珍贵的“马拉火车”照片

世界上最早的铁路起源于1660年英国的纽卡司安坦矿山,由马力拉曳的木制车辆在木制的轨道上行驶。据考证,轨道的间距4英尺8英寸半(即目前铁路标准轨距1435毫米),也与马臀部横向尺寸有关。后来,在1825年才发展成蒸汽机车在铁轨铺设的轨道上行驶。由于相隔3个世纪,马拉车辆在轨道上行驶的史料照片几乎已绝迹。在我国的唐山,却征集到了一张珍贵的"马拉火车"的老照片(见题图)。     

高铁新技术之一:无砟轨道

砟,岩石、煤等的碎片,在铁路上指作路基用的小块石头。传统的铁路轨道通常由2条平行的钢轨组成,钢轨固定在枕木上,枕木之下垫以小碎石组成的路砟,即有砟轨道(图1)。     

重载铁路轨道结构受力特性仿真分析

重载铁路朝大轴重、高运量、高密度的方向发展,对轨道结构提出了更高的需求。轨道结构在列车荷载作用下的受力特性与轨道部件尺寸、材料参数等有关。在已有研究基础上,充分结合朔黄铁路现场实测数据,采用有限元方法建立重载铁路轨道结构仿真模型,计算分析了不同轴重及不同轨道参数下的重载铁路轨道结构的受力特性(包括钢轨、轨枕、道床、路基面的弯矩、应力、变形等)。研究结果表明:列车轴重对钢轨位移与应力影响最大;采用Ⅲ型轨枕、减小轨枕间距有利于减小轨道结构受力;道床弹性模量对钢轨位移影响较大,而道床厚度对受力特性影响较小。     

减少钢轨的寿命周期成本

英国钢轨制造公司Corus开发了一套合适的模型来预测钢轨寿命。目的是减少轨道系统的全寿命周期成本，加强轨道系统的安全性和有效性。     

重载铁路货车轴载作用下嵌入式轨道受力变形分析

为研究嵌入式轨道在重载铁路中的适用性，采用有限元法，建立嵌入式轨道有限元模型，从钢轨应力、钢轨位移、轨道板位移的角度分析货车轴载对嵌入式轨道结构受力及变形的影响，并针对现有嵌入式轨道结构进行优化研究。研究结果表明：货车轴载对嵌入式轨道轨头应力、轨底应力、钢轨横向及竖向位移影响显著，其中，轨头应力、钢轨横向位移均超过限值要求，但其对轨道板位移影响较小；采用75 kg/m钢轨替换60 kg/m钢轨后，轨头应力显著减小，但钢轨横向位移仍然超过限值要求；在此基础上，随着填充材料弹性模量的增大，钢轨应力及位移均显著减小，且均在规范限值内，填充材料弹性模量建议取为400 MPa。     

整体道床轨道扣件刚度对钢轨声功率特性的影响

为了研究整体道床轨道扣件刚度对钢轨垂向振动声功率特性的影响,建立了平面半轨道模型,利用谱元法计算了钢轨导纳,建立了轨道周期子结构模型,利用谱传递矩阵法计算了轨道衰减率;结合钢轨导纳和轨道衰减率计算结果,得到了单位简谐点激励作用下的钢轨声功率级,分析了扣件刚度对钢轨相对声功率级的影响. 研究结果表明:在单位简谐点激励作用下,中低频范围内的钢轨声功率级随着频率的增大而提高,在1/3倍频程中心频率800 Hz处,钢轨声功率级出现峰值;钢轨声功率级随着扣件刚度的减小而增大,但主要影响的频率范围为400 Hz以下;扣件刚度减小越多,钢轨声功率级增大越显著;扣件刚度的减小使得钢轨声功率级在钢轨弯曲共振频率处增加量最大,这是因为在该频率下钢轨导纳幅值增加量和轨道衰减率减少量均较大.      

用简化模型分析铁路轨道的横向动力响应

根据轨道结构的特点,建立了横向振动简化模型,以分析轨道结构的横向刚度对轨横向作用力和钢轨横向振动的影响。从计算结果可知,轨道结构的横向振动频率较低,且钢轨与轨枕的横向振动主频相接近。道床刚度对轨道的横向振动影响较大,从理论上分析了钢轨和轨枕的动力响应与轨道横向刚度之间的关系。最后建议提高轨道的平顺性,降低轨道结构的横向振动以适应快速列车的行车要求。     

大秦线钢轨侧磨原因分析及减磨措施

简要叙述了钢轨侧磨的机理,重点分析了列车牵引重量、轴重和曲线半径对侧磨的影响,认为大秦线上钢轨减磨的对策应当是在加强轨道养护的基础上逐步配套强化轨道结构。      

移动荷载作用下板式轨道的有限元分析

用有限元法分析了板式轨道在移动荷载作用下的动力响应。视板式轨道为如下模型:钢轨为离散粘弹性支点支承的长梁;轨道板为连续粘弹性基础支承的短梁。视板式轨道及移动荷载为一个系统,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"法则建立该系统的振动方程组。研究了移动荷载的速度、钢轨的类型和钢轨支点的弹性系数对钢轨及轨道板动力响应的影响。算例结果表明:在其他参数相同的情况下,增大钢轨支点的弹性系数,钢轨的动力响应减小;使用较重型的钢轨有利于减小钢轨和轨道板的动力响应;随着移动荷载速度的提高,钢轨和轨道板的动力响应增大。     

基于数值模型和解析模型的钢轨波导特性分析

钢轨振动由沿钢轨传递的各类导波构成,是铁路滚动噪声的主要贡献者. 为了研究铁路轨道的动力特性,分别基于铁木辛柯梁理论和波导有限元法建立了两种分析模型,推导自由波响应和受迫响应的求解过程,以波数、群速度、速度导纳和衰减率为指标,分析了两种模型条件下钢轨的波导特性. 研究结果表明:波导有限元模型包含了钢轨横截面所有的变形特征,可表征6 kHz内钢轨中的8种导波及其特性,反映导波波型交换、群速度互换的现象,以及高阶导波激发引起的导纳峰值;铁木辛柯梁模型可识别包括弯曲波、扭转波和纵波在内的5种钢轨导波,无法揭示截止频率在1.5 kHz以上与钢轨截面变形相关的导波;铁木辛柯梁模型可给出2 kHz内合理的钢轨垂向原点速度导纳计算结果.      

乘坐火车舒适度可检测

当我们乘汽车外出旅行时都有这样的体会,碰到崎岖不平的路段,车会颠簸得厉害,影响到我们的舒适度.乘坐火车,其实也存在类似的问题.铁路路基和公路一样,也会因各种原因发生沉降,使得钢轨的位置发生上下或左右的偏移.假如不及时调整,我们会感到颠簸或摇晃,不仅会影响到旅客乘坐火车的舒适度,严重的还会影响行车安全.以前检测轨道的习惯做法,靠的是人用肉眼贴着钢轨看,其局限性十分明显.     

钢轨波磨研究进展

为了解轨道车辆运营中普遍存在的钢轨波磨问题,分析了钢轨波磨的形成机理,阐述了钢轨波磨对车辆-轨道系统动力学性能的影响,综述了常见的钢轨波磨检测、监测与抑制方法,并展望了钢轨波磨的研究方向。研究结果表明:车辆-轨道系统耦合振动、轮轨反馈振动、轮轨自激振动和轮轨接触振动是形成钢轨波磨的主因,车辆-轨道结构、线路运营条件、轮轨材料、钢轨型面和车轮踏面轮廓等多方面因素相互耦合作用亦会引起钢轨波磨;重载、高速铁路和地铁钢轨波磨会影响车辆-轨道系统动力学性能和车辆与轨道零部件寿命,也会影响扣件、钢轨、轨枕、轨道板(道砟)和轴箱等零部件的振动特性,各零部件的阻尼、刚度等物理参数与运行条件不匹配时也会造成钢轨波磨,列车长时间运行在钢轨波磨路段时会导致车辆-轨道结构产生强烈共振,造成严重疲劳损伤,影响行车安全;检测与监测是研究和发现钢轨波磨的重要辅助手段,抑制钢轨波磨主要通过改善轮轨接触关系、钢轨打磨、提高钢轨表面材料硬度、添加相关摩擦调节剂和轮轨润滑剂、使用钢轨吸振器技术、优化轮轨系统结构以及调整列车运营规定等措施来实现;目前,钢轨打磨仍是消除和减轻钢轨波磨最直接、最有效和最经济的措施,应提升并改善钢轨打磨技术。      

钢轨嵌入式轨道结构

为了减少轨道沉降和养护维修成本，目前的高速铁路和重载线路都开始用无碴轨道来代替传统的有碴轨道系统。钢轨嵌入式轨道结构是由Holland Railconsult公司开发的一种使用在软土地区的新型无碴轨道系统。这种结构是由铺设在地面上的连续混凝土箱型梁构成。轨道直接固定在混凝土箱型梁上，如图1所示。该种轨道结构符合重力平衡原则：结构的重量不超过开挖土体的重量，以不增加结构恒载。钢轨嵌入式轨道结构刚度很大，可以减少不均匀沉降和振动。     

黔桂线小半径曲线换铺60 kg/m钢轨问题

为了分析小半径曲线换铺60kg/m钢轨引起的钢轨作用于扣件的横向力和轨道几何误差，建立了力学分析模型，并以黔桂线最小曲线半径（177.1m）为实例进行了计算分析。分析结论说明，在小半径曲线换铺60kg/m钢轨时，钢轨的几何误差在允许范围内，我需对轨道结构采取额外的加强措施。     

快速线路轨道刚度合理值的研究

轨道动态几何形位直接对行车安全、轮轨作用力、车辆振动产生影响.轨道动态几何形位的变化与众多因素相关.轨道刚度变化同时影响着轮轨动荷载和轨道动态几何形位的变化.将沪宁线轨检车实测动态不平顺输入动力仿真软件,分别计算不同垂向和横向刚度时的轮轨动轮载和钢轨的垂向、横向动位移,并改变车辆速度和输入不平顺的大小,分析轨道不平顺、轮轨动荷载和钢轨动位移之间的关系.利用正态分布的原则统计不同状态下动轮载和动位移的最大值,分析对比钢轨动态变形和轮轨动荷载随刚度和速度的变化趋势,提出了合理的轨道刚度取值范围,并分析了初始不平顺大小对轨道动态位移的影响.     

温梯荷载下桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的力学特性

为研究横向和竖向温度梯度对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力学特性的影响,以梁-板-轨相互作用原理为基础,建立大跨度连续梁桥上 CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间精细化有限元模型,计算了轨道板竖向温度梯度和阴阳面横向温度梯度荷载作用下各轨道和桥梁结构的纵向力和位移. 结果表明:在其他温度荷载相同的情况下,轨道板竖向温度梯度对钢轨的纵向力和位移影响不大;当阴阳面横向温度差为10 ℃时,连续梁上背阴侧钢轨最大的纵向力是向阳侧的1.4倍,背阴侧桥墩最大的纵向力是向阳侧的3.5倍;在横向温度梯度作用下,钢轨纵向附加力由梁体伸缩和扭曲变形共同作用产生,横向温度梯度越大,背阴侧钢轨纵向力、位移最大值越大,向阳侧钢轨纵向力、位移最大值越小;横向和竖向温度梯度的存在不利于轨道和桥梁结构安全使用,因此,在高温差地区设计东西走向的大跨度桥上无缝线路需重点关注钢轨、轨道板和桥梁墩顶受力,并且对无缝线路的横向稳定性进行验算.      

冠名火车

火车诞生伊始，便冠有美名。1825年在连接英国斯托克顿和达林顿的世界第一条运营铁路上，行驶着斯蒂芬森设计的“旅行号”火车。此后，“火箭号”火车在利物浦到曼彻斯特的铁路上向世人展示了铁路与火车的魅力和风采。无论是“旅行号”还是“火箭号”，都代表着人们对新技术的追求和速度的渴望。这些火车的冠名不仅形象，又相当“时尚”，对人们认识和接受铁路起到了巨大的作用。     

风驰电掣的高速火车

从世界上第一台火车问世到现在,火车已经有100多年的历史了.随着火车"年龄"的增大,它也日益现代化了.目前,世界各国虽然主要使用的还是电力机车和内燃机车(包括燃气轮机车),但这些机车与它们的"祖先"相比,不仅面貌大为改观,而且机车的速度提高了十几倍.昔日马车要和它赛跑,今天的火车却敢与小飞机比高低.     

有轨电车轨道病害现场调研与分析

对国内运营3～4年的3个城市有轨电车线路现场调研发现,轨道主要病害包括:在平交道口位置,轨道周围沥青混凝土路面易发生开裂与破损,且路面与轨道易发生不均匀沉降;钢轨两侧的沥青混凝土路面易发生棱边破损;部分地段发生了轨面沉降而导致轴箱与底部结构物发生剐蹭;扣件罩顶部的路面易发生开裂与破坏;桥梁刚度过渡设置不合理易诱发扣件松动。对各种轨道病害的诱因进行分析,并提出相应的防治建议,如钢轨两侧采用预制型钢包边的钢筋混凝土板,在钢轨与预制混凝土板之间设置一定宽度的橡胶块;加强轨道与公路路面以及两种交通路基的匹配性设计。     

列车荷载下桥上CRTS Ⅲ型板式无砟轨道挠曲力与位移

针对中国自主研发的CRTSⅢ型板式无砟轨道在运营阶段的受力变形问题, 以梁-板-轨相互作用原理为基础, 考虑钢轨、轨道板、自密实混凝土层及底座板等细部结构的空间尺寸与力学属性, 运用有限元法建立了高速铁路桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型; 计算了列车荷载作用下轨道及桥梁结构的挠曲力与位移, 分析了不同列车荷载作用长度、桥上扣件纵向阻力及墩台顶固定支座纵向刚度对挠曲力与位移的影响。研究结果表明: 在全桥加载情况下, 多跨简支梁桥上钢轨挠曲力在支座处表现为拉力, 跨中表现为压力, 大跨连续梁主桥上钢轨挠曲力在两侧边跨表现为拉力, 中间跨表现为压力, 单线加载时2种桥上有载侧钢轨挠曲力分别达到了38、53 kN, 约为双线加载时的1/2;轨道、桥梁结构纵向力与位移最大值不同时出现在同一工况下, 需要根据不同的检算部件选取最不利的列车荷载作用长度, 并将ZK活载中的集中力设置在跨中位置; 采用小阻力扣件可以改善钢轨受力与变形, 简支梁桥和连续梁桥上钢轨最大挠曲力分别减小了35%和22%, 钢轨纵向位移分别减小了7%和5%, 但轨板相对位移分别增大了26%和30%, 需加强观测以控制钢轨的爬行; 从轨道及桥梁结构的安全性与耐久性角度考虑, 建议将墩台顶纵向刚度控制在设计值的1.0~1.5倍范围内。