我国铁路钢轨型面优化研究

针对我国铁路轮轨匹配存在的问题,研发了钢轨打磨设计廓形60D和新轨头廓形钢轨60N。优化后的轨头廓形与LM、S1002CN和LMA型面车轮接触时的光带基本居中,轮轨接触应力显著降低,可有效抑制车轮踏面凹磨后等效锥度的增大,提高车辆运行稳定性。高速铁路按廓形60D打磨到位,钢轨打磨周期可延长至4~5年,且不易出现动车组构架报警和车体晃车。60N钢轨在普速铁路上的铺设使用结果表明,在直线上运行轮轨接触光带居中,在曲线上运行可有效避免或抑制钢轨使用初期轨距角剥离掉块及疲劳核伤;在高速铁路试验段的铺设使用结果表明,采用1遍预打磨后钢轨服役近5年,光带保持在30mm左右,从未出现动车组构架报警和车体晃车,可有效改善轮轨匹配关系,大幅降低轮轨维修养护成本。建议加快新轨头廓形钢轨系列化,以尽快在我国铁路形成统一的钢轨轨头廓形。     

CRH5型动车组车体异常抖动原因分析及对策

针对哈齐(哈尔滨—齐齐哈尔)客运专线CRH5型动车组车体异常抖动的情况,调查了异常抖动的车辆状态和抖车区段的线路情况,计算分析了轮轨匹配等效锥度和轮轨接触几何关系。结果表明:随着车辆运行里程增加,车轮踏面凹形磨耗越来越严重,加之钢轨廓形打磨不到位使得轨距角凸出,致使轮轨匹配等效锥度达0.3以上,轮轨接触几何关系不良,车体出现6～8 Hz的高频振动。通过车轮镟修和钢轨打磨可有效降低轮轨匹配等效锥度,改善轮轨接触几何关系,解决动车组异常抖动的问题。     

钢轨廓形对动车组车体低频横向晃动影响研究

研究目的:国内部分高速动车组在服役过程中出现不同程度的车体低频横向晃动(以下简称"晃车")问题,影响旅客乘坐舒适性。本文通过调研出现动车组晃车的线路,结合动力学仿真,从钢轨廓形这一方面对高速动车组晃车现象成因进行分析,并提出针对性的打磨措施。研究结论:(1)部分地段左右股钢轨工作边侧廓形与设计廓形60D相比负偏差量过大导致轮轨等效锥度过小,或左右股钢轨廓形不对称度过大导致轮轨等效锥度过小及左右轮径差变大,是造成动车组晃车的重要原因;(2)钢轨打磨可有效治理高速动车组低频横向晃动,车轮镟修对其改善效果有限;(3)车轮凹磨可增大轮轨等效锥度,可一定程度上抑制晃车的产生;(4)对晃车现象应早发现早治理,治理时应详细调查晃车区段的钢轨廓形,制定针对性的打磨方案并采用合理的打磨方式;(5)本研究成果可为铁路工务部门治理高速动车组晃车提供理论依据。     

基于磨耗的高速铁路轮轨接触关系研究

在对京沪高铁开展轮轨型面跟踪测试的基础上,分析LM_A和LM_B车轮型面分别与60D钢轨型面匹配时的轮轨磨耗特征;利用数值仿真手段,研究磨耗后不同轮轨型面匹配组合下的轮轨接触范围与钢轨光带宽度和等效锥度的关联性;通过分析钢轨光带宽度与等效锥度的关联性,结合名义等效锥度限值,研究避免高速动车组运行过程中出现典型异常振动问题的钢轨接触光带合理范围。结果表明:高速铁路的钢轨磨耗远小于车轮磨耗;直线区段钢轨磨耗主要分布于钢轨顶弧中心附近,轮轨接触宽度与钢轨光带宽度相对应;钢轨光带宽度与轮轨匹配名义等效锥度正相关,钢轨光带宽度小于20 mm时易出现动车组车体晃车、大于45 mm时易出现动车组转向架横向振动加速度报警。     

成贵客专动车组异常抖动原因分析及治理

针对成贵客专某型动车组出现的异常抖动问题,现场对动车组异常抖动区段的轨面状态、钢轨廓形进行调查,结合轨面状态、实测车轮踏面及实测发生抖车工况的动车组车体加速度测试结果,从轮轨关系角度分析动车组发生异常抖动的原因。成贵客专动车组出现异常抖动主要发生在车站道岔区段,原始廓形为60轨,长期未进行廓形修整导致钢轨廓形不良、轨头扁平,与实测磨耗车轮匹配时锥度过大,引起轮轨关系恶化,蛇行运动能量急剧增大。通过廓形打磨,钢轨廓形得到有效修复,钢轨光带分布合理,轮轨关系得到有效改善,动车组异常抖动问题得到有效解决。     

高速铁路轮轨匹配存在问题及对策

对我国高速铁路因轮轨匹配问题而导致轮轨接触位置不良、动车组构架横向加速度超限报警、动车组异常抖动、钢轨波磨、道岔直尖轨非工作边疲劳裂纹等的具体成因进行研究,并主要从轮轨接触关系、等效锥度、轮轨匹配、钢轨打磨、道岔直尖轨处理等方面提出对应的解决方案。结果表明:车轮型面与60钢轨廓形不匹配导致了轮轨接触位置不良,采用60N钢轨可使轮轨的接触位置居中;按设计的钢轨廓形或60N钢轨廓形进行钢轨打磨,可以有效降低轮轨的等效锥度,从而抑制动车组异常抖动和构架横向加速度超限;采用GMC96—B型和GMC96—X型钢轨打磨车打磨产生的钢轨周期性磨痕波深较大时,容易发展成钢轨波磨,而采用大机打磨可有效治理钢轨波磨;道岔直尖轨非工作边因未倒棱且长期承受应力集中作用是造成其产生疲劳裂纹的根本原因,可采用倒圆和组合断面轨面修型处理,有效控制直尖轨非工作边的疲劳伤损。     

高速铁路轮轨形面匹配研究

介绍国内外高速铁路轮轨形面和硬度匹配情况和存在问题。分析总结轮轨接触光带不良带来的危害。通过对钢轨预打磨优化轮轨接触、轮轨硬度合理匹配和新轨头廓形钢轨进行研究,提出预打磨轨头廓形设计、钢轨预打磨的技术要求和需要注意的其他问题,并对钢轨预打磨进行实践和使用评价;提出我国高速铁路新轮与新轨的几何形面不匹配,表现为轮轨接触光带不在设计的轨头踏面中心等结论;建议统一动车车轮形面并开展新轨头廓形钢轨的研发和应用,以改善轮轨接触关系。     

基于车体低频横向晃动分析的60N钢轨打磨限值研究

为解决国内部分服役动车组在运营过程中产生车体低频横向晃动问题(以下简称“晃车”),提高车体平稳性和旅客乘坐的舒适性，基于对部分晃车区段(打磨目标为60N钢轨的高速铁路干线)开展跟踪调研与测试的基础上，对比工务系统打磨后左右轨对称情况下，不同偏差值的钢轨廓形对应车体低频横向晃动的差异；并结合动力学仿真软件研究不同偏差值的钢轨廓形对于晃车现象的影响，找出打磨目标为60N钢轨的合理打磨限值并提出相应的打磨措施与建议。结果表明：晃车区段左右股钢轨工作边相较于打磨目标廓形60N钢轨存在过打磨导致等效锥度过小，是造成动车组晃车的重要原因；以车体横向振动加速度、车体横向晃动主频和轮轨匹配等效锥度等值为主要依据，提出60N钢轨在横坐标15 mm处的负偏差为0.1 mm时，会出现晃车现象，建议工务系统以60N钢轨为目标廓形时，按照正偏差打磨，打磨值宜按+0.1 mm控制。     

钢轨廓形打磨在线路提速改造中的应用

宁启线改造提速前,调边轨、再用轨区段钢轨廓形差异大、光带不良、动力学性能较差。首先从轮轨几何接触关系、等效锥度的角度对线路调边轨、再用轨区段轮轨关系进行静态分析;然后运用Simpack动力学软件进行动力学仿真分析,初步判断调边轨、再用轨区段光带不良、动力学性能差是由轮轨关系不良引起的;最后,针对宁启线轮轨关系不良进行个性化钢轨廓形设计。通过实施钢轨廓形打磨,修正钢轨廓形,改善轮轨接触关系,降低加速度超限数量,提高了线路质量。     

高速铁路动车组车体抖动问题分析与整治

针对某高速铁路动车组车体抖动问题,采集不同线路工况下车体振动加速度及平稳性数据、不同磨耗车轮踏面及打磨前后钢轨廓形,研究不同线路工况、车轮踏面和钢轨廓形对动车组车体振动特征影响,研究镟轮后不同时期车轮踏面和打磨前后钢轨廓形匹配下轮轨几何接触关系。同时,采用实际线路及动车组车辆参数,基于多体动力学软件Simpack建立包含实测车轮踏面和钢轨廓形的车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算车轮镟修和钢轨打磨对车辆关键动力学指标的影响。研究结果表明:该高速铁路动车组车体抖动主要发生在隧道工况内,体现为垂向和横向的综合异常振动;随车轮踏面磨耗增加,实测车体振动加速度逐渐增大,轮轨接触关系逐渐恶化,与未廓形打磨钢轨匹配时尤为明显;钢轨打磨可以有效抑制等效锥度随车轮踏面磨耗增加的不断增大,有效改善轮轨接触关系。车轮镟修和钢轨廓形打磨均可降低等效锥度,有效整治高速铁路动车组车体抖动。     

我国高速铁路钢轨和道岔打磨技术应用与实践

针对我国高速铁路早期由于轮轨匹配不良出现的高铁动车组构架横向加速度报警、抖车、晃车和波磨等现象,提出用钢轨打磨方法解决轮轨匹配不良问题,进行廓形打磨技术研究与实践,改善和优化我国高速铁路轮轨型面匹配关系,从工务方面解决了高铁动车组构架横向加速度报警等问题。通过大量现场调研及实践,提出钢轨和道岔打磨工艺规范及标准,形成了我国高速铁路钢轨和道岔打磨成套技术。     

基于动车组横向稳定性的等效锥度限值研究

轮轨接触几何匹配关系直接影响动车组的振动性能,轮轨接触不匹配可造成动车组构架横向加速度报警、车体晃车等问题。通过对镟修后初始等效锥度和车体晃车进行研究,提出镟修后初始等效锥度限值,评价镟修质量。通过对服役动车组等效锥度的跟踪、镟修到限等效锥度分布范围与报警轮对等效锥度值的统计,提出LMA、LMB、LMC、LMD型4种车轮踏面不同速度级的服役等效锥度限值,评估动车组横向稳定性。根据等效锥度限值对车轮进行管理可以控制轮轨型面与接触关系,有效缓解构架横向加速度报警与车体晃车问题,实现车轮状态修,提高镟修经济性。     

地铁大修钢轨廓形及其对等效锥度影响分析

地铁钢轨达到大修周期需进行更换,为探究大修期废旧钢轨的磨耗水平与轮轨匹配关系,实测了大修期钢轨的廓形,并仿真计算轮轨匹配等效锥度,并进一步分析大修钢轨廓形对等效锥度的影响。研究结果表明：(1)选用UIC519积分法,利用多体动力学软件UM计算轮轨匹配等效锥度合理可行,计算结果可靠;(2)达到6亿t换轨期后,直线段钢轨磨耗量普遍小于3 mm,远小于维修规则中侧磨16 mm、垂磨14 mm的限值要求;(3)大修所换钢轨廓形的磨耗对轮轨等效锥度影响均未超标准限值,说明钢轨磨耗对轮轨动态影响较小;(4)钢轨廓形垂磨中扁平状的磨耗对等效锥度影响相对较大,说明轨顶扁平状不利于行车舒适性和安全性。     

高速铁路动车组异常振动与钢轨打磨研究

针对高速铁路在运营中出现的动车组构架横向加速度超限和车体异常抖动现象,采取跟踪调查、轨道状态测试、台架试验和悬挂参数对比等方法研究得出,轮轨匹配关系不良是出现该现象的主要原因。通过理论分析和现场试验证明,采取钢轨打磨和车轮镟修等措施可改善轮轨匹配关系,有效缓解动车组异常振动现象。本文重点介绍了钢轨打磨的作用和方法,指出应按60N廓形或设计廓形打磨钢轨,使轮轨匹配具有合理的等效锥度,并对钢轨打磨的时机、周期、作业要求及验收提出了具体建议。     

周期性钢轨廓形打磨对小半径曲线寿命的影响

选取半径300 m小半径曲线作为试验曲线,从轮轨接触几何特性、车辆动力学特性、现场打磨效果3个方面分析了周期性钢轨廓形打磨对小半径曲线寿命的影响。结果表明:周期性廓形打磨后轮轨间等效锥度显著改善;列车1～4位车轮与9#钢轨接触时磨耗功、最大脱轨系数均较为理想;周期性廓形打磨后钢轨轨面未出现比较严重的病害,侧磨速率显著降低,轨道质量指数有明显改善,有助于延长钢轨使用寿命。     

钢轨打磨对动车组运行性能的影响

在广深线部分大半径曲线区段和直线区段,钢轨内侧存在明显的侧磨,且动车组水平加速度频繁超限。通过对钢轨侧磨区段发生异常晃动车体的前后端、左右侧加速度进行测试,结合侧磨区段钢轨廓形的测量结果,可以判断出在该型动车组频繁水平加速度超限区段存在不良轮轨接触关系。采用SIMPACK动力学分析软件建立该型动车组单轮对、转向架、整车的动力学模型,分析了自由轮对仿真模型和弹性定位、完全刚性定位转向架仿真模型采用广深线打磨前后实测钢轨踏面时蛇行频率与车体固有频率的仿真结果。分析结果表明:当动车组以160 km/h左右速度运行在打磨前实测廓形区段时,转向架蛇行频率与车体横向固有频率相同,造成车体平稳性和舒适性严重恶化;钢轨廓形打磨以后,改善了轮轨匹配关系,车载仪超限数量、添乘仪报警个数、轨检指标较打磨前均得到明显改善。     

钢轨打磨对动车组轮轨匹配及磨耗影响研究

为解决动车组车辆在运行中出现的晃车及加速度异常情况,对磨耗后钢轨型面进行打磨,并通过仿真分析以及跟踪测量对打磨效果进行评估。分析结果表明,打磨后轮轨接触点对分布较打磨前更窄,分布于滚动圆附近,轮对发生横移时滚动圆半径变化较小,但由于其较小的接触面积导致接触应力较大,易产生较大的垂磨;打磨后钢轨匹配时由于等效锥度较小,对车辆运行稳定性及车体振动起到改善作用;打磨后钢轨的磨耗位置居中,磨耗面积小但垂直磨耗大,在运行一段时间后,轮轨接触光带会缓慢增大。因此,钢轨打磨缓解了车辆运行过程中构架横向加速度异常的情况,虽其滚动圆处垂磨较大,但其总磨耗量较打磨前小,且降低了对钢轨的损伤,有利于延长钢轨的寿命。     

75N钢轨的试验研究

研究目的:针对大秦重车线钢轨铺设初期轮轨匹配不良的问题,设计出新轨头廓形75N钢轨,通过仿真计算对比分析了75 kg/m钢轨优化前后的接触状态及几何关系,并进行了75N钢轨在大秦重车线的试铺试验。研究结论:(1)75N钢轨显著改善了轮轨关系,轮轨主要接触位置更处于轨头踏面中心区域,轮轨接触应力大幅降低;(2)75N钢轨无论预打磨还是未进行预打磨,在直线上钢轨光带均较为居中,轨距角未出现肥边和剥离掉块,轨面光洁,钢轨使用状态较好;(3)在曲线上使用,75N钢轨均未出现轨距角肥边,表现出具有良好的轮轨接触关系;(4)该研究成果可应用于重载铁路钢轨的使用方面。     

轨道车辆轮轨关系检测及等效锥度管理

轮轨关系是轨道车辆安全运行的主要研究对象,而等效锥度是重要评价指标,通过等效锥度可以判断晃车和抖车现象。研究结果表明,车体的横向晃动频率在1～2 Hz,主要是等效锥度过低引起车辆蛇行失稳所致。车体抖动频率在 8 Hz 左右,主要是等效锥度过高诱发车体模态共振所致。为更精准的分析等效锥度变化,需要系统的、精确的检测设备实行全线线路廓形检测以及轮对型面的磨耗检测,结合车轮踏面和轨道廓形进行轮轨交叉匹配运算,得到全部车辆和线路的等效锥度热力图进行轮轨健康管理及运营评价,通过等效锥度管理可实现对车体抖动晃动的诊断和预防,并对轮对镟修和钢轨打磨提供合理的指导意见。     

我国高速铁路轮轨关系相关技术探讨

结合我国高速铁路车辆运用实践及试验数据,探讨高速铁路轮轨关系发展中的相关技术。研究高速铁路晃车、横向加速度报警的影响因素,指出车辆晃车与横向加速度报警具有对立统一性,并提出轮轨匹配等效锥度是诱发车辆横向加速度报警的主要原因;阐述高速铁路钢轨波磨及动车组车轮多边形发展的特点及影响因素,初步指出造成钢轨波磨与动车组车轮多边形的原因是轮轨系统不良而诱发的耦合振动,二者具有明显的相生相伴特征;针对目前轮轨关系存在的技术问题,建议开展线路条件下的轮轨关系服役技术研究;为维持良好的轮轨关系,应充分结合动车组运用状态、线路运用状态以及动车组运营组织特点,制定合理的车轮镟修及线路打磨策略。