轮轨力测量在高速铁路轨道检测中的应用研究

随着世界高速铁路的快速发展,高速铁路轨道检测技术已突破传统的轨道几何检测,朝着综合检测的方向发展。结合安装在我国新一代高速综合检测列车CRH380B-002的轮轨力检测系统在高速铁路轨道检测中的实际应用情况,介绍了我国在高速铁路轨道综合检测领域的最新研究进展———基于轮轨力测量的高速铁路轨道检测技术,并提出了一种基于轮轨力测量的高速铁路轨道状态评判方法。基于轮轨力测量的轨道检测技术通过安装在固定车辆(一般为轨道检查车)的连续测量测力轮对测量轮轨之间的相互作用力,从对车辆运行安全性和轨道疲劳寿命影响的角度对轨道状态进行检测,指导轨道日常养护。该技术是高速铁路轨道综合检测的重要组成部分,是对传统轨道几何检测的有效补充和完善,它的投入运用将更好的保障高速铁路的安全运营。     

轮轨作用力测试方法的研究进展

轮轨作用力是判定机车车辆动力学性能的基本要素,车辆的安全性与运行品质可以通过轮轨作用力的大小来反映。论述轮轨作用力测试方法的传统理论和国内外相关方面的研究进展。概述轮轨力测试方法的分类,地面测试有剪力法和轨底弯矩差法等方法,车载测试有直接测试和间接测试方法。随着技术不断发展和进步,出现一些新的轮轨力测试方法和测试装置,同时提出更加准确高效的新方法。未来轮轨作用力的地面测试方法会向着连续测试的方向发展,而车载测试方法则会随着传感器等技术的进步向更精确、更智能的方向发展,轮轨力测试装置向适应性更强的方向发展。     

高铁轨道-车辆系统轮轨力辨识及应用

综合考虑监测的经济性、易于维护性等因素,发展基于车辆响应的轮轨作用力辨识技术具有较大的理论意义和实用价值。基于蠕滑理论、车辆动力学模型和轮轨几何接触关系,利用最优控制理论,建立全信息的轮轨力载荷辨识模型并进行试验验证。该模型可实现对轨道-车辆系统全部轮轨力的辨识,利用辨识结果可对轨道-车辆安全状态进行综合评判。     

轮轨垂直力地面测量技术的研究及应用

对地面法轮轨垂直力间断测量技术、准连续测量技术及全连续测量技术的测量原理、实现方法及应用进行了详细阐述。间断测量技术单元测区短,测区与测区间的间断距离长,对轮轨冲击捕获率低,检测精度差;准连续测量技术采用"剪力+支撑力"的测试方式,大幅提高了轮轨垂直力的测试区长度,检测精度、轮轨冲击捕获率均大幅提高,但存在剪力盲区;全连续测量技术在准连续测量技术的基础上,通过测区覆盖法、复合测区法等,实现了轮轨垂直力连续测量技术的重大突破。     

轮轨接触点的在线连续测量

车辆运行过程中,由于车轮旋转的影响,轮轨作用点位置的测量非常困难。在线测量作用点的轮轨位置对脱轨机理和机车车辆性能的研究有十分重要的意义。在常规测力轮对的基础上,通过增加1个电桥感应作用点位置的变化。对电桥的输出进行傅立叶级数分析,建立作用点位置与电桥输出的非线性方程组。针对非线性方程组难以实时求解的问题,采用神经网络拟合轮轨作用力位置变化与电桥输出间复杂的非线性映射关系,用不同作用点位置下各种横、垂向力的组合对神经网络进行训练,以达到求解非线性方程组、得到作用点位置的目的。实验结果表明,可以较为准确地检测轮轨力作用点的位置,而且预测能力也令人满意。     

测试轮轨作用力的2种新设备:LASCA和MONI

介绍了新开发的2种测试系统LASCA和MONI。该系统可以测量作用在钢轨支撑系统上的作用力,输出的数据可以比较轮轨间作用力、钢轨扣件作用力,从而可以更深刻地理解轮轨系统性能。     

高精度高速连续测量轮轨动态作用力的研究

采用高精度高速连续测量测力轮对是高速铁路联调联试、安全评估、轮轨关系及系统动力学仿真研究的重要技术手段。本文系统地论述高速测力轮对的基本原理以及基于综合误差最小化的设计方法、基于可靠性的制造工艺、基于精度的动静态标定等关键技术,介绍其在0号高速综合检测列车上的应用情况。结果表明,运用该技术的高速测力轮对,可在复杂运用条件下连续得到包括垂向力、横向力、纵向力及轮轨接触位置在内的完整的轮轨作用力学参数,为轮轨动态作用的深入研究创造条件。本文还就如何利用测力轮对改进高速铁路轮轨系统动力学仿真技术进行探讨。     

基于测力轮对的轮轨瞬态作用力仿真计算

轮轨力的测试大都采用测力轮对。然后目前的测力轮对尚有以下缺陷：１）测试电桥组成后便不易改动，因此，很难保证所组电桥是最优的。２）测力轮对在投入运行之前，首先要进行标定试验。实验室内可以精确实现垂向加载标定试验，对于横向作用力来说尚无法在轮轨踏面上实现准确加载，从而无法实现横向作用力的准确标定，其载荷的耦合作用更无法预测。针对这一情形，本文提出了对垂向和横向轮轨力进行仿真标定和对轮轨瞬态力进行仿真计     

安全综合检测车的研制

介绍我国正在研制的第一辆安全综合检测车。该车由轨道状态检测、接触网检测、轮轨连续作用力测量、线路周边环境监视、通信信号检测(预留)等五个检测子系统组成。分别对轨道状态、接触网、轮轨连续作用力、线路周边环境进行检测或监视,概述了检测内容、检测原理及其技术指标。该车检测数据的实时处理是通过网络化计算机数据处理子系统完成的。该车综合分析技术包括轨道检测结果对接触网拉出值检测偏差值的修正和补偿技术、轨道检测结果与轮轨作用力测量结果的对比及分析技术、环境监视图像与轨道检测结果的实时叠加综合技术以及整车电磁兼容问题研究等。     

基于云平台的高速铁路轮轨力地面智能监测系统研究

轮轨力是轨道结构乃至基础设施设计和研究过程中的重要参数,轮轨力衍生出的脱轨系数等安全性参数也是列车运营状态的重要评估指标,现有基于地面测试的轮轨力数据采集和分析主要以人工方式开展.基于轮轨力的标准测试方法,应用现代传感技术、虚拟仪器技术、嵌入式技术、网络技术和通信技术,提出基于云平台的高速铁路轮轨力智能监测系统技术方案...     

新型二维轮轨耦合单元及OpenSees实现

基于轮轨竖向非线性接触关系,提出一种新型通用二维轮轨耦合单元模型,并在有限元OpenSees软件平台上实现。所提单元由轮节点和所有可能与之接触的梁单元节点组成,通过建立和求解关于轮轨作用力的一元三次方程,得到轮轨之间的接触力,计算由轮轨相互作用产生的耦合单元各节点力,定义为单元内力。通过与文献中计算结果对比,验证了该单元模型的准确性和可靠性,基于此模型分析高速列车通过桥梁时在轨道不平顺激励和地震作用下的动力响应。此耦合单元模型易于集成到有限元计算平台中,能与已有的列车模型、轨道和桥梁等模型联合使用,能够考虑轨道不平顺和轮轨脱离等情况,可用来分析复杂竖向车桥耦合系统的动力问题。     

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。     

通过轮轨界面摩擦管理降低轨道横向力

作为探讨轮轨相互作用系列文章中的第二篇,分析了列车通过曲线时作用在轮轨接触面上的横向作用力和垂向作用力及其对轮对导向性能、轮轨磨耗和车辆运行安全性的影响。结合国内外客、货运铁路的实际应用经验,探讨如何通过轮轨界面摩擦管理降低轮对横向力,达到降低列车脱轨风险、减缓轨道结构伤损和减小钢轨与车轮磨耗的目的。     

高速车辆运行过程中轮轨接触点的测试研究

轮轨接触点对深化分析轮对运行动态行为、安全性、轮轨接触状态及作用力等起着关键的作用。基于传统车轮辐板应力测量车轮垂向力与横向力方法,考虑车轮磨耗影响,提出一种提高识别轮轨接触点准确度的改进测试方法。通过FEM程序ANSYS软件分析沿车轮踏面不同位置分别作用垂向、横向和纵向力时,车轮辐板表面的应力分布状态。由计算结果可知,沿辐板孔横向表面的径向应力分布随作用载荷位置(接触点)呈现特定的变化规律,为测试轮轨接触点位置提供了可行性。研究表明,在车轮辐板特定区域存在着对横向力和纵向力不敏感的应力区域,可消除由横向力和纵向力引起的干扰影响。根据计算和试验结果,找出车轮上应变片识别精度最佳的布置位置、方向和测试组桥方式,针对在线测试,完善测量桥路的可靠性和抗干扰性,使测试精度更高,接触点位置的确定更准确。分析因车轮踏面磨耗与镟修导致对车轮辐板表面应力分布产生影响的问题,推导出测试修正矩阵,扩展测量识别接触点的适用范围。完成测试轮对的研制,进行线路测试,获取了多种运行条件下接触点的测试结果。     

基于轴箱垂向加速度中高频轮轨垂向力软测量模型

利用谱方法和相干函数分析轴箱垂向加速度与轮轨垂向力的频率特性.根据轴箱垂向加速度与轮轨垂向力在波形上具有相似性的特点,采用H1传递函数估计方法和傅立叶变换及傅立叶逆变换,导出轴箱垂向加速度与中高频轮轨垂向力关联的传递函数,建立用于预测中高频轮轨垂向力的软测量模型,并根据相干系数确定了轮轨垂向力软测量模型的适用频率范围为55～90 Hz.利用实测的轴箱垂向加速度和轮轨垂向力数据对轮轨垂向力软测量模型进行验证的结果表明,基于轴箱垂向加速度的中高频轮轨垂向力软测量模型具有较高的预测精度,而且简单实用,为诊断和控制轮轨垂向力大值提供了新的分析手段.     

对轮轨润滑剂粘着特性的评价

指出铁道机车车辆通过小半径曲线时在轮轨间会产生较大的横向作用力，该作用力是导致机车车辆脱轨以及外轨轨头内侧面磨耗、内轨轨顶面波状磨耗和车轮轮缘垂直磨耗的主要因素之一。轮轨间发出的碾压声响还会对周围环境造成噪声污染。使用轮轨润滑剂有助于减小该横向作用力。文中介绍了4种不同类型轮轨润滑剂粘着特性评价试验的条件、方法和结果等。     

基于60 kg/m和60N钢轨的货车轮轨动力学性能比较

为对比分析铁路货车在60 kg/m和60N钢轨上的轮轨动力学性能,以C70货车为例,采用SIMPACK多体动力学软件建立基于60 kg/m和60N钢轨的货车-轨道耦合动力学模型,计算轮轨几何接触关系、车辆运行稳定性和平稳性、轮轨作用力等。计算结果表明:LM车轮踏面与60N钢轨匹配时,轮轨接触点靠近轨面中心,车辆运行有更高的稳定性和平稳性;车辆通过曲线时,车辆在60N钢轨上的轮轨接触斑面积较大,轮轨间的垂向作用力、横向作用力较大,通过小半径曲线时轮轨横向蠕滑力较大;车辆与60 kg/m钢轨之间的总蠕滑力、纵向蠕滑力、最大法向接触应力和磨耗指数较大,加剧了60 kg/m钢轨的磨损。     

基于图像识别的轮轨冲角测量系统研究

为了解决机车车辆运行过程中轮轨冲角的连续测量问题,研究基于运动图像识别的轮轨冲角测量原理,提出轮轨冲角测量方法。运用该方法研制了由图像采集系统、同步采集控制系统、图像处理软件等组成的轮轨冲角测量系统,通过连续测量转向架侧架与轨道的夹角和轮对与侧架的夹角计算轮轨冲角。应用该测量方法对DF8B三轴径向转向架机车进行实车线路试验,测得该车径向机构锁定和不锁定两种状态下通过250 m半径曲线时的第一轴和第三轴轮轨冲角变化曲线。     

33t大轴重机车的轮轨动作用力研究

在铁路线路允许的条件下,开行大轴重货运机车是解决货运紧张矛盾的主要办法。结合正在设计的某型33t大轴重机车转向架结构,计算分析了一系软、二系硬和一系硬、二系软两种设计方案的33t轴重机车的轮轨力。通过与25t轴重机车的轮轨作用力比较,得出了33t轴重机车的轮轨力增加幅度。同时,分析了一系横向刚度变化对此33t轴重机车横向轮轨力的影响。     

随机轮轨力作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测仿真

以现场实测轮轨力为样本,利用参数假设检验方法,确定轮轨力幅值和频率特征,进而根据轮轨力分布特征编制荷载谱。建立轨道结构的多跨连续梁模型,分析群载作用下钢轨受力情况,确定最大弯曲应力所在位置;利用子模型技术,取最大弯曲应力所处的一跨钢轨为研究对象,建立子模型,分析不同幅值下轮轨接触斑内局部应力情况。根据临界平面法思想,建立随机轮轨力作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型。结合具体实例分析表明:在一定速度范围内,轮轨力符合正态分布;根据随机轮轨力作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型,预测U75V钢轨通过约560万吨总重时轨面萌生裂纹,与现场观察结果吻合。