列车及轨道参数对曲线钢轨波磨影响及防治措施研究

针对地铁曲线段出现的钢轨波磨问题,利用车轨动力学模型研究了转向架一系横向及纵向刚度、轮轨摩擦系数、曲线半径、超高、轨距、轨道横向及垂向支撑刚度等参数对曲线轮轨磨耗的影响,结果表明:(1)适当减小转向架一系纵向刚度可显著降低曲线段轮轨磨耗;(2)轨面摩擦系数由0.5降低至0.3,轮轨磨耗指数可降低约25%;(3)轮轨磨耗随曲线半径的减小呈指数式增长;(4)线路超高、轨距对轮轨磨耗影响较小,进而提出曲线钢轨波磨的防、治措施建议:(1)适当降低轮轨间摩擦系数、提高钢轨硬度、加宽曲线段轨距和开展曲线轨道磨耗信息化管理等措施,可缓解既有线曲线钢轨波磨;(2)优化车辆一系横向及纵向刚度、增大线路曲线半径、避免小半径"S"形曲线、设置曲线欠超高、降低轮轨间摩擦系数等措施,可对新建线路曲线钢轨波磨进行预防。     

一款新型非对称轨道减振扣件的设计

介绍了一种钢轨内外侧结构非对称设计的新型轨道减振扣件.该扣件由承轨板、橡胶圈和底座三部份组成.其中,承轨板用于安装固定钢轨,底座通过锚固螺栓固定在道床上,橡胶圈将承轨板和底座通过粘接硫化成一个整体.该设计的显著特点是在轨道的横向采取非对称结构,以提高轨道的横向稳定性.对该扣件进行有限元分析计算及静刚度试验,结果表明,减振扣件的垂向刚度与横向刚度达到和谐的统一,既保证轨道安全又能提高扣件的减振性能.     

地铁基础减振地段钢轨异常波磨 治理方案研究

针对地铁线路产生的钢轨异常波磨问题,调研了某地铁线路的钢轨波磨情况以及基本特征,对轨道刚度、 钢轨廓形、轨距以及轨道动力特征进行测试,提出钢轨异常波磨的治理思路,并对波磨治理效果进行跟踪测试, 提出既有线以及新建地铁线路钢轨波磨的治理以及预防方案。研究表明：地铁钢轨波磨较为严重,波长在 25～ 100 mm 之间;轨道垂向刚度、横向刚度整体较弱,钢轨位移大,保持轨距能力差,轮轨关系恶化,在特定频段 范围内轮轨振动加剧,从而引起钢轨波磨的产生和发展。通过更换扣件及垫板、轨道精测精调、钢轨打磨措施可 以使车内噪声降低 5～10 dB,轨面不平顺显著降低,打磨周期延长至 1 倍以上;既有线路可通过“细调查、调参 数、精维修、动态检查”治理钢轨波磨,新建地铁线路应在规划、设计、运营维护、动态验收阶段严格把关,合 理采用减振轨道,避免钢轨异常波磨的产生和发展。     

动车所小半径曲线钢轨磨耗及减磨措施研究

为分析曲线半径、轨距加宽和轮轨摩擦系数对钢轨磨耗的影响,在某动车所的环Ⅰ线(半径275m)和环Ⅱ线(半径280m)开展了为期一年半的钢轨磨耗跟踪实验,并建立CRH5型动车组的动力学仿真模型。研究结果表明:(1)环Ⅰ线钢轨侧磨严重且磨耗不均匀,钢轨使用寿命约一年半;(2)适当增大曲线半径可显著减小钢轨侧磨,半径300m曲线的钢轨侧磨较半径250m曲线钢轨侧磨减小约65%;(3)动车组在动车所内一般空载且运行速度较低,适当增大轨距可以减小钢轨侧磨;(4)采取轨侧润滑措施可使钢轨侧磨减小40%~70%,提升小半径曲线钢轨使用寿命。     

重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析

弹性支承块式无砟轨道结构整体弹性较好,有利于降低轮轨相互作用力并减缓对隧道基底的振动冲击,是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。但弹性支承块式无砟轨道采用两个独立的弹性块体支承钢轨,其保持轨道几何状态,尤其是保持轨距的能力相对较弱。本文通过有限元模型计算,结合室内相关试验结果,研究分析了重载条件下弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力的影响因素。结果表明:增大支承块的长度、宽度以及埋深,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;当支承块埋深不变时,增大支承块高度对轨距扩大、钢轨转角及支承块转角的控制不利;增大支承块套靴侧向刚度,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;增大轨下垫板刚度和支承块下垫板刚度,轨距扩大不断减小,但轨下垫板刚度的增加主要是降低钢轨转角,对支承块的几何状态影响不大,而支承块下垫板刚度的增加主要是降低支承块横向间距扩大,对钢轨转角的影响较小。     

重载铁路钢轨润滑及摩擦控制研究

钢轨润滑以及轨顶摩擦控制是重载铁路减轻钢轨侧磨以及伤损的有效措施之一。本文对比分析不同摩擦系数条件下,机车的曲线通过性能。分析结果表明,曲线外股钢轨轨距角处的润滑,有利于减小轮轨磨耗,与此同时,减小了机车的蠕滑导向力矩,从而增大了导向轮轮对冲角,轮轨横向力亦呈现增大趋势;曲线内轨轨顶摩擦系数适当减小对减小轮轨横向力起到积极作用。轮轨纵向蠕滑系数的增大,可明显提高轮对导向力矩,有利于轮对趋于径向位置,并减小横向力和轮对冲角,使得机车的曲线通过性能得到显著改善。     

采用Ⅱ型轨撑提高小半径曲线轨道强度

在小半径曲线上采用新研制的Ⅱ型轨撑，有利于提高钢轨的稳定性，保持钢轨轨距，减少钢轨横向变形和不均匀磨耗，并可取消原采用的易折损的轨距杆，从而大大提高小半径曲线轨道强度。     

小半径曲线钢轨型面优化对车辆动力学性能的影响研究

钢轨磨耗和滚动接触疲劳等病害会缩短钢轨使用寿命,增加铁路养护成本,甚至会威胁行车安全。为探究钢轨型面优化对车辆动力学性能的影响,建立机车、客车、货车3种车辆动力学模型,对国内某段小半径曲线钢轨型面进行优化设计,基于最小距离搜索法程序比较其轮轨接触关系,运用Simpack软件分析车辆动力学性能的变化。计算结果表明,钢轨型面进行优化后曲线上股接触范围由47 mm减小至28 mm,同时在轨距角处的接触概率明显减少,从而使钢轨侧磨明显减轻,钢轨型面优化后曲线下股轮轨接触点都集中在轨顶,避免钢轨出现满光带现象;钢轨型面优化后,外轨横向力降低3.3%～21.1%,轮轴横向力降低6.9%～21.9%,但轮轨垂向力的变化不明显;钢轨型面优化能减小机车车辆轮重减载率、脱轨系数和磨耗功率,有利于提高列车运行安全性。     

地铁小半径曲线钢轨磨耗影响因素研究

地铁线路中普遍存在半径小于600m的曲线,小半径曲线钢轨磨耗严重,不仅影响运行安全,而且增大养护维修工作量和运营成本。为改善地铁小半径曲线钢轨磨耗,应用多体动力学软件Simpack建立地铁B型车拖车的动力学仿真模型,分析曲线半径、超高、轨底坡和轨距对钢轨磨耗的影响。研究结果表明:适当增大曲线半径、设置一定的欠超高、内外轨轨底坡分别设置为1/20和1/40以及适当的轨距正偏差,均能在一定程度上减缓地铁小半径曲线钢轨磨耗,可使得钢轨磨耗降低20%～40%,延长钢轨使用寿命,降低养护维修成本,提高经济效益。     

上海地铁曲线轨道减磨措施试验研究

曲线轨道钢轨侧磨直接影响钢轨的使用寿命,是钢轨报废的主要原因之一.通过对曲线钢轨磨耗试验研究,了解引起钢轨磨耗的原因,提出一些减磨措施,以在上海轨道交通1号线设置的轨道试验段为例,分析研究轨底坡、超高、轨道刚度、涂油等对钢轨减磨的影响.试验结果认为:内轨轨底坡1∶20,外轨轨底度1∶40可减小过超高,对降低钢轨侧磨有利;降低轨道刚度具有明显的减磨效果;涂油对减缓钢轨侧磨、减小轨面剥离、减缓内轨顶面波磨等有明显的效果.     

新型钢枕轨道结构受力特性影响因素分析

针对轨道过渡段基础沉降引起的轨道不平顺问题,提出一种能够自动补偿基础沉降的新型钢枕。为研究新型钢枕轨道结构参数对轨道结构受力特性的影响,基于有限元法,建立新型钢枕轨道-路基空间耦合模型,分析轨下胶垫刚度、钢枕间距以及道床弹性模量等参数对钢枕轨道结构受力特性的影响规律。研究结果表明:轨下胶垫刚度对钢轨受力特性的影响最为显著,随着轨下胶垫刚度的增大,钢轨的受力与变形均随之减小,但同时钢枕、道床和路基的受力与变形有所增大;减小钢枕间距能够减小轨道结构受力与变形,但钢枕间距太小会加大对道砟捣固的作业难度,增加养护维修工作量和维修成本;增大道床弹性模量可以减小轨道结构变形,但同时增大了钢枕和道床的受力。建议对轨下胶垫刚度、钢枕间距和道床弹性模量等参数综合考虑后合理选取。     

轨撑加强的小半径曲线动态轨距分析

为控制小半径曲线动态轨距扩大,一般采用轨撑和轨距拉杆对轨道进行加强,但大机捣固道床时需拆除轨距拉杆,增加了养护维修工作量。为提升小半径曲线大机养护的便利性,研究小半径曲线拆除轨距拉杆只采用轨撑的可行性。建立轨撑和轨距拉杆加强的小半径曲线横向受力计算模型,分析轨撑、轨距拉杆以及两者组合使用对小半径曲线动态轨距保持能力的影响。研究表明：仅采用弹性轨撑即可有效保持小半径曲线动态轨距的稳定,建议在曲线半径R<350 m,每隔1根轨枕安装1对轨撑;350 m≤R<450 m,每隔2根轨枕上安装1对轨撑;450 m≤R<600 m,每隔3根轨枕上安装1对轨撑;R≥600 m和直线根据线路状态可适当安装。     

高速铁路钢轨打磨关键技术研究

根据我国高速铁路上运行车辆的车轮型面设计钢轨的预打磨轨头廓面.按照该预打磨轨头廓面对钢轨进行预打磨,可有效改善轮轨的接触状态.给出了适用于不同车轮型面的钢轨预打磨深度理论设计值以及适用于LMA和S1002G车轮型面的钢轨预打磨轨头廓面.关于预打磨后的实际轨头廓面与预打磨设计廓面的误差,在轨距角部位应控制在-0.1～0.3 mm范围内.建议我国高速铁路的钢轨打磨周期为每30～50 Mt通过总重打磨1次,对于无砟轨道取上限,有砟轨道取下限;关于60kg·m-1钢轨的预打磨深度,在轨距角部位应达到0.8～1.5 mm,在主要轮轨接触部位应大于0.3 mm;钢轨打磨后的表面粗糙度应小于10μm;采用48磨头打磨车时应打磨3～4遍,采用96磨头打磨车时应打磨2遍.     

铁路小半径曲线外轨侧磨影响因素分析

随着铁路运营向高密度和重载方向飞速发展,钢轨磨耗问题日益突出,严重影响铁路运营安全,增加运营成本。依托石太线对小半径曲线外轨侧面磨耗影响因素进行研究,分析小半径曲线五大主点外轨侧磨规律,采用广义控制变量法等统计方法分析钢轨使用年限、曲线顺坡率对外轨侧磨的影响。研究结果表明:圆曲线段侧磨更为严重,缓和曲线段侧磨发展速率更快;外轨侧磨在新轨使用4~5个月后基本呈线性增长,并随顺坡率的增大先减小后增大,变化趋势呈抛物线型。     

对减缓曲线钢轨侧磨的探讨

对引起曲线地段钢轨侧磨的原因进行了分析,建立了外轨超高、轨距、轨底坡、淬火轨、涂油与非涂油等几种试验模式,选择几条比较典型的曲线做实验并将实验结果进行对比,最终获得减缓曲线钢轨侧磨的最有利条件,并提出了相应的实施措施.     

高速铁路曲线线路车线耦合系统动力学性能仿真分析

依据系统工程理论,建立高速铁路曲线线路车线耦合系统有限元模型,对曲线线路在高速行车条件下的耦合系统动力学性能进行仿真,研究时速300 km等级高速动车组作用下曲线线路安全与平稳性指标,曲线线路轨道结构各部分的振动响应、列车速度与曲线半径和超高的关系.结果表明动车组以350 km·h-1的速度通过半径为5 500,7 000和9 000 m的曲线线路时,动车组的垂向和横向振动加速度以及平稳性能均满足舒适度要求,而且脱轨系数和轮轴横向力也能满足列车运行安全性要求;钢轨支点的横向力表现为过超高时内轨侧大、外轨侧小,欠超高时外轨侧大、内轨侧小;钢轨、轨枕的垂向和横向加速度随速度增加明显增大,而道床和路基的垂向加速度变化不大;钢轨和轨枕的横向动位移和动态轨距扩大量随速度的增加而增大;相同速度下,曲线半径小的轨道振动相对较大.     

陇海线半径≤600 m曲线轨道加强措施技术方案

陇海线半径≤600 m曲线轨距、线形难以保持,上股钢轨侧磨严重,养护维修工作量大,其原因为列车通过曲线时对轨道产生额外横压。横压由导向力、未被平衡的离心力、轮径差道岔摩擦力组成。小半径曲线既有轨道结构强度不足,对不同半径曲线安装轨撑、调整轨距杆配置,分析评估不同配置情况下,轨道结构破坏情况及维修工作量变化,从而对陇海线既有轨道强化措施配置是否符合现场需要并对其改进措施提出可行性建议。研究结果表明:在小半径曲线优化轨道加强设备配置后,轨道强化效果显著,起到了保持轨道结构线形的作用,减少了养护维修工作量。     

海南环岛高速铁路动车组晃车原因分析及整治措施

针对海南环岛高速铁路东段CRH1型动车组晃车的情况,分析了晃车严重区段的轨道几何尺寸、焊接接头平直度、钢轨光带及轨头廓形。研究结果表明:钢轨轨头廓形异常(内侧工作边R80和R13圆弧处明显凹陷)和等效锥度过小(仅为0. 075)将造成轮轨匹配关系不良,表现为钢轨光带不居中,偏向轨距角侧,直线地段出现左右股钢轨光带周期性交替侧磨;车轮与钢轨非正常接触是导致CRH1型动车组晃车的主要原因。据此提出了钢轨打磨整治措施,并制定了详细的钢轨打磨方案以修正轨头廓形,使等效锥度由0. 075提高到0. 115,达到轮轨匹配等效锥度的合理范围0. 08～0. 35,改善了轮轨接触关系,解决了动车组晃车的问题。     

地铁不同曲线半径下钢轨磨耗发展特性

通过建立车辆-轨道耦合动力学模型和Archard磨耗模型,计算不同曲线半径线路钢轨磨耗的分布范围和发展程度,并研究了钢轨磨耗与曲线半径的关系。结果表明:外轨磨耗主要分布于轨头中部和轨肩区域,其中轨肩区域磨耗较大;内轨磨耗主要分布于轨头中部区域。相同型面输出次数下,外轨磨耗峰值均大于内轨,且外轨倾向于发生侧面磨耗,内轨主要发生轨顶磨耗。随着曲线半径增大,外轨磨耗幅值呈增大趋势且磨耗位置由轨肩区域逐渐向轨头中央移动,而内轨磨耗幅值逐渐减小且磨耗分布范围相对集中。曲线半径越大,外轨越不容易发生侧磨现象,磨耗主要发生在轨顶区域且磨耗量较大;曲线半径的变化对内轨磨耗影响较小。     

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。