨能量了胡机分析理论。用此理论预报一货物列车脱轨实例，与实际发生的脱轨事故吻合，判另了另一脱轨试验列车不脱轨，计算了该试验列车最大拓动响应，与测试结果良好接近。     

侧向撞击作用下U形梁抗倾覆稳定性与失效模式

在对国内外相关规范关于桥梁抗倾覆稳定性计算方法与脱轨荷载调查分析的基础上,计算了U形梁在保持抗倾覆稳定性下的最大侧向碰撞荷载,对比了欧洲规范EN 1991-1-7:2006和TB 10002-2017《铁路桥涵设计规范》中U形梁的抗倾覆稳定性计算式。基于有限元分析方法对腹板侧向承载力进行仿真分析,明确了U形梁在侧向撞击作用下的失效模式。研究结果表明:2种规范计算得到的最大侧向碰撞荷载有所差异,但均大于3.5 MN;列车脱轨情况下的脱轨荷载模式和作用位置对U形梁抗倾覆稳定性的影响显著;U形梁跨中区域加载侧的底板和腹板在侧向位移加载模式下发生了大面积塑性损伤,腹板还发生了明显的侧向变形;U形梁在侧向撞击作用下的失效模式表现为腹板侧向承载力达到极限而发生破坏,通过拟静力分析确定U形梁腹板侧向极限承载力为1.5 MN,结构整体不会倾覆失稳。在设计和使用阶段应对U形梁腹板的损伤和承载力评估予以重点关注。     

高速列车曲线通过迭代学习半主动控制研究

高速列车通过曲线时,车辆动力学性能恶化。为改善高速列车通过不同曲线的动力学性能,研究了抗蛇形减振器半主动控制对高速列车曲线通过时动力学性能的影响。根据列车运行具有重复性等特点,结合大数据,设计了PD型迭代学习控制算法,并进行控制算法和多体动力学软件的半主动控制仿真,将结果与无控制的仿真结果进行对比。结果显示:经过10次迭代控制后,列车过曲线时的平稳性指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力指标都有所改善。     

防止货车空车脱轨的分析与对策

车辆脱轨大多数情况是多种因素综合作用的结果。重量的差异是空重车最根本的差异,而它对车辆最直接的影响是造成摇枕下弹簧的静挠度的差异。空重车辆载重的不同导致弹簧挠度的差异,造成了同一车辆在空车和重载时运行性能的不同。从转向架的角度来考虑,评定抗脱轨安全性的指标主要有脱轨系数和轮重减载率两项指标,脱轨系数临界值越高,脱轨的可能性越小;根据GB5599-1985规定,轮重的减载(ΔP)与线路状态如轨距、高低、水平有关,也与车辆的状况有关,减载越大,越容易脱轨。通过分析货车空车车辆在直线线路上的动态性能、线路状态、车辆编组、环境温度等因素对货车空车脱轨的影响,得出合理结论,提出防止货车空车脱轨的措施。     

高速车辆动态脱轨临界状态评判方法

针对传统准静态脱轨系数指标监测高速车辆动态脱轨安全性时的局限性,提出基于车轮抬升量和轮对横移量、以轮对运动姿态决定的脱轨临界状态判断准则;建立高速车辆多刚体动力学模型,分析高速车辆动态脱轨非线性动力学特性,研究轮对运动姿态与车辆振动响应变化规律之间的关系,表明轮对横向振动加速度与车轮抬升量规律较一致;运用高速车辆动态脱轨评判方法进行评判时,首先采用轮对横向振动加速度移动均方根值作为评判车辆脱轨的指标,然后确定该指标能有效反映车轮抬升量变化时的滤波频率范围和滤波时间窗宽,最后确定该指标的合理限值。算例验证表明:该评判方法可有效监测动态脱轨安全性;轮对横向振动加速度移动均方根统计波形与车轮抬升量的变化趋势具有很高的同步性,不仅可以间接地反映轮对运动姿态的变化及车轮抬升的高度,还可以克服轮轨垂向力为零时脱轨系数失真的缺点,在评判高频动态脱轨时的可靠性更高。     

基于有限元仿真的列车-桥梁防护墙碰撞研究

针对桥梁防护墙防护能力研究较为匮乏的现状,基于有限元理论,运用Hypermesh软件建立有砟无砟轨道桥梁上动车组头车与防护墙碰撞的有限元模型,采用数值仿真方法对动车组头车碰撞防护墙过程进行分析和研究,获得不同速度和不同冲角碰撞工况下防护墙的受力与变形及列车运行轨迹的变化。研究结果表明:动车组头车以较低速度、较小冲角碰撞防护墙时,防护墙受损破坏程度较轻;当碰撞速度较高、冲角较大时,防护墙受损程度较重,头车有轻微爬墙现象。加高防护墙后建立相关工况下的碰撞模型进行仿真计算,通过分析其碰撞过程和碰撞力、头车偏转角及速度随时间的变化情况,发现增高后的防护墙能有效抑制列车爬墙现象,列车运行稳定性较好。     

动车组与货车侧向通过整体道床12号交叉渡线道岔动力学特性分析

基于列车动力学和道岔动力学理论,建立可考虑整体道床12号交叉渡线道岔钢轨型面变化的列车-道岔耦合动力学计算模型。用数值模拟方法分析动车组和货车以50 km/h侧向通过该交叉渡线道岔时的动力学特性。结果表明:动车组和货车通过时轮轨力、脱轨系数、减载率、轮轴横向力、车体振动响应有所不同,但均满足安全舒适要求。     

基于逐级吸能原理的地铁B型车耐撞性分析

基于逐级吸能原理,建立了地铁B型车的非线性大变形碰撞动力学有限元力学模型,应用LS-DYNA非线性大变形分析软件,对两列列车碰撞情形进行了数值模拟分析。研究结果表明:列车结构设计符合逐级吸能原理的要求,仅吸能装置和部分车体端部结构产生了塑性变形,客室结构区域纵向长度的最大变化值均小于其总长的1%,乘客的生存空间可以得到保障,且列车间不会发生爬车现象。     

轨道随机不平顺对高速铁路列车运行性能影响分析

轨道几何不平顺不仅是列车动力响应的主要原因,也是列车运行安全性和平稳性的重要因素。基于SIMPACK多体动力学仿真软件,分析4种基本随机不平顺对高速列车直线运行性能和曲线运行性能的影响,对比不同激励类型下列车的安全性和平稳性指标,并推导出最不利影响激励和线路位置,为现场控制基本轨道不平顺,制定轨道养护维修和不平顺管理标准提供理论依据。分析结果表明:方向和高低随机不平顺分别对列车的横向加速度以及垂向加速度影响较大,轨距随机不平顺对曲线地段列车脱轨系数作用最大,方向随机不平顺对列车在直线和第二段缓和曲线处脱轨系数影响较大,同时在两段缓和曲线处轮重减载率也急剧增大,水平随机不平顺对两个缓和曲线地段处列车的脱轨系数影响较大。     

采用新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的轮轨动力学特性

根据轮轨相互作用机理,建立安装新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的车辆—轨道耦合动力学模型,对此处的轮轨垂向力、脱轨系数、轮重减载率等轮轨动力学指标进行仿真计算,并分别与采用鼓包鱼尾板和没有焊缝保护装置时进行对比,研究采用新型钢轨焊缝保护装置时焊缝处的轮轨动力学特性。对比分析结果表明:采用新型钢轨焊缝保护装置后,轮轨垂向力降幅分别为1.28%和4.63%,脱轨系数降幅分别为1.49%和2.94%,轮重减载率降幅分别为3.41%和7.68%;新型钢轨焊缝保护装置在各速度条件下均能够有效地减小焊缝振动和动态受力。由此可见,采用新型钢轨焊缝保护装置,可消除打螺栓孔带来的安全隐患,有效减小焊缝处的动力响应,加强焊缝处的轨道结构整体性。现场动态测试结果进一步验证了新型钢轨焊缝保护装置结构的合理性。