铁路曲线上轮轨磨耗影响参数的仿真研究

运用SIMPACK虚拟样机技术,从线路设计及养护维修的角度出发,对铁路曲线上车辆速度、轨底坡、曲线超高及钢轨涂油对轮轨磨耗的影响进行仿真计算和分析。分析结果表明:为降低轮轨磨耗及保证行车安全,车辆速度以比线路条件决定的最高行车速度略低为宜;曲线超高过低或过高均会增大轮轨磨耗,由于小半径曲线上设置的超高一般偏大,故而适当降低小半径曲线的超高对于降低轮轨磨耗是有利的;轨底坡的适当增大可使得轮轨磨耗有一定降低,但效果不明显,且轨底坡过大会加剧轮轨磨耗;对钢轨进行适当的涂油可有效降低轮轨磨耗,但应进行严格控制,涂油太多对于降低轮轨磨耗反而不利。     

轨道参数对单轴转向架曲线通过性能的影响

为研究轨道参数对单轴转向架曲线通过性能的影响,运用SIMPACK软件建立了单轴转向架车辆动力学模型,采用轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率等作为评价指标,对曲线半径、超高、轨距等轨道参数进行仿真分析。结果表明:曲线半径、轨距和轨底坡对车辆运行性能的影响较为显著,随着曲线半径的增加,各项指标最大值均减小,增大曲线半径能够提高钢轨的使用寿命;曲线上设置适量欠超高能够改善运行性能,提高车辆安全性;小半径曲线上适当加宽轨距和增大轨底坡可以减小轮轨作用力,提高车辆曲线通过性能,减轻轮轨磨耗,延长钢轨使用寿命。     

小半径曲线上动车组运行安全性仿真研究

采用多体动力学仿真分析软件UM建立CRH5型动车组的动力学仿真模型,仿真分析动车组通过小半径曲线线路时曲线半径、曲线超高、钢轨类型、曲线轨距加宽和轨底坡等线路参数对动车组运行安全性的影响。结果表明:曲线半径的影响最大,钢轨类型、曲线超高、轨距加宽以及轨底坡的影响均较小。为增加动车组通过小半径曲线的安全冗余,减少外轨侧磨,建议在有条件的情况下尽量增大曲线半径;为避免曲线超高引起直曲过渡段处受到更大的轮轨冲击作用,建议对半径为250m的曲线线路不设置曲线超高,而且对应的曲线轨距加宽值宜设为10mm。     

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。     

重载铁路曲线几何参数对钢轨磨耗影响的研究

重载线路小半径曲线外股钢轨侧磨速率明显加快.采用仿真计算结合现场测试,分析我国重载铁路轨道几何参数(超高和轨底坡)对曲线钢轨磨耗速率的影响规律.采用多体动力学软件 NUCARS 建立我国重载货车—轨道模型,改变超高和轨底坡两项轨道几何参数,采用数值积分方法仿真计算车辆通过曲线的性能.分析结果表明,设置合理的曲线欠超高和非对称的轨底坡可改善车辆通过曲线时的轮轨接触状态,降低了轮对冲角、外轨横向力和磨耗指数,从而在一定程度上减小钢轨磨耗速率.现场试验段长期观测的数据表明,两种措施对改善小半径曲线钢轨侧磨起到积极的作用.     

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。     

米轨线路参数对机车动力学性能和轮轨磨耗的影响

为了减小米轨机车在通过小半径曲线时所造成的轮轨磨耗,基于车辆系统动力学理论,采用SIMPACK软件建立C_0-C_0米轨机车动力学模型,对机车通过小半径曲线时的动力学性能进行研究。计算了不同超高和轨距情况下的机车轮对冲角、轮轨横向力、轮轴横向力和轮轨磨耗功率,并分析了车轮轮缘和踏面上的磨耗功率在车辆运行过程中随超高和轨距变化的规律。结果表明:超高率与磨耗功率成正比,线路设置超高时应尽量使列车处于适当的欠超高状态;轨距加宽量与磨耗功率成正比,且轨距变化对机车各项动力学性能指标的影响均较超高率更为显著;轨距加宽不但不能有效减轻小半径曲线上的钢轨侧磨和轮轨横向力,反而会使其增大。因此在实际工程中曲线区段应避免不必要的轨距加宽,并经常检测轨距,以防不良轨距变化导致轮轨异常磨耗。     

高速铁路站区小半径曲线减磨研究

高速铁路站区小半径曲线的钢轨磨耗已成为影响高速动车组运行品质和安全的重要因素。以高铁动车组和高铁站区小半径曲线为研究对象,采用多体动力学软件,建立车-线多体动力学仿真模型,研究车辆通过曲线时产生钢轨侧磨的动力学原因,并调整超高、轨底坡、摩擦因数、型面等参数的设置,从而确定钢轨侧磨的控制性因素,并提出减缓高铁站区小半径曲线钢轨侧磨的建议。     

小半径曲线钢轨非正常侧磨分析及防治措施

本文通过对京广线铺设60kg/m钢轨地段的24个小半径曲线上股钢轨侧面磨耗的八年实际观测数据的分析，找出了牵引动力型式与钢轨侧磨率之间的关系，并通过半径为646m的小半径曲线上两年多的钢轨侧磨试验及观测，揭示了曲线钢轨轨头侧磨的规律，发现了同一曲线、同一根钢轨磨耗的不均匀性，指出曲线钢轨非正常侧磨的主要原因是内燃机车三轴转向架造成的。阐明了中间轮对对钢轨侧磨的影响，且呼吁机务部门关心此事。文中叙连了为减步钢轨侧面磨耗从工务养护上采取的若干措施及取得效果，并提出下一步拟采取的设置欠超离、调整轨底坡、涂油、采用全长淬火轨及非对称打磨钢轨断面等五条措施。     

轨距尺测量小半径曲线超高误差及对策

铁路轨距尺是测量铁道线路轨距与水平的专用工具 ,在测量小半径曲线超高时 ,由于上股轨头磨耗及轨底坡的影响 ,实际测量处偏离应被测量处 ,从而造成误差 ,本文详细分析误差产生原因及防治对策。     

城市轨道交通线路钢轨剥落掉块分析与防治措施

对苏州轨道交通2号线钢轨剥落掉块地段进行调查研究,了解了钢轨剥落掉块的具体情况与原因。通过现场轨底坡调整实验与有限元计算可知,在小半径曲线地段将上、下股轨底坡均由1∶40调至1∶20后,曲线上股钢轨光带由内侧转移至钢轨顶部中间区域;轨底坡调整后,钢轨受力情况由偏荷载变成正荷载,其应力与变形量均减小;轨底坡调整前钢轨应力集中在钢轨内侧轨头弧度位置,与现场剥落掉块处相吻合,轨底坡调整后钢轨应力基本均匀分布于整个轨头,避开了现场剥落掉块处。因此建议在城市轨道交通钢轨剥落掉块预防整治时可以考虑在小半径(半径小于400m)曲线地段将轨底坡设置为1∶20,该措施可减少轮轨非正常接触,延缓剥落掉块的发展。     

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。     

1300MPa级在线热处理钢轨使用性能研究

对铺设在北京、太原、上海和郑州铁路局的半径为300~500 m曲线上的60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨的使用性能进行跟踪观测,研究提高重载小半径曲线钢轨的使用寿命。研究结果表明,60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨硬度高、耐磨性能好;在使用初期,钢轨磨耗少,钢轨表面容易出现剥离掉块,此时如果采用液体润滑,会加剧钢轨表面的剥离掉块;钢轨的磨耗主要出现在曲线的圆缓或缓圆部位,当钢轨磨耗到一定程度后,侧磨加快,如果采用正确的固体润滑方法,可使钢轨的侧磨得到有效地控制,且钢轨不会出现严重的剥离掉块;PG4在线热处理钢轨的综合使用性能良好,耐磨性能比U75V热处理钢轨提高1倍以上,适合在钢轨磨耗严重的重载铁路小半径曲线上使用;对钢轨实施预防性打磨、设置适当的欠超高、采用1∶20的轨底坡等改善轮轨匹配关系降低接触应力的措施,均对提高重载铁路曲线区段上钢轨的使用寿命具有重要的作用。     

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.     

地铁曲线段非对称轨底坡对轮轨匹配特性的影响

基于轮轨接触几何关系和轮轨非赫兹滚动接触理论,分析地铁曲线段存在的非对称轨底坡对不同车轮型面下轮轨接触几何特性和接触力学特性的影响;采用SIMPACK软件,建立某B型地铁车辆动力学模型,基于USFD磨耗函数建立车轮磨耗预测模型,研究非对称轨底坡对3种车轮型面下车辆曲线通过性能和车轮磨耗的影响。结果表明:外轨轨底坡固定为1/40时,内轨轨底坡的增大使内轨侧轮轨接触点分布偏向名义滚动圆外侧,从而增大了滚动圆半径差,改善了车辆曲线通过性能,但对不同型面车轮的改善程度不同;内轨轨底坡的增大对外轨侧轮轨接触力学特性无明显影响,但对S1002和DIN5573型面车轮的内轨侧法向压应力有增大作用,且内轨轨底坡增至1/10时LM型面车轮的内轨侧法向压应力才明显增大;对于LM型面,外轨轨底坡为1/40、内轨轨底坡为1/20或1/10时可明显减缓轮缘磨耗,内轨轨底坡设置在1/20附近较合适;对于S1002和DIN5573型面,非对称轨底坡对轮缘磨耗的影响较小。     

非对称轨底坡条件下地铁车辆动力学分析

利用多体系统动力学软件SIMPACK建立地铁车辆-轨道系统耦合动力学模型,结合轮轨滚动接触疲劳预测模型,分析非对称轨底坡对车辆动力学性能、轮轨磨耗及滚动接触疲劳的影响。研究结果表明:减小外轨侧轨底坡会降低车辆的曲线通过性能,加剧轮轨磨耗,恶化表面疲劳性能;设置非对称轨底坡时,外轨动态响应主要与外轨侧轨底坡有关,受内轨侧轨底坡的影响较小;为减缓外轨磨耗及滚动接触疲劳,建议内轨侧轨底坡采用1/40、外轨侧轨底坡采用1/20。     

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。     

小半径曲线超高测量误差分析及对策

在测量小半径曲线超高时,由于上股轨头磨耗及轨底坡的影响,实际测量处偏离应被测量处,从而造成误差。详细分析小半径曲线超高测量误差产生原因及防治对策。     

地铁小半径曲线钢轨波磨影响因素分析

针对地铁线路普遍存在的钢轨磨耗现象,从轮轨蠕滑力和磨耗功率的角度研究地铁小半径曲线钢轨波磨问题,并利用多体动力学软件SIMPACK建立车辆-轨道动力学耦合模型对地铁曲线地段上车辆运行速度和曲线半径对轮轨磨耗的影响进行动力仿真计算和分析。分析计算结果表明:车辆运营速度不宜过低,为降低轮轨磨耗、保证行车安全及运力需求,最高运营速度定为60～70 km/h为宜;曲线半径对钢轨磨耗功率影响较大,在符合城市规划等决定因素的要求下地铁线路曲线半径尽量大于500 m,可以实现良好的运行效果。     

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。