客运专线道岔动态轨距优化的仿真分析

介绍了德国BWG公司基于动态轨距优化方案设计的KGO道岔,针对客运专线18号动态轨距优化转辙器道岔建立了车辆/道岔动力学仿真模型,对车辆以250 km/h速度直逆向和80 km/h速度侧逆向通过时的舒适性、安全性进行了仿真分析,结果表明各项动力响应完全满足车辆舒适性、安全性通过要求.另外,对传统18号道岔和18号动态轨距优化道岔的动力响应进行了比较,发现在道岔转辙器部分设置轨距加宽可以提高运行舒适度,以及减少车轮,尖轨的磨耗,但会降低侧向过岔时的运行舒适性.     

不足位移对高速道岔动力特性的影响

为揭示道岔不足位移对高速行车的影响,根据高速道岔、列车的结构特点、力学特性和相互作用关系,建立车辆-道岔耦合动力学模型,并以高速列车直向350km/h、侧向80km/h通过350km/h客运专线18号无砟道岔为例,分析不同不足位移情形下车辆和道岔的动力学特性。结果表明:尖轨、心轨不足位移对列车动轮载、钢轨动应力影响较小,对轮缘力、车体横向加速度、轮重减载率、脱轨系数影响较大;不足位移会严重影响高速列车直、侧向过岔的舒适性及安全性,影响高速道岔正常工作状态;牵引转换设计时,应严格控制道岔尖轨、心轨不足位移。     

1 435 mm与1 000 mm轨距三线套轨铁路道岔的动力学特性

为使两种不同轨距的货车顺利通过道岔，设计了1 435 mm与1 000 mm轨距三线套轨铁路道岔。基于多体动力学理论建立车辆-套轨铁路道岔的轮轨系统空间耦合动力学模型，计算分析货车侧向通过标准轨距铁路道岔及直向通过米轨铁路道岔时的动力学响应，并研究过岔速度对动力学响应的影响。结果表明：货车侧向过岔时，车体横向加速度最大值出现在连接部分，其他动力学评价指标最大值出现在辙叉区，且不同速度下动力学响应波动较大；货车直向过岔时，各动力学评价指标最大值均出现在辙叉区；货车以45～70 km/h侧向过岔时，轮轨力、脱轨系数存在较大波动；货车以95 km/h以上速度直向过岔时，动力学响应明显增大。为使货车在满足安全限值的条件下侧向通过标准轨距铁路道岔、直向通过米轨铁路道岔，侧向过岔速度不应高于65 km/h，直向过岔速度不应高于105 km/h。     

基于ADAMS的轨距加宽式道岔动力仿真分析

基于动态轨距优化(KGO)的方案,设计了一种18号客运专线轨距加宽式转辙器结构,研究了该结构的初始竖向不平顺。利用美国多体动力学软件ADAMS/Rail建立了客运专线列车CRH1的虚拟样机和道岔模型,对车辆以200 km/h直逆向和80 km/h侧逆向通过道岔轨距加宽式转辙器进行了动力仿真分析。     

客运专线道岔轨距加宽式转辙器动力仿真

介绍德国基于动态轨距优化(K inem atic Gauge Optim i-zation)方案设计的FAKOP道岔,针对18号客运专线轨距加宽式转辙器,利用美国动力学软件ADAMS/Rail建立了车辆/道岔转辙器动力仿真模型,对车辆以200 km/h直逆向和80 km/h侧逆向通过道岔轨距加宽式转辙器进行动力仿真分析,并将车辆侧逆向通过18号轨距加宽式道岔和客运专线道岔的动力性能进行比较。     

高速道岔关键技术试验研究

对岔区轨道刚度合理取值及均匀化技术、尖轨降低值优化技术、转辙器运动学轨距优化技术、侧线线型设计技术对动车组高速直、侧向过岔平稳性的影响进行了试验研究。研究结论如下:为保证旅客乘坐舒适性,必须结合采用的扣件特点选择合适的岔区轨道刚度,刚度均匀化在理论上可以实现,实际上受施工质量以及道岔精调状态等因素影响;尖轨相对于基本轨的降低值决定了轮轨垂直力在尖轨和基本轨间的过渡范围及过渡比例,并直接影响列车过岔平稳性,降低值过大会严重影响道岔平顺性及降低行车平稳性;是否采用运动学轨距优化技术对道岔平顺性无显著影响,客专线道岔不采用运动学轨距优化技术是有试验数据支撑的;动车组侧向通过42号和62号道岔的车体水平加速度实测最大值小于1.5m/s2,符合技术条件要求,和设计预期一致。     

钢轨廓形优化对转辙器动力特性的影响研究

为提高列车高速直向过岔平稳性,将60N钢轨廓形及新设计的尖轨廓形应用于18号高速道岔转辙器部分,应用车辆-道岔耦合动力学理论,建立模型进行动力学仿真计算,与CHN60高速道岔转辙器动力特性进行对比。仿真计算结果表明:60N高速道岔转辙器部分轮载过渡段起点前移,轮载过渡时间增长;车辆直向经过道岔转辙器时的滚动圆半径差、轮对横移量和钢轨横向接触点外移幅值均减小,轮对蛇形运动幅度减小,行车平稳性得到提高;轮轨最大横向力由6.12 kN降低至4.75 kN,轮轨横向相互作用力减弱;车轮脱轨系数、车体横向加速度略有减小,轮轨垂向力、车轮减载率和车体垂向加速度变化不大,均在安全范围内。     

地铁9号道岔侧向通过速度提升可行性研究

为提高地铁9号道岔侧向过岔能力,提出将9号道岔侧向通过速度提升至50 km/h,为此设计了5种道岔平面线型方案。基于车辆-道岔耦合动力学理论,分析不同的道岔平面线型方案对地铁车辆运行平稳性、安全性的影响。经方案比选可得:地铁9号道岔尖轨采用相离半切线型,尖轨尖端理论厚度增加至2 mm,尖轨冲击角取0.014 1 ~ 0.015 3 rad,既可提高尖轨的整体耐磨性,也可保证过岔较好的乘坐舒适性;导曲线半径采用350 m,有利于降低列车经过导曲线时未被平衡的离心加速度,提高列车过岔舒适性。     

客运专线道岔转辙器部分轮载过渡段优化设计研究

为了研究转辙器部分轮载过渡段尖轨承载断面设计对高速列车过岔时安全性与平稳性的影响,采用动力学参数设计法和列车道岔系统动力学评估法,通过建立轮轨系统空间耦合振动仿真计算模型,主要对尖轨开始承载断面位置、降低值、完全承载断面位置三个影响因素进行分析.结果表明,降低开始承载断面降低值,前移尖轨开始承载断面、完全承载断面位置,有利于提高列车过岔稳定性;从提高行车舒适性角度考虑,将转辙器部分轮载过渡段设置为在直尖轨顶宽15 mm处降低3 mm,在顶宽40 mm处完全承载是比较合理的方案.     

铁路道岔动态轨距优化技术的仿真研究

针对既有道岔动态轨距优化技术,建立了车辆-道岔耦合动力学仿真模型,对既有动态轨距优化方案道岔与传统道岔的动力学性能进行对比分析,结果表明既有优化方案可以改善岔区轮轨接触关系,保持车辆正弦曲线的运行轨迹;但部分动力响应幅值还有些偏大,考虑对即有优化方案参数做进一步的研究.通过改变轨距加宽区长度、加宽最大值等参数,设计了5种新的优化方案并进行了动力学性能对比,确定出了最佳方案.再对最新优化方案与既有优化方案进行动力学性能对比,结果表明缩减加宽区长度对提高车辆直逆向通过能力、减少尖轨受力是有利的;改变轨距加宽区长度、加宽最大值对侧逆向过岔而言效果不显著.     

列车通过12号无砟道岔及配套交叉渡线时的安全性和舒适性评价

对于12号无砟道岔及配套交叉渡线而言,需要研究列车与道岔间的动态相互作用问题。分别建立了车辆模型和道岔模型,其中车辆模型采用主要考虑车体、转向架和轮对三部分结构的单列全车模型,道岔模型包括转辙器、连接部分、12号辙叉、6号锐角辙叉及6号钝角辙叉等基本结构,充分考虑各细部结构对其振动的影响,以尽可能与实际情况相符;然后用列车动力学和道岔动力学理论,建立可考虑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。研究结果表明:当CRH2动车组以时速50 km侧向通过客运专线用60 kg/m钢轨12号交叉渡线道岔时,能满足旅客的安全性和舒适性要求。     

应用车辆-道岔-桥梁耦合动力学分析道岔-桥梁合理相对位置

为确定道岔、桥梁的合理相对位置,深入研究快速及高速行车条件下车辆-道岔-桥梁的动态相互作用,将车辆、道岔区轨道和桥梁作为一个整体,建立车辆-道岔-桥梁耦合系统动力分析模型,用数值模拟的方法计算分析高速行车条件下道岔区轨道、车辆与连续桥梁结构的动力特性及行车安全性和舒适性。以车速350 km/h通过18号国产道岔,岔桥相对位置为尖轨尖端分别位于桥跨1/4、跨中、3/4跨及墩上,通过计算出的尖轨和心轨开口量、尖轨和心轨动应力、车体振动加速度、减载率、脱轨系数、舒适性、桥梁振幅、振动加速度和梁端转角等动力响应,确定在车辆-道岔-桥梁耦合动力条件下4×32 m连续梁桥的合理岔桥相对位置。计算结果表明,18号国产道岔铺设于4×32 m连续梁桥上时,道岔尖轨尖端位于1/4跨时综合动力效果较佳。     

时速250km级18号道岔设计理论与试验研究

为确保客运专线建设成功,铁道部组织进行了客运专线道岔的自主研发。本文以系统集成设计方法,建立了250km/h客运专线道岔动力强度、无缝道岔设计理论、转换计算理论、轨道刚度设计理论等设计理论体系,优化了道岔平面线型,研发了新型扣件系统及心轨一动处工电结构,实现了岔区轨道刚度的合理设置与均匀化。对所研制的250km/h客运专线有砟轨道18号道岔在胶济线进行试铺和动测试验,CRH动车组、提速客车及货车直、侧向过岔时的动力测试结果表明,该道岔具有较高的安全性和列车运行平稳性,证明了客运专线道岔设计理论体系的科学性及道岔结构设计的合理性。     

城市轨道交通7号单开道岔结构优化与设计

城市轨道交通7号单开道岔主要铺设在站场,在车辆出库、入库时使用。在城市中站场占地较大,一旦建设完成就很难扩建,因此7号道岔的设计要跟主流线型的长度保持一致,以方便更换和维修。根据现场调研发现图号SC319及其同线型图号的道岔使用量最大,因此本设计在SC319前长、后长、总长不变的基础上设计多种线型优化方案,并通过动力学建模仿真分析列车过岔时的力学性能,选出最优线型进行结构设计。在设计过程中借鉴了重载铁路道岔和高速铁路道岔的设计经验,如:用刨切基本轨加宽曲尖轨的技术延长其耐磨性和使用寿命;在尖轨根端采用弹性可弯结构取代以往根端活接头式结构,减少尖轨根端病害;针对现场辙叉易掉块不耐磨的特点设计更优异性能的合金钢辙叉;设计了常规混凝土岔枕和复合材料岔枕,为城市轨道交通岔区轨下基础提供多种可选方案。     

直逆向过岔时列车-道岔-连续刚构桥系统空间振动分析

针对桥上无缝道岔,运用有限单元法,建立钢轨-岔枕-桥梁系统空间振动分析模型。运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则,建立了列车-道岔-桥梁系统空间振动方程组。以温福客运专线田螺大桥为例,拟定桥上铺设了由2组38号道岔组成的单渡线,计算“中华之星”电动车组,按一动四拖的编组方式,以200 km/h的速度直逆向通过时,列车-道岔-桥梁系统空间振动响应,并与列车通过路基无缝道岔和桥上无缝线路的动力响应进行对比。计算结果表明,桥梁导致钢轨和岔枕的位移增幅较大,列车动力响应有所增加,对道岔振动加速度和轮轨力影响不显著;道岔导致桥梁振动加速度小幅增加,而列车动力响应显著增大。     

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。     

城市轨道交通60 kg/m钢轨12号单开道岔设计研究

北京新机场线是时速160 km的城市轨道交通线路,相较于普通城市轨道交通线路,具有列车轴重大、速度高、通过地段复杂多样等特点,有必要对其道岔系统进行专门研究。研究的重点为道岔平面线型、结构构造、轨下基础及工电结合部等几个方面。研究结果:采用60AT2尖轨并设置轨底坡或轨顶坡,提高了列车经过岔区时的平稳性和旅客的乘座舒适度;采用镶嵌翼轨式合金钢组合辙叉提高了辙叉使用寿命,减小了养护维修量;采用不同刚度的板下弹性垫层,实现了城市轨道交通道岔岔区的刚度均匀化及整体低刚度化,有效降低了岔区的振动噪声。     

动车组与单节车侧向通过道岔动力学性能比较

根据道岔的实际尺寸和平面布置,在Simpack软件中构建变截面道岔模型,同时建立动车组和各单节车的模型.考虑轮轨之间的多点接触关系,模拟计算了动车组和单节车以80 km/h的速度侧向通过18号可动心轨式单开道岔的动力学响应.结果表明:由于车钩作用,通过转辙器区和辙叉区时,动车组瞬时横向最大冲击和单节车有一些不同;通过道岔的响应波形有较大的差别,尤其是垂向力、减载率和车体加速度.     

轨道交通曲线道岔加宽量及建筑限界设计

轨道交通中道岔的技术性能及岔区的建筑限界设计直接影响运营组织效率和车辆运行安全,针对重庆市轨道交通6号线工程中应用曲线道岔的情况,依据曲线道岔参数及布置形式,利用图解法模拟车辆过岔过程,并进行加宽量计算,拟合出道岔区建筑限界的加宽量图,讨论曲线道岔区建筑限界加宽量的影响因素及计算方法,为岔区土建、结构设计提供理论依据。