钢轨粗糙度间接测试分析方法的研究与应用

钢轨波磨、轨面塌陷等短波不平顺是引起轮轨噪声和轮轨接触共振的主要原因,同时也容易引起轨道及车辆部件的损伤以及噪声污染等问题。针对现有钢轨粗糙度直接测量法作业效率较低、测量区间过短等缺点,本研究采用间接式测量方法快速获取全线路的钢轨声学粗糙度水平。运用该方法,通过武广线运行的CRH3C型动车组监测分析线路钢轨粗糙度状态,并对定位区段利用直接测量法对钢轨表面粗糙度进行现场验证,结果表明间接式钢轨声学粗糙度测量方法与直接测量法在部分波长区段存在2dB的差异,与直接法相比虽精度略低,但能够对线路钢轨粗糙度特征进行较为准确的描述,且测量效率高、测量距离长,对全线路进行普查具有较好的工程运用效果。     

基于地铁车内噪声控制的钢轨打磨限值研究

定期打磨钢轨可降低钢轨粗糙度，进而有效降低轮轨滚动噪声和车内噪声。针对某区段钢轨波磨导致的异常车内噪声问题，对该区段的钢轨波磨及客室与司机室的车内噪声进行现场测试和分析。研究结果表明：钢轨打磨前的司机室和客室的噪声主频段为420～670 Hz,与地铁列车通过该区段波长为25 mm和40 mm波磨时的通过频率基本一致；钢轨打磨后，车内噪声明显降低，客室噪声幅值降低了11.4 dB(A),司机室噪声幅值降低了9.8 dB(A)。针对车内噪声控制提出钢轨打磨限值：当钢轨粗糙度在大部分频带范围内超过钢轨粗糙度限值3 dB或6 dB时，建议对该钢轨进行打磨。     

地铁车辆轮轨粗糙度对客室噪声的影响分析

以某地铁车辆为例,针对客室噪声偏大问题,进行现场测试分析,确定客室异常噪声特性与转向架区域声振传递规律;同时对比车轮镟修前后及钢轨打磨前后的客室噪声特性,分析轮轨粗糙度对客室噪声的影响。研究结果表明,地铁线路钢轨表面30~50 mm波磨是客室噪声异常的主要来源;钢轨粗糙度增大会明显加剧轮轨噪声的辐射,进而增大客室噪声。     

轮轨噪声预测与控制方法综述

通过建立轮轨噪声预测模型,给出了车轮、钢轨辐射噪声声压级谱计算式。利用有关文献中的数据,对轮轨噪声进行了预测。从轮轨接触表面的不平顺、车轮、钢轨和声源等角度讨论了轮轨噪声的控制。     

钢轨波磨指数与轨道短波不平顺关系研究

采用ABAQUS软件及轮轨真实形状尺寸参数,建立轮轨高频接触有限元模型;以我国某高速铁路钢轨波磨区段实测轨道短波不平顺作为有限元模型输入,在时域和频域上对比轴箱垂向加速度仿真结果与实测数据,验证模型的准确性;仿真计算钢轨波磨区段不同幅值轨道短波不平顺工况下轮轨垂向力、轴箱垂向加速度分布特性,研究钢轨波磨指数与轨道短波不平顺幅值之间的关系。结果表明:在钢轨波磨区段,轮轨垂向力最大值与钢轨波磨指数最大值出现的位置对应良好,在轮轨不脱离接触的前提下,钢轨波磨指数与轨道短波不平顺具有较好的线性相关性;通过曲线拟合可知,在钢轨波磨波长为150 mm时,轨道短波不平顺幅值为0.10和0.12 mm时对应的钢轨波磨指数分别为5.12和6.68。     

基于三维轮轨瞬态动力学模型的钢轨波磨不平顺动力影响与识别

应用有限元理论及ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,建立三维轮轨瞬态动力学模型,分析高速铁路钢轨波磨不平顺对轮轨系统动力响应的影响特征,在此基础上,探讨钢轨波磨不平顺的识别方法。研究结果表明:钢轨波浪形磨耗会导致轮轨系统产生剧烈的高频振动,在钢轨实测波磨不平顺激扰作用下,轮轨垂向力、轴箱和钢轨垂向振动加速度等轮轨垂向动力学指标均表现出明显的高频振动特征,其高频振动频率范围位于500～700Hz,与相同速度条件下,实测钢轨波磨不平顺的主要波长成分对应;通过对轮轨系统动力响应指标进行小波包时频分析,可有效识别出钢轨波磨不平顺的波长与纵向位置。相关研究成果可为高速铁路钢轨表面短波不平顺的研究及钢轨波磨不平顺的养护维修管理提供参考。     

CRH3高速列车多边形磨耗车轮通过钢轨波磨区段的轮轨力研究

车轮多边形磨耗和钢轨波磨磨耗普遍存在于服役列车和典型线路上,针对这2种磨耗形式下的轮轨力学特性开展研究.建立柔性轮对的CRH3型高速列车刚柔耦合模型,构建车轮多边形与钢轨波磨的数学模型,分析200～350 km/h速度级下,波深、幅值均为0.01～0.04 mm,20～24阶车轮多边形磨耗与120～150 mm波长的钢轨波磨磨耗下对轮轨力的影响.研究结果表明:不同速度级下,车轮多边形阶次为20阶时,轮轨垂向力随着速度的增加而增大;改变车轮多边形的阶数、幅值,轮轨垂向力的大小随着多边形的阶次、幅值增大而增大;在考虑通过钢轨波磨区段的车轮多边形磨耗影响下,轮轨垂向力会出现明显的拍振现象,并且出现2个主频;当多边形阶次增加,轮轨垂向力的大小有所增大,但随着钢轨波磨波长的增加呈减小的趋势;当列车运行速度为300 km/h,车轮多边形幅值达到0.04 mm,车轮多边形阶数大于20阶,需要及时对车轮或钢轨进行镟修打磨工作,建议车轮多边形阶数为22阶、23阶、24阶分别对应钢轨波磨波深限值为0.04,0.03和0.024 mm.     

轮轨噪声的预测

通过建立轮轨噪声预测模型 ,研究轮轨相互作用关系及由轮轨表面不平顺而引起的噪声 ,推导车轮、钢轨辐射噪声声压级谱 ,利用有关文献中给定的实验数据 ,验证轮轨噪声预测模型 ,并对我国既有线轮轨噪声进行了预测。     

轮轨运行状态对轮轨噪声及振动的影响分析

通过对国外实测数据的分析和讨论,提出轮轨粗糙度、轨枕垫板刚度、旧轨道或钢轨顶面存在波状磨损及有缝、无缝钢轨和钢轨表面不平顺是影响轮轨噪声的重要参数。因此,对钢轨、轮轨粗糙度等采取综合降噪措施,可有效控制轮轨滚动噪声和振动。该结论可用于铁路建设项目环境影响评价中有关降噪措施及其效果评价。     

城市轨道交通曲线钢轨短波不平顺分析

城市轨道交通钢轨轨面短波不平顺是激发线路沿线振动和噪声的主要原因.通过对上海城市轨道交通某线钢轨轨面不平顺的连续布点跟踪测量,借鉴欧洲铁路在研究轮轨噪声时制定的轨面粗糙度水平标准和钢轨打磨、铣磨作业标准,用统计分析、1/3倍频和滑动平均法,分析轨面短波不平顺的时、频域组成特性以及轨面不平顺的发展规律.分析了钢轨轨面不平...     

客运专线有砟轨道轨面凹坑整治措施研究

道砟击伤形成的轨面凹坑已成为客运专线有砟轨道轨面伤损形式之一。通过对合武客运专线有砟轨道道砟击伤形成的轨面凹坑特征进行统计分析,认为检测区段轨面凹坑的深度符合正态分布,轨面凹坑深度平均值为0.33 mm。借鉴欧洲铁路在研究轮轨噪声时制定的轨面粗糙度水平标准和钢轨打磨、铣磨作业标准,利用1/3倍频和各波长范围的幅值统计,对铣磨后轨面不平顺状态进行评价。结果表明铣磨是消除轨面凹坑的有效措施,并且极大的改善了轨面的不平顺状态。     

地铁波磨钢轨修理性打磨前后不平顺特性对比分析

在北京地铁 6 号线路上选取一段典型的波磨区段,对其开展修理性打磨,并对打磨前后钢轨表面不平顺进行测试和对比分析,分析结果表明:该区段波磨典型的波长为 63 mm,其中曲线内轨波磨较为严重;修理性打磨可以有效消除 63 mm 波长的典型钢轨波磨。然后对打磨质量进行量化评估,得出修理性打磨后钢轨表面不平顺状态满足验收标准。     

轻轨车辆车轮NVH特征分析与校正

为研究有效的降噪车轮方案,在柔性车轮和轮对的NVH特征分析基础上,提出阻尼环约束的降噪设想.通过柔性车轮NVH特征分析及相关的轮轨噪声预测与试验结果对比,可以认为由于轮轨接触摩擦约束作用,车轮不可能产生轮辐弯曲模态振动,因而也不会形成TWINS模型所预测的0.3 kHz噪声成分.在力锤以及轨道不平顺与粗糙度等效力谱激扰作用下,柔性车轮和轮对NVH特征对比表明:车轮噪声是由轮辋高阶模态振动引起的,而这些高阶模态振动的主要激扰源应当归结于轨道粗糙度;阻尼环约束对这些高阶模态振动稳定性具有非常理想的校正效果,因而可以作为构建未来降噪车轮技术的理论依据;轨道不平顺所形成的轨道力谱只能使车轮产生低频动力作用,并引起道床、桥梁和附近建筑物的低频机械振动.     

轨道过渡段动力特性的有限元分析

运用有限元方法和Lagrange方程,建立列车-轨道-路基耦合系统动力分析模型,提出车辆单元和轨道单元,推导2种单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵,并用Matlab编制了计算程序.利用文中提出的车辆单元和轨道单元,考虑列车速度、路基刚度以及过渡段轨道不平顺和路基刚度综合影响因素对轨道过渡段动力特性进行分析.分析表明:过渡段路基刚度突变对钢轨垂向加速度和轮轨作用力均有影响,其影响随着列车速度的提高而增大;过渡段轨道不平顺和路基刚度变化2种因素同时存在对钢轨垂向加速度和轮轨作用力的影响非常明显,其峰值远大于1种影响因素引起的动力响应;列车速度、路基刚度以及过渡段轨道不平顺和路基刚度综合影响因素对车体垂向加速度的影响甚微,其原因是车体附有的一、二系弹簧阻尼系统起到了很好的减振作用.     

北京地铁钢轨波磨测试分析

针对北京地铁钢轨异常波磨问题,对地铁5号线各种轨道结构形式进行钢轨振动加速度测试,对地铁4、5号线全线进行车厢内噪声测试,在地铁5号线选择4种扣件形式进行钢轨模态测试.结果表明:对于剪切型减振器扣件,在300Hz左右轮轨的共振效应,是该扣件区段产生钢轨波磨的主要原因;钢轨波磨引起的轮轨接触面不平顺,是产生车内异常噪声的...     

轮轨异常振动对地铁车辆部件的影响分析

文章针对地铁车辆在长期服役过程中产生的轮轨异常振动问题,从直接影响轮轨关系的轨道不平顺、车轮多边形和钢轨波磨三个方面入手,分析了不同频段内、不同激扰源导致的轮轨异常振动对车辆部件的影响。结果表明:在低频段内,轨道不平顺激扰下,车辆部件的异常振动主要表现为车体和构架的异常振动,车体异常振动降低乘客的舒适性,构架的异常振动加速构架疲劳裂纹的形成;在中高频段内,车轮多边形和钢轨波磨的激扰下,固有频率为中高频率的部件容易被激发,产生异常振动,致使部件(例如一系钢弹簧)出现裂纹、松脱、断裂。文章建议利用车载故障诊断系统来监测全线路的振动情况,当监测到线路轨道不平顺出现异常时,可通过降低列车运行速度来缓解轮轨异常振动;当监测到钢轨波磨和车轮多边形磨耗时,可通过镟轮以及对波磨区间进行打磨等措施来缓解轮轨异常振动。     

城市轨道交通车辆轮轨系统噪声辐射分析

采用轮轨噪声预测软件(TWINS模型),研究了某城市轨道交通车辆轮轨系统的振动与声辐射特性,分析了引起系统振动和声辐射的主要原因。研究结果表明:R模态为轴向模态,会导致车轮沿轴向的大幅振动;车轮和钢轨的辐射声功率随着速度的增加而增加,钢轨辐射声功率显著大于车轮的声辐射功率;隧道状态下的声学相应显著大于自由场状态下声学相应,底架区域自由场和隧道状态下的声学相应差异不大。     

衡柳线动车组车体异常晃动问题研究

针对衡柳线部分运营动车组出现的车体晃动问题,项目组添乘了衡柳线运营动车组,定位出车体晃动区段,并对轮轨匹配关系进行测试与分析。通过将实测到的车轮踏面廓型和钢轨廓型数据导入仿真软件,仿真分析发现引起衡柳线晃车的主要原因为钢轨的过打磨导致旋修后车轮踏面与钢轨接触关系恶劣,引起了车体1～2Hz的低频晃动。通过对钢轨重新打磨,建立工务、车辆联合沟通机制,解决了衡柳线晃车问题。     

现代有轨电车无砟轨道列车荷载取值研究

为确定现代有轨电车无砟轨道的设计轮载和常用轮载的具体取值,根据轮轨相互作用原理,建立现代有轨电车-无砟轨道垂向耦合动力学计算模型。详细分析不同行车速度下车轮扁疤和美国6级线路不平顺谱对轮轨垂向力的影响,并比较上凸型和下凹型钢轨焊缝不平顺所引起的轮轨接触力变化规律的不同之处,同时也对轮轨垂向力数据进行统计分析,从而得到设计轮载和常用轮载的取值。研究结果表明:在车轮扁疤激励下,轮轨垂向力和动载系数随着行车速度的增加,呈现先增大后减小的趋势;下凹型钢轨焊缝不平顺对轮轨相互作用力的影响较大,而上凸型钢轨焊缝不平顺对轮重减载率的影响较显著;与钢轨焊缝不平顺相比,车轮扁疤对轮轨相互作用力的影响更大,因此在有轨电车车辆的日常养护维修过程中应及时对车轮扁疤进行维修;建议现代有轨电车无砟轨道的设计轮载和常用轮载分别取为静轮载的1.45倍和1.25倍。     

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。