车辆脱轨机理及预防脱轨的对策

通过现场调研,在阐述三种脱轨机理,即爬轨脱轨、滑轨脱轨和跳轨脱轨的基础上,系统总结分析了目前各种车辆脱轨的安全评判标准及有待解决的问题,进而通过对脱轨试验情况分析并提出了五种车辆脱轨的类型及其脱轨预防对策.     

动车低速脱轨的动态响应

在动车轴箱下方安装防护装置,进行线路低速脱轨试验。车辆借助脱轨器完成脱轨,利用应变片、加速度和位移传感器采集脱轨车辆的动态响应,采用高速摄像仪和视频摄像仪分别记录了脱轨车辆的运动姿态。基于试验数据,评估了脱轨条件下钢轨抗倾翻能力,验证了脱轨安全防护装置的性能,分析了动车脱轨后的动态响应和脱轨速度、车辆质量和线路对动态响应的影响。试验结果表明:当动车低速脱轨时,防护装置撞击钢轨的最大横向力为177.18kN,小于钢轨横向抵抗力510.00kN,因此,脱轨安全防护装置可以扣住钢轨外侧,有效限制脱轨车辆的横向移动。车辆的脱轨过程分为惰行、轨上运动、落地和路基滑行4个阶段,各阶段的动态响应均随脱轨速度和车辆质量的增大而增大。当动车脱轨速度为22km·h-1时,CRTSⅡ型双块式无砟轨道的脱轨距离约为15.80m,CRTSⅠ型板式无砟轨道的脱轨距离约为20.87m,因此,CRTSⅡ型双块式无砟轨道的轨枕可以起到减速带的作用,减小脱轨距离。     

铁道车辆运行安全评判的轮对爬轨脱轨准则

为了掌握车辆爬轨脱轨机理及主要影响因素,分析了轮对的三维空间受力,推导了轮轨横向力和垂向力比值的一般表示式,假设车轮在达到最大轮缘接触角时为脱轨的临界状态,并认为这时轮轨间出现完全摩擦滑动,导出了不考虑轮对摇头角的临界脱轨判别的二维准则与考虑轮对摇头角和轮轨蠕滑率效应的三维脱轨判别准则,给出了轮轴脱轨系数的定义,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率进行脱轨的判别。仿真计算结果表明:二维脱轨判别准则与三维准则相比偏于保守;摇头角越小甚至变负,越有利于防止脱轨,摇头角越大,三维准则的临界脱轨曲线越接近于二维准则的;减小轮轨摩擦系数与增大轮缘角均有利于防止脱轨的发生。     

京山线滦河老桥上货物列车脱轨分析

基于列车桥梁时变系统空间振动计算模型及列车脱轨能量随机分析方法，分别对京山线滦河老桥上行线及下行线货物列车脱轨全过程进行了计算，采用判别列车脱轨的能量增量准则，得出下行线货物列车脱轨，上行线货物列车不脱轨的结论，此结论与实际符合。同时还对引起该桥下行线货物列车脱轨原因进行了分析，认为桥梁横向刚度不够是引起脱轨的主要原因，并指出桥梁横向刚度是保证桥上列车安全运行的主控因素。     

脱轨事故智能分析支持系统（IDASS）的研究

针对列车脱轨事故原因的复杂性，本文将现代人工智能技术引入列车脱轨事故分析领域，使用从定性到定量的综合集成的智能方法进行脱轨事故分析．基于智能决策系统开发技术，采用面向对象编程方法，开发研制了脱轨事故智能分析支持系统(IDASS)，为脱轨事故调查分析提供了新的现代化分析手段。     

轮对蛇行失稳导致脱轨的机理研究

针对车辆高速时如何评定蛇行失稳导致脱轨的问题，调研了国内外现有的评定方法。采用计算机模拟方法求得车辆在高速时的瞬态的轮轨作用力及脱轨系数，结果表明了传统脱轨评定方法的局限性。建议应进一研究制定出适合车辆在高速运行状态时合理的脱轨评定方法。     

准静态条件下三维脱轨系数临界值简化计算方法

根据轮轨系统坐标系间的变换关系,在准静态条件下建立了轮轨接触斑三维受力分析模型,推导了考虑轮对摇头角与轮轨蠕滑力的三维脱轨系数计算公式,得到了脱轨临界状态时三维脱轨系数临界值的计算方法;以LMA车轮踏面与CHN60钢轨廓形为例,分析了轮对摇头角与摩擦因数对三维脱轨系数临界值的影响规律,并与Nadal脱轨系数临界值进行了对比;为简化三维脱轨系数的计算方法,根据Shen-Hedrick-Elkins蠕滑模型讨论了不同轮对摇头角、摩擦因数与垂向力条件下Kalker线性合成蠕滑力与3倍库伦摩擦力间的比值关系;分析了横向蠕滑力与纵向蠕滑力的比值随轮对摇头角与摩擦因数的变化规律,提出了一种准静态条件的三维脱轨系数简化计算方法,并与精确公式计算结果进行了对比。分析结果表明:与三维脱轨系数临界值相比,当轮对摇头角在1.5°以内时,纵向蠕滑力在切向力中的占比要明显大于横向蠕滑力,造成Nadal脱轨系数临界值具有一定的保守性,但在轮对摇头角较大时,横向蠕滑力在切向力中的占比达到了90%以上,Nadal与三维脱轨系数临界值计算结果基本相同;车轮脱轨临界状态下轮轨接触斑内已达到纯滑动状态,横向蠕滑力和纵向蠕滑力的比值基本不受摩擦因数影响,并与轮对摇头角存在强线性关系;与精确公式相比,三维脱轨系数简化计算方法的误差在±5%以内,可以满足工程应用的要求。     

基于改进BP神经网络的列车脱轨系数预测方法

列车运行过程中,脱轨系数过大将对列车运行安全产生影响并伴随脱轨隐患,因而列车脱轨系数的预测对保障列车安全运行至关重要。提出了一种基于改进BP神经网络的列车脱轨系数预测方法,利用轮轨接触横移量、接触角、车轮抬升量、列车速度对脱轨系数进行直接预测。针对传统BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部极小值等缺陷,采用附加动量法和自适应学习率相结合的方法对其进行了改进。在ADAMS/Rail中建立车辆模型,通过该模型进行动力学仿真得到轮轨接触参数的数据,用此数据对改进BP神经网络进行验证。试验结果表明改进BP神经网络预测模型在相对误差及迭代次数上有明显改善,初步验证了该方法在列车脱轨系数预测方面的可行性。     

基于事故树的铁路编组站脱轨事故及防范措施

为了提高铁路编组站作业的安全性,应用事故树分析法对铁路脱轨事故进行分析。通过事故树图形分析各事件间的内在联系及逻辑关系,寻找可能导致脱轨事故发生的因素,对每个影响因素进行重要度排列。结果表明:造成编组站脱轨事故的基本事件中,应重点防范与超速行驶有关的因素,其次应加强对作业人员的安全管理和技能培训。在作业人员、设备以及规章制度方面提出了防止编组站脱轨事故发生的有效措施。     

轨道交通工程连续刚构无支座桥梁脱轨荷载设计研究

广州某轨道交通工程采用预制节段连续刚构无支座体系。我国对连续刚构无支座体系脱轨荷载的研究相对较少,且铁路上脱轨荷载主要参考国外标准。结合实际工程,对比国内外标准,将梁部、墩部、墩梁结合处等关键部位针对脱轨荷载进行详细设计计算,得出的结论,为类似设计提供参考。     

重载组合列车机车车钩稳定控制试验

为控制重载组合机车车钩的动态稳定性,根据重载机车车钩稳定性的工作原理与车体和乍钩的儿何关系,推导了机车车钩最大自由摆角的计算方法.以某型机车装用DFC-E100型钩缓装置在大秦线牵引重载列车为例,通过改变列车的牵引重量、编组方式和制动方式,不断加大作用于机车的纵向力,实测被试机车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等安全性参数,试验研究列车中部机车车钩横向摆动对机车运行安全性的影响.结果表明:在压钩力作用下,机车车钩摆角随车钩纵向力的增大而增大;车钩最大自由摆角增大,机车的安全性参数及机车脱轨的风险则随之增加,考虑工程误差,车钩最大自由摆角应为2.5°～3.5°.     

基于纵向压力的2B_0重载机车动力学特性

为了解决2B0重载机车牵引试验中出现的3次扩轨掉道事故,分析了纵向压力作用下机车车钩倾斜与稳定原理,推导了车钩自由角的计算原理.根据车钩的试验数据,建立了车钩动力学模型.计算结果表明:大纵向冲动下车钩严重偏转是导致事故发生的主要原因;为了保证车辆安全运行,大摆角车钩必须具有对中复位功能;车钩自动复位能力、钩缓装置的特性对于机车车辆轮对侧磨有显著影响.     

On a New Method for Evaluation of Wheel Climb Derailment

In the paper, a new derailment index λ for evaluation of wheel climb derailment is proposed which is based on primary suspension forces. It is easy to apply because of its minimum criterion characteristic and can also be applied to explain the reason why wheel climb derailments are almost always accompanied by some wheel unloadings.     

重载列车车钩力对列车偏载安全性影响

为了分析偏载列车在小半径曲线运行的安全性问题,基于重载列车纵向动力学模型和短编组三维重载车辆轨道耦合动力学模型,对偏载车辆的安全性指标进行了分析. 首先利用纵向动力学模型分析了重载列车纵向冲动时的车钩力特征和变化规律,其次将计算得到的车钩力作为边界条件输入到三维短编组重载车辆轨道耦合动力学模型,研究了小半径曲线运行时车钩力和车辆偏载量对列车安全性指标的影响. 研究结果表明:单编万吨列车的最大车钩压力随着车位的增大而减小;货车向外侧偏载时,钩压力对偏载货车安全性影响较大,钩拉力影响较小. 当钩压力增大到800 kN和车辆偏载量增大到500 mm时,轮重减载率将会增大到1.00,因此,制动工况更容易出现偏载脱轨事故;相同偏载量下,曲线外侧偏载下的轮重减载率比内侧偏载情形的大;当钩压力由0增大至800 kN时,由轮重减载率确定的横向偏载量安全限值由?421 mm降低至?215 mm,设定重载列车偏载的安全限值的时候应考虑纵向冲动的影响或制动加速度量的控制.      

钢轨扣件失效对列车动态脱轨的影响

建立了非对称车辆/轨道耦合动力学模型,分析轨道扣件失效对车辆动态脱轨的影响,考虑离散轨枕支承对车辆/轨道耦合作用的影响,通过假设轨道系统刚度沿纵向分布发生突变来模拟扣件组失效状态,推导了考虑钢轨横向和垂向以及扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式,利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力,采用新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程,通过数值分析计算,得到轮轨横垂向力之比、轮重减载率、脱轨危险状态的持续时间和轮对踏面上轮轨接触点位置的变化。连续5个钢轨扣件不同程度失效对列车动态脱轨的影响的数值模拟结果表明,如果失效因子从0.8增大到1.0,即钢轨扣件经历从接近完全松脱到完全松脱,钢轨扣件失效对列车动态脱轨影响呈指数规律。     

重载货车车钩准静态受力分析与纵向载荷分配规律

针对重载货车车钩在车钩间隙、重力与纵向牵引力综合作用下的受力状态改变问题, 对车钩进行了准静态受力分析, 研究了其纵向载荷分配规律; 设计了钩舌上下牵引凸缘根部的应变试验, 得到了测点弹性应变随牵引力的变化关系, 分析了上下牵引凸缘承载程度变化趋势; 对车钩进行了详细的受力分析, 推导了载荷传递部位等效力解析解, 得到了车钩承受不同牵引力作用时所对应的仿真边界条件; 对车钩结构进行了仿真分析, 得到了节点应变随牵引力变化的响应曲线, 通过与应变测试试验结果的对比分析, 证明了车钩载荷传递部位等效力解析解和仿真模型的可靠性; 研究了牵引力与钩舌内腕面、上下牵引凸缘等效力的关系式中关键参数对等效力的影响规律。研究结果表明: 当牵引力小于13.5 kN时, 上受压推台受力; 牵引力为13.5~1 725.0 kN时, 车钩系统上下牵引凸缘同时承载, 随着牵引力的逐渐增大, 下牵引凸缘承载比例逐渐减小并趋近于0.53, 上牵引凸缘承载比例逐渐增大并趋近于0.47, 承载比例与系统参数有线性关系, 其中钩舌内腕面等效力作用位置对此影响极大。研究结果作为研究车钩疲劳裂纹萌生和扩展仿真的基础, 对铁路重载车钩服役安全性具有极强的指导意义和参考价值。      

从控机车滞后时间对3万t列车纵向力的影响

使用列车空气制动仿真方法获得空气制动系统特性,通过列车动力学仿真方法分析了3万t列车在多机车不同步条件下紧急制动和常用制动时车钩力,提出了大秦线3万t重载组合列车的可行性编组.分析了从控机车在各种滞后时间情况下,列车常用和紧急制动的最大车钩力的变化特点.研究结果表明:平道常用全制动工况下,从控二机车滞后时间比从控一机车...     

事故树分析法在城市轨道交通事故分析中的应用

从系统工程学的角度出发,将广泛应用于系统安全研究中的事故树分析方法应用到城市轨道交通事故分析中。分析城市轨道交通运营事故中脱轨这一典型事故。通过分析引起列车脱轨事故各个因素,得出城市轨道交通脱轨事故的发生概率较小,预防和控制难度较大的结论。该研究有助于城市轨道交通运营公司对引起该事故发生的各个因素提高警惕意识,也为运营安全管理工作提供理论依据。