桥上列车脱轨的力学机理、能量随机分析理论及其应用

总结了国内外现有桥上列车脱轨研究中的主要问题。基于物理概念，提出了桥上列车脱轨的力学机理，进一步提出了桥上列车脱轨能量随机分析理论，其主要内容包括：列车脱轨几何准则；能反映轮轨接触状态及相对位移的列车桥梁时变系统空间振动方程组的建立；此系统横向振动激振源的确定；此系统随机横向振动的计算方法；评判列车是否脱轨的能量增量准则。计算了6个桥上列车是否脱轨实例，计算结果均与实际符合，证明这个理论有一定正确性。     

列车脱轨的力学机理与防止脱轨理论

论证了：1)现行脱轨系数Q/P及轮重减栽率△P/Po的限值不能防止脱轨的根本原因是在于它们不能控制列车实际的Q/P与△P/Po不超过规定限值;2)列车脱轨的力学机理是列车桥梁(轨道)时变系统的横向振动丧失稳定,只要此系统横向振动是稳定的．列车车轮就不会脱轨掉道。提出了判别此系统横向振动是否稳定(即列车是否脱轨)的此系统抗力作功增量与输入能量增量准则。深入论述了：1)国内外此系统振动计算理论在计算模型、激振源、随机分析3个方面存在根本问题;2)列车脱轨能量随机分析理论。列出了12例列车是否脱轨的计算结果,所有对应于有实践结果的算例,其计算结果都与实际情况相吻合．     

再论列车脱轨能量随机分析

本文论述了国内外脱轨计算中的根本问题，车辆与轨道振动方程解的唯一性无保证，采用的激振源未包括所有引起车轨系统横向振动因素的作用，车轨系统随机振动的计算问题未解决；以轮轨相互作用力的计算为脱轨分析的突破口不恰当，现行规范规定的脱轨系数Q／P及轮重减载率△P／P际值，不能反映实际列车Q／P及△P／P的随机量大值，不能保证实际列车可能产生的最大Q／P及△P／P不超过规范限值，另外，本文继文献[1]进一步论述了列车脱轨能量随机分析的理论与实践，再次作了实例脱轨分析，与实践结果吻合，提出了预防列车脱轨措施及车轨系统抗脱轨安全系数N的计算方法。     

秦沈客运专线高速列车构架人工蛇行波的随机模拟

国内外在列车-轨道时变系统横向振动计算中,大多采用轨道横向不平顺作为列车-桥梁(轨道)时变系统横向振动的激振源。实际上,引起此系统横向振动的因素很多,诸如轨道横向不平顺、车轮踏面锥度、轮轨缺陷、车轮与钢轨的制造误差、车辆质量及其载重的偏心等。机车车辆构架蛇行波反映了引起此系统横向振动所有因素的影响,同时还反映了轮轨实际接触状态。根据秦沈客运专线高速列车构架蛇行波的现场测试资料和试验结果表明：采用三角级数模型及Monte-Carlo法随机模拟出了高速列车在时速160～300km／h范围内的构架人工蛇行波;解决了高速列车一桥梁(轨道)时变系统横向振动随机分析的激振源问题。列出了具有代表性的高速列车构架蛇行波实测波形图。     

再论构架蛇行波行为车轨（桥）时变系统横向振动激振源的合理性

车轨（桥）时变系统横向振动计算中的一个关键是此系统横向振动激振源的确定。迄今为止，国内外研究大多以轨道横向不平顺为此系统横向振动的激振源，但是引起此系统横向振动的因素很多，诸如轨道横向不平顺、车轮踏面锥度、轮轨缺陷及制造误差、车辆质量及其载重的偏心。仅考虑轨道横向不平顺，显然忽视了其他很多因素的作用，而这些因素的作用无法包含在轨道不平顺中，15年前，曾庆元院士就提出了以构架蛇行波作为车轨（桥）时变系统横向振动激振源的思想。本文再次从数学、力学角度对此思想进行了论证，并结合大量详实的经试验验证了的计算结果及近年来作者在车振实测及列车脱轨研究方面所积累的一些印证材料，充分说明了此思想的合理性及正确性。     

直线货物列车脱轨过程计算

首先指出了国内外脱轨研究中存在的主要问题，提出列车脱轨能量随机分析方法，运用列车－轨道时变系统空间振动分析理论及此种能量随机分析方法，对直线货物列车脱轨过程进行了计算，计算结果与实际线路工况下货物列车脱轨试验结果吻合。     

再论构架蛇行波作为车轨(桥)时变系统横向振动激振源的合理性

车轨(桥)时变系统横向振动计算中的一个关键是此系统横向振动激振源的确定.迄今为止,国内外研究大多以轨道横向不平顺为此系统横向振动的激振源.但是引起此系统横向振动的因素很多,诸如轨道横向不平顺、车轮踏面锥度、轮轨缺陷及制造误差、车辆质量及其载重的偏心.仅考虑轨道横向不平顺,显然忽视了其他很多因素的作用,而这些因素的作用无法包含在轨道不平顺中.15年前,曾庆元院士就提出了以构架蛇行波作为车轨(桥)时变系统横向振动激振源的思想.本文再次从数学、力学角度对此思想进行了论证,并结合大量详实的经试验验证了的计算结果及近年来作者在车振实测及列车脱轨研究方面所积累的一些印证材料,充分说明了此思想的合理性及正确性.     

车桥(轨)耦合振动系统仿真中的基本问题、解决办法及其应用范围

针对目前广为关注的车桥（轨）耦合振动系统横向振动计算与列车脱轨能量随机分析理论，从理论及试验的角度，探讨了该方法在提出，验证，应用方面存在的一些问题，分析认为在车桥（轨）耦合振动系统中，横向振动的激振源是明确的；横向振动的适定解通过解析是可以得到的；可以有效地进行振动的随机分析；基于轮轨关系的方法与实际有较好的一致性，另外，若将车桥（轨）横向振动计算与列车脱轨能量随机分析理论应用到货车脱轨计算中还有待商榷。     

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。     

对论文"车桥(轨)耦合振动系统仿真中的基本问题、解决办法及其应用范围"的回复

对"车桥(轨)耦合振动系统仿真中的基本问题、解决办法及其应用范围"一文所提出的问题,进行了回复。根据文章"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"中分析方法的主要内容,重新阐述了由作者提出的理论、计算模型等的正确性。经多例实测结果验证,未发现与实际情况有较大差距。根据提出的列车脱轨能量随机分析理论,算出5个货物列车—轨道时变系统振动实例,3个脱轨,2个不脱轨,均与实际吻合。     

基于脱轨系数安全标准的重车重心限制高度

引起车辆脱轨的原因主要有车轮的垂直载荷减小和轮轨间的侧向力增大2种。依据对车轮脱轨临界状态的受力分析,建立轮对脱轨的数学模型,推导出横向力作用下脱轨系数的计算公式。以C64K型敞车为例,分析横向力大小与其作用点高度之间的关系,得出车辆在直线和曲线上脱轨的最不利横向力组合。基于最不利横向力组合,为保证车辆运行安全,按照脱轨系数不得超过1.2的标准,分别计算分析C64K型敞车在4种最不利装载工况、3种最不利运行工况下的脱轨系数与重车重心高度的关系。由计算结果可以确定重车重心限制高度为2 207 mm,比现行的重车重心限制高度增加207 mm。     

根据车轮抬升量评判车辆脱轨的方法与准则

分析比较了目前国际上常用的车辆脱轨评价标准的特点及其不足，指出我国现行国家标准GB5599-85评判车辆脱轨所存在的突出问题，在此基础上提出直接根据车轮抬升量评判脱轨的原理与方法，运用车辆-轨道耦合动力学理论，对单轮对爬轨脱轨和跳轨脱轨过程进行了计算仿真，得出脱轨系数超限时间与车轮抬升量之间的关系，提出最大允许超限时间为35ms的安全准则，并进行了实际线路工况下整车轮轨相互作用脱轨仿真验证，最后提出针对我国车辆脱轨评判的建议标准及其实施细则。     

列车脱轨研究最新进展

从脱轨原因、脱轨评判标准、脱轨试验及脱轨分析等4个方面对国内外脱轨研究进行了简要历史回顾.在此基础上,总结了近20年来国内外研究者在脱轨研究方面取得的进展.中南大学列车脱轨研究组在近10年的研究中,提出了一套全新的列车脱轨分析理论,取得了突破性进展及实质性的应用成果,对此进行了简单介绍.最后对脱轨研究需进一步进行的工作提出了作者们的一些观点.     

铁道车辆脱轨检测装置的设计

概括介绍了国内外铁道车辆脱轨检测现状,以及铁道车辆脱轨检测装置的技术方案、工作原理、研制过程及其应用情况。     

对脱轨零容忍

介绍了铁道车辆脱轨事故造成的损失,以及为防止脱轨事故而采取的措施.     

俄罗斯铁路货车空车脱轨研究

介绍了2001年以来俄罗斯铁路货车空车脱轨事故增多的原因,以及防范措施.     

车辆脱轨、颠覆的机理及其安全性研究

分析了铁道车辆脱轨、颠覆事故的原因,着重介绍了车辆脱轨、颠覆安全性的研究动向.     

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。     

实心车轴单轮对的脱轨试验与数字仿真

从轮轨关系的角度介绍实心车轴单轮对脱轨的研究现状及脱轨的数字仿真分析。在准静态条件下,在全尺滚动试验台上进行了试验,研究了轮对冲角以及作用于爬轨侧轮缘和非爬轨侧轮缘上的垂向载荷的比率等参数对试验结果的影响。本文在试验结果的基础上,分析了现有的一些评判脱轨的准则,并提出了2个新的评判准则。建立了一个基于爬轨过程的轮轨接触数学模型,并利用数字仿真结果与实测试验的结果对比,验证了该模型的正确性。     

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。