不同轴重重载列车作用下轮轨垂向力试验研究

依托重载铁路30 t轴重实车综合试验,获得大量轮轨垂向力实测数据,运用数理统计分析,揭示不同轴重重载列车作用下轮轨垂向力分布特征以及变化规律,提出轮轨垂向力概率密度分布函数,以及轮轨垂向力平均值、标准差与轴重和速度的联合关系式。研究结果表明:轮轨垂向力平均值和最大值随着轴重增加线性增大,标准差随轴重增加呈负指数函数式减小;轮轨垂向力平均值随速度呈指数式增长,最大值、标准差以及变异系数均随着车速增大线性增长;不同轴重重载列车轮轨垂向力均服从正态分布;根据轮轨垂向力与轴重、速度的联合关系式可对不同轴重列车以不同速度运行时轮轨垂向力平均和标准差做出预测。研究成果对于重载铁路工程结构设计和养护维修具有指导意义。     

30t及以上轴重货车动力性能仿真研究

随着我国铁路货运量的迅速增加,重载运输己成为我国铁路运输的主要发展方向.为了适应我国25t以上轴重重载货车运输的发展,首先建立了25 t轴重重载货车动力仿真模型,在此基础上对30 t和35 t轴重条件下车辆模型的关键参数等进行了动力学分析,优化了30 t和35 t轴重货车模型的参数取值.利用所确定货车模型参数,建立30 t和35 t轴重重载货车-轨道动力仿真模型,计算分析车辆-轨道各项动力响应,相应指标符合规范中优良等级要求.通过不同速度下的动力学响应分析,对30 t和35 t轴重重载铁路的运行速度进行初步探究,建议我国30 t和35 t轴重货车适宜的运行速度为100 km/h.     

32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度

针对以往轨道刚度计算方法只能得出轨下垫板静刚度的取值范围或下限值,而不能确定轨道整体刚度的问题,运用大型轮轨动力学软件NUCARS建立32.5t轴重货车—轨道系统耦合动力学模型,采用动力敏感系数分析方法,通过分析轨道结构各种部件刚度组合情况下的车辆、轨道系统动力特性,研究32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道的合理刚度。结果表明:钢轨垂向位移、道床压力和垫板压力对垫板刚度较为敏感;轨枕垂向位移、轨枕垂向加速度、道床压力对道床刚度较为敏感;以轨道动力特性的综合效应最小为目标建立目标函数,筛选得出32.5t轴重货车作用下重载铁路轨道结构的部件刚度最优匹配方案是轨下垫板刚度为140kN·mm-1,道床刚度为150kN·mm-1;最优部件刚度匹配方案所对应的轨道结构整体刚度为82kN·mm-1。     

高速铁路路桥过渡段轮轨力分析

通过武广客运专线某路桥过渡段的现场车检数据分析,对高速铁路路桥过渡段轮轨力随列车速度的变化规律进行研究.结果表明,动车通过路桥过渡段时轮轨垂向力明显增大,且当车速达300 km·h-1及以上时增幅更加明显;在200～340km· h-1车速范围内,轮轨垂向力的变化范围为31.1～100.46kN,最大轮轨垂向力是过渡段内轮轨垂向力有效值的125％～147％;各速度级下的轮轨垂向力均符合正态分布,其平均值基本在50～60 kN范围内,但动车速度越大,轮轨垂向力值越离散;置信概率为99.4％时预测的过渡段上最大轮轨垂向力值在71～90 kN范围内.     

40 t轴重重载铁路轨枕关键设计参数研究

研究目的:重载列车轴重的增加使轨枕的服役环境大大恶化,为探究运行40 t轴重列车的轨枕关键设计参数,本文建立更为精确的三维轮轨接触与轨道有限元模型,分析轨枕应力变化规律,并提出提升轨枕承载能力的措施,以期为我国未来大轴重轨道结构设计提供数据支持。研究结论:(1)当40 t轴重重载列车以120 km/h的速度通过时,轨枕承轨槽处的最大应力达9.21 MPa,但仍小于C60混凝土12 MPa的抗压限值;(2)轨枕的承载能力由轨枕提供的抗正弯力矩控制,速度达到120 km/h时,轨枕最大正弯矩极值增加至18.99 kN·m,非常接近Ⅲ型轨枕的抗弯限值19.05 kN·m;(3)通过加宽或加长改进的Ⅲ型轨枕,重量增加至350 kg以上,可满足运行40 t轴重重载列车的要求;(4)考虑到建造成本和道床限界等因素,优先考虑加宽轨枕,加宽10 cm后的轨枕至少可承受23.52 kN·m和-22.87 kN·m的最大正、负弯矩;(5)该研究结果可为40 t轴重重载铁路轨枕设计提供参考。     

遂渝线路基上板式轨道动力性能计算及评估分析

遂渝线是客货共线铁路,客车最高速度为200 km.h-1、货车最高速度为120 km.h-1。运用车辆—轨道耦合动力学理论,在各种列车运营条件下,对无碴轨道综合试验段内路基上板式轨道进行动力学性能分析评估。分析结果表明:速度较低重载货车作用下的轮轨动作用力及轨道变形要比快速客车作用下大得多,但都没有超过各自的限值标准;机车车辆的脱轨系数最大值小于0.8、轮重减载率最大值小于0.6,行车的安全性能够得到保证;线路横向稳定性系数均小于0.7,线路的动态稳定性优良;CA砂浆最大动应力为0.206 MPa,小于1.0 MPa的容许应力,路基面动应力最大值为0.093 MPa,小于0.18 MPa的容许应力;路基不均匀沉降限值由客车的舒适性指标控制,数值应控制在20 mm/20 m以下。     

40t轴重货车轮轨动力特性分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,根据40 t轴重货车结构特点,建立了重载货车车辆-轨道耦合模型,并对不同线路谱和速度下40 t轴重货车的轮轨动力特性进行了仿真分析。     

重载铁路货车结构强度考核标准中纵向力取值的研究

在对比分析国内外重载铁路货车结构强度考核既有标准中纵向力值的基础上,选取大秦线、神华铁路、京广铁路和晋中南通道25,27和30t轴重货车重载综合试验数据,采用概率统计的方法分析列车运行中车辆纵向力的分布;根据在驼峰编组场的调研以及27和30t轴重货车冲击试验,分析驼峰溜放调车时车辆间的最大冲击力。在此基础上,结合我国铁路现行的大轴重货车技术条件以及《铁路主要技术政策》,将重载铁路货车分为专用货车和通用货车,明确第1和第2工况的定义,针对这2种货车和2种工况提出重载铁路货车结构强度考核标准中纵向力取值的建议方案。对于专用货车,第1工况下的纵向拉伸力和压缩力分别取2 000和2 250kN,第2工况下的纵向压缩力取3 400kN;对于通用货车,第1工况下的纵向拉伸力和压缩力分别取1 780和1 920kN,第2工况下的纵向压缩力取3 100kN;冲击速度取10km·h-1。     

35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案及试验研究

基于国外重载铁路现状,并结合前期研究成果,提出了35～40 t轴重重载铁路有砟轨道结构方案。在高速铁路轨道技术国家重点实验室铺设了有砟轨道实尺模型,通过轨道结构刚度试验、荷载垂向传递试验获得了35～40 t轴重有砟轨道的轨道刚度、枕上支点压力、枕下0.55 m和0.95 m位置基床压应力;通过钢轨倾翻试验得知轨道结构在垂向荷载400 kN、横向荷载165 kN同时作用下,重载扣件安全可靠,轨道结构稳定,验证了该轨道结构具有良好的防钢轨倾翻性能;通过轨枕荷载弯矩试验验证了重载轨枕在垂向荷载单独作用、垂向和横向荷载耦合作用等不同的荷载组合工况下,轨下截面弯矩以及枕中截面弯矩均有一定的安全余量,轨枕强度能够满足35～40 t轴重铁路的承载要求。     

重载铁路典型波磨区段轮轨力仿真分析

钢轨波磨是重载铁路上常见的一种病害，且波磨波长范围较广，为研究列车经过不同波长的波磨区段时轮轨垂向力变化情况，利用ABAQUS软件建立有限元模型，仿真计算不同工况条件下的重载线路轮轨垂向力响应。首先，结合重载铁路轴箱加速度的分析和现场复核，归纳钢轨波磨区段主要参数特征；接着，根据归纳的波磨特征建立有限元仿真模型并利用既有实测数据验证仿真结果的正确性；然后，利用控制变量法计算轮轨动力学在不同车辆轴重、运行速度、扣件刚度和弹簧阻尼参数下的影响特性。最后，通过比较不同波长下的轮轨垂向力发现，相同工况下，重载铁路短波长波磨区段能引起轮轨垂向力更大范围的幅值波动。因此，重载铁路产生钢轨波磨初期，为避免异常的轮轨力，要及时打磨。     

重载车桥耦合作用下48 m钢桁梁桥动力性能

研究目的:随着社会经济发展和人们需求的提高,铁路货运能力亟待进一步提高,在既有铁路网基础上加大铁路列车轴重是有效提高铁路运能的主要途径之一。列车轴重增大后车桥振动效应将增加,既有铁路网中的钢桥能否适应铁路轴重的提高成为列车轴重能否增加的关键问题。本文为分析重载列车作用下钢桥动力性能,选取既有线中常用跨度48 m钢桁梁桥为研究对象,通过轮对与轨道接触处的力与位移相互关系建立空间重载铁路车-桥系统耦合振动分析模型,在与实测结果对比基础上,对影响重载铁路钢桁梁桥动力性能的轨道不平顺、列车轴重和列车速度等因素进行系统分析。研究结论:(1)轨道不平顺功率谱、列车轴重和列车速度均对重载列车作用下的钢桁梁桥的动力性能有着重要影响;(2)美国六级轨道不平顺与桥上实际线路不平顺更加接近;(3)重载铁路运输中27 t轴重列车通过48 m钢桁梁桥时建议对列车运行速度进行限制。     

超长重载列车纵向力影响规律仿真研究

建立超长重载列车纵向动力学仿真模型,并利用大秦线3万t重载组合列车长大下坡道制动试验数据对其进行验证;分析超长重载列车平直道制动工况时列车编组长度、机车无线同步控制延迟时间,以及长大下坡道常用全制动时坡度差、车钩间隙和ECP制动控制技术对纵向力的影响规律。结果表明:正常情况下,4万~12万t超长重载组合列车编组长度对平直道常用全制动和紧急制动时列车最大纵向压钩力影响较小,均未超过2250 kN的安全限值;超长重载列车在平直道紧急制动时,同步控制延迟时间超过5 s时列车最大纵向压钩力达到1200 kN,但仍未超过安全限值;长大下坡道中坡度差对超长重载列车最大纵向压钩力影响较大,在60 km·h-1速度进行常用全制动且纵向力不超安全限值2250 kN的条件下,4万t超长重载列车允许的长大下坡道最大坡度差为13‰,10万t仅为5‰;超长列车采用新型无间隙车钩和ECP制动技术对减少变坡区段常用全制动时的列车最大纵向压钩力不明显。     

我国重载铁路速度目标值探讨

重载铁路运输品类为大宗货物,其牵引质量大、轴重大,重载铁路速度目标值的确定有别于普通货运铁路,需要深入探讨。从行车组织、路基、桥梁、轨道、供电等方面,对重载铁路速度目标值为80、100、120 km/h时分别进行计算和对比,并结合国内外运营实际进行分析。对比分析表明,不同速度目标值对轨道、路基、桥梁、供电等影响不大,但当速度目标值大于100 km/h时,机车牵引和制动难以实现,重载货物列车设计行车速度等于或小于100km/h是适宜的。     

大秦线2万t货物列车条件下线桥设备试验研究

选取大秦线5个轨道、1个路基和9个桥梁试验工点,进行2万t列车的运行和制动试验,研究大秦线轨道、桥梁和路基的动力性能。结果表明:2万t试验列车通过典型线、桥、路基和道岔地段时,实测脱轨系数、轮重减载率和轮对横向力以及道岔尖轨开口量等指标均在安全限度内,说明在大秦线开行2万t货物列车是安全可行的。2万t试验列车作用下的轨道动力响应和各项位移参数与普通列车正常运营时基本相当,但2万t试验列车车辆由车轮扁疤产生的轮轨垂直力最大值达到277 kN,会对轨道结构产生显著的破坏作用;桥梁的挠度和振动参数基本在安全控制范围内;路基的动应力值基本在45 kPa以内,轴重由21 t增加到25 t后,路基动应力只增加2 kPa左右,但2万t列车通过时相邻两转向架4个车轮产生的路基动应力分布为1个梯形形式,而6 000 t列车通过时为2个交叠的梯形形式。     

国外重载货车转向架的技术发展现状及发展我国铁路重载货车转向架的若干思考

介绍了国外重载货车典型转向架的技术特点和相应的技术措施,回顾了我国货车转向架的发展历程以及成熟的关键技术,总结了我国铁路货车转向架的技术现状。针对发展我国大轴重货车转向架的轴重、速度、车轮直径、设计原则和评价准则进行了讨论,并阐述了研发大轴重货车转向架应当关注的噪声、径向性能、模态及轮轨磨耗动态分析等研究热点问题。     

大秦铁路货车车轮磨耗问题的调查与研究

通过对重载货运专线——大秦铁路运行的货车车轮磨耗数据的统计、分析和对铁路货车运用中出现的闸瓦磨耗等问题的分析,将影响铁路重载运输货车车轮磨耗的主要因素归结为:货车轴重、货物周转量、闸瓦质量、车轮硬度及同一轮对两车轮的轮径差。采用车辆动力学仿真方法,研究车轮轮缘磨耗与踏面磨耗间的关系。结论表明,推广应用新型C级钢车轮以提高车轮踏面及轮辋硬度、控制同一轮对两车轮的轮径差、研制新型高摩合成闸瓦等措施是降低车轮踏面磨耗并使车轮踏面磨耗均匀化的有效途径;铁路货车采用状态修的维修管理办法是控制和降低轮缘磨耗发生的有效手段。     

山西中南部铁路30t轴重重载技术方案设计研究

在介绍国内外重载铁路轴重现状和发展方向的基础上,结合新建山西中南部铁路通道建设,对30 t轴重重载铁路线路、轨道、路基、桥梁及隧道工程技术方案设计进行全面的分析、总结,为开行30 t轴重重载列车提供技术保障。     

重载铁路跨度12m钢筋混凝土简支T梁静动力适应性分析与试验研究

我国快速发展的经济对铁路运输能力的要求不断提高,既有铁路重载扩能运输改造进程不断推进,随之提高的列车轴重必然会降低既有铁路桥梁的活载储备量,从而导致T梁的整体刚度和耐久性下降。通过对不同跨径桥梁活载储备量的计算分析,进而选取跨度12 m混凝土T梁作为研究对象进行静力适应性分析,对梁体跨中截面主筋应力、梁体跨中截面上翼缘混凝土压应力及梁体跨中底板裂缝宽度进行检算;并且建立动力有限元模型,分析不同列车荷载作用对跨中横向加速度及横向振幅的影响规律,并与试验实测结果进行对比分析。研究结果表明:在270 k N和300 k N轴重重载列车作用下,梁体受拉钢筋最底部主筋应力均超过容许值;结构动力响应随着车辆轴重增大而增大; 12 m跨低高度简支钢筋混凝土梁横向动力适应性优于普通高度简支梁,两者均满足开行大轴重重载货车要求。     

35.7t轴重重载铁路轨道关键设计参数研究

我国面临着发展重载铁路和承担海外重载铁路的设计任务,美国、加拿大、澳大利亚等国重载铁路的轴重普遍达到35.7 t,结合海外项目,以35.7 t轴重货车为例,对此轴重条件下的轨道结构主要设计参数进行研究。轴重的提高对重载铁路轨道部件提出更高的要求。采用商业有限元软件ANSYS,建立轨道-路基系统有限元模型,主要研究钢轨类型、轨下垫板刚度、道床状态、路基基床参数对35.7 t轴重货车的轨道结构静力学特性的影响,为轴重35.7 t轨道结构的关键参数选取提供建议。