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。     

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。     

米轨铁路小半径曲线地段轨距加宽问题分析

米轨铁路采用小半径曲线有利于适应山区地形,但如曲线半径过小,为使列车顺利通过曲线,轨距常需要加宽。本文通过理论分析和动力学仿真计算对米轨铁路小半径曲线的轨距加宽条件和限值进行研究;利用构建的动力学模型分析了不同小半径曲线条件下轨距加宽对车线系统动力特性的影响,并提出了不同曲线半径下的轨距加宽建议值。     

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。     

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。     

有轨电车小半径曲线通过性能及关键参数研究

为研究有轨电车小半径曲线的通过性能,首先推导了自由轮对通过曲线的运动方程,从理论的角度分析了轮轨接触摩擦因数、轨距和曲线半径等关键参数对曲线通过性能的影响;然后以五模块低地板有轨电车为例,建立动力学仿真模型,并通过试验验证了模型的准确性;最后从轮轨润滑、轨距加宽和曲线半径的角度分析了有轨电车小半径曲线通过性能的变化规律。研究结果表明,轮轨润滑可以显著提高有轨电车小半径曲线的通过性能,各项安全性指标均出现明显改善;轨距加宽对有轨电车小半径曲线通过性能有一定的影响,并且存在合理的取值范围;曲线半径对曲线通过性能影响明显,曲线半径增大不仅可以降低车辆的各项安全性指标,还可以提高车辆的通过速度。     

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.     

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。     

重载铁路小半径曲线钢轨波磨对机车曲线通过安全性的影响研究

随着机车轴重的不断增加,轮轨磨耗加剧,重载铁路小半径曲线上的钢轨波磨越发普遍。文章基于车辆系统动力学理论,建立C_0-C_0型30 t轴重重载机车模型,利用MATLAB软件模拟小半径曲线上的钢轨波磨作为外部激扰输入,研究了小半径曲线钢轨波磨对机车曲线通过安全性的影响。结果表明,轮轨垂向力随着波磨波深的增大而增大,随着波长的增大而减小,当机车以不低于70 km/h的速度通过小半径曲线钢轨波磨区间时,极有可能出现轮轨瞬时脱离现象。为了保障机车曲线安全通过,以动态轮重减载率、脱轨系数和倾覆系数为评价指标,针对小半径曲线上不同波深和波长的钢轨波磨,给出了行车速度建议:对于波长为300 mm、波深为0.8 mm的钢轨波磨区间,机车安全通过速度不能超过70 km/h;当波磨进一步发展,波深达到1.0 mm时,机车安全通过速度不能超过60 km/h。     

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。     

弹性车轮动力学复合模型及其性能研究

为深入研究轻轨车辆弹性车轮的动力学作用,基于压剪复合型弹性车轮的结构,在弹性车轮动力学传统模型的基础上,综合考虑弹性车轮轮芯相对于轮毂的6个自由度,建立弹性车轮动力学复合模型。利用多体动力学软件SIMPACK进行仿真计算,对比分析传统模型和复合模型下弹性车轮车辆以及刚性车轮车辆的临界速度、平稳性、曲线通过性能和轮轨磨耗等指标。结果表明:由于传统模型未考虑车轮与车轴之间的偏转刚度和轮对两车轮之间的扭转刚度,因此计算误差较大;采用复合模型得到的弹性车轮车辆的临界速度、运行平稳性指标,以及通过小半径曲线时的轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等较刚性车轮车辆都有不同程度的降低;弹性车轮车辆的轮轨磨耗情况在直线通过时与刚性车轮车辆的相似,而曲线通过时相比刚性车轮车辆降低了约5.3%。     

地铁用导向转向架的开发

东京地铁由于多有小半径曲线以及曲线外轨超高较低的缓和曲线段,需要解决缓和曲线段上显著的轮重变动、显著的横向作用力、轮轨辗压啸叫声、轮缘磨耗等课题。本文介绍作者与住友金属公司共同开发的只对单根轴操纵的新型导向转向架、车辆通过小半径曲线段时的转向架动态以及运行试验结果。     

货车低速通过小半径曲线动力学性能试验分析

根据提速货车和既有装转8A型转向架的非提速货车低速通过小半径曲线以及12#道岔侧线时的动力学性能测试数据,分析货车低速通过小半径曲线、道岔侧线的动力学性能.结果表明:在正常技术状态下,装用转K2、转K4、转K5、转K6型转向架的提速货车和既有装用转8A型转向架的非提速货车在低速通过小半径曲线和道岔侧线时,货车的动力学性能基本满足要求,货车低速通过小半径曲线有安全保障;对于提速货车,在通过小半径曲线并在出曲线时,由于外轨超高降低、外侧轮减载,从而增加了对车辆安全的不利影响,因此,应严格控制提速货车运行速度在线路规定的允许速度范围内.分析货车通过小半径曲线时每个车轮的轮轨力变化特征可知,提速货车在重车时比空车时的轮轨力增减缓和,更有利于货车通过曲线的安全性;非提速货车在进出曲线时,由于车体的重量通过心盘近似平均地分配到左右侧架上,使得其轮轨力的增减较小且垂向力无明显增减.     

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。     

基于60 kg/m和60N钢轨的货车轮轨动力学性能比较

为对比分析铁路货车在60 kg/m和60N钢轨上的轮轨动力学性能,以C70货车为例,采用SIMPACK多体动力学软件建立基于60 kg/m和60N钢轨的货车-轨道耦合动力学模型,计算轮轨几何接触关系、车辆运行稳定性和平稳性、轮轨作用力等。计算结果表明:LM车轮踏面与60N钢轨匹配时,轮轨接触点靠近轨面中心,车辆运行有更高的稳定性和平稳性;车辆通过曲线时,车辆在60N钢轨上的轮轨接触斑面积较大,轮轨间的垂向作用力、横向作用力较大,通过小半径曲线时轮轨横向蠕滑力较大;车辆与60 kg/m钢轨之间的总蠕滑力、纵向蠕滑力、最大法向接触应力和磨耗指数较大,加剧了60 kg/m钢轨的磨损。     

大准铁路小半径曲线钢轨打磨廓形及工艺研究

针对大准铁路小半径曲线钢轨伤损和磨耗严重开展钢轨打磨技术研究,进行打磨模板设计。本文通过分析实测轮轨廓形的磨耗和接触特征,确定钢轨打磨目标廓形,据此设计得到适合于大准铁路小半径曲线的钢轨打磨廓形,并采用重载货车-轨道动力学模型和轮轨接触有限元模型进行理论计算与分析。结果表明:车轮与实测钢轨廓形匹配时,上股易形成过共形接触,下股接触点偏向轮缘根部,形成反向轮径差,降低曲线通过性能;车轮与打磨廓形匹配时轮轨接触状态得到明显改善,轮对冲角、轮轨横向力、脱轨系数、磨耗指数和轮轨接触应力均显著降低,大幅提高了曲线通过性能。     

轴箱布置方式对地铁直线电机车辆动力学性能的影响

基于车辆系统动力学理论,建立了两种不同轴箱布置方式的地铁车辆动力学模型,在实际线路条件下,分析对比了轴箱内置与外置两种转向架,因为簧下质量以及悬挂系统横向跨距变化而造成轮轨接触以及车辆平稳性改变。研究结果表明,两种轴箱布置方式对车体平稳性影响较小;但轴箱内置车辆为达到理想的稳定性,需要加大一系径向刚度并加装抗蛇行减振器;轴箱内置能够降低轮对摇头角刚度,提高车辆适应线路扭曲不平顺的能力,同时降低轮对踏面磨耗功率,改善小半径曲线上轮轨磨耗。     

A-1-A轴式动车安全通过小半径曲线限速分析

针对某A-1-A轴式动车组,采用多刚体系统动力学软件SIMPACK建立了该动车的动力学模型,对不同速度、超高、不平顺和曲线半径工况下动车通过小半径曲线动力学性能进行仿真分析,得出了动车通过不同半径曲线时理论最高通过速度。结果表明:动车通过小半径曲线时,最高限速主要受外轨超高、曲线半径、不平顺及横向力极限值等多因素的影响,当横向力在安全限值内时,其它指标均能满足要求,因此,动车通过具有不平顺小半径曲线限速按照最大轮轴横向力极限值进行评定;增加超高,可略提高动车曲线通过速度;增大曲线半径和改善线路不平顺,均可提高动车曲线通过速度。当线路条件很差时,不平顺是影响动车动力学性能的主要因素,减速不能改善运行安全性,应维修线路。     

普通线路小半径曲线不均匀侧磨减缓措施

普通线路小半径曲线侧磨通常出现分布不均匀的病害。结合现场实际,对普通线路小半径曲线安装轨距拉杆进行强化。现场观测结果表明:采用轨距拉杆进行强化,不但能够保持动态轨距的稳定,而且可有效减缓不均匀侧磨,尤其在桥梁上减磨效果更明显;轨距拉杆的数量要根据地段与线型的不同合理调整,采用不等距方式安装可使车辆在轨道不同区段运行时整体刚度均匀,从而减小轮轨间额外的动作用力,有效减缓钢轨磨耗。     

基于刚体模型的铁道车辆曲线运动轮轨力分析

针对目前借助复杂的车轨动力学仿真计算铁路线路曲线段轮轨力存在计算量大的问题,在分析铁道车辆曲线通过时运动学关系基础上,忽略车辆摇头和点头运动的影响,构建仅包含垂向、横向和侧滚运动3个自由度的刚体模型;利用质心运动定理和对质心的动量矩定理,建立车辆动力学基本方程组,由此推导出任意超高、任意线型条件下,以线路参数(平面曲线曲率、超高和轨距)和车辆结构参数(车辆质心到轨顶面距离和车辆对质心的回转半径)表达的轮轨力计算式及近似解,从而能较为高效地实现不同线路条件下铁道车辆曲线运动轮轨力预测。