考虑打磨量的重载钢轨打磨廓形优化设计

为在重载钢轨打磨廓形优化设计中最小化钢轨打磨量，建立了打磨量的钢轨廓形对齐及计算方法，设计以轮轨磨耗指数、轮轨接触应力以及钢轨打磨量为优化子目标的综合优化评价模型，并对不同优化策略的优化结果进行了分析. 首先，通过矩阵旋转变换、曲线拟合及样条插值等理论建立钢轨廓形自动对齐算法，并计算目标廓形打磨量；其次，考虑轮轨磨耗指数、接触应力以及钢轨打磨量，建立综合优化目标函数，采用遗传算法并联合车辆轨道动力学仿真模型求解优化钢轨打磨廓形；最后，运用所建立的钢轨廓形优化设计模型计算分析不同优化策略的设计结果. 研究结果表明:同时考虑轮轨磨耗、轮轨接触应力和钢轨打磨量，优化后曲线外、内轨廓形平均磨耗指数相比初始廓形下降68.9%，内轨接触应力下降39.1%，打磨量下降21.8%，优化效果最佳；只考虑轮轨磨耗和接触应力时，优化后曲线外轨廓形磨耗指数和内轨接触应力下降较为明显，但打磨量下降速率相对较慢，仅为11.3%；只考虑打磨量时，优化后钢轨廓形打磨量下降最快，为24.4%，但轮轨接触应力显著变大.      

小半径曲线钢轨非对称打磨廓形设计方法

为设计可提升列车小半径曲线通过性能的钢轨非对称打磨目标廓形,对中国现有CN60钢轨廓形进行了几何推导;以钢轨廓形几何参数作为设计变量,以车辆系统多体动力学指标作为综合目标函数,考虑钢轨打磨约束条件,提出了一种针对小半径曲线钢轨非对称打磨廓形的多目标数值优化模型;基于差分进化算法编写了相应的数值计算程序,并选择合理的计算参数求解了优化模型;根据实际线路参数分析了优化后钢轨打磨廓形的轮轨接触几何特性,并验证了列车的小半径曲线动力学性能。研究结果表明:提出的优化方法具有较快的计算速度,优化模型仅迭代了97次即可获得理想的钢轨打磨廓形;非对称打磨使内外钢轨具有差异性的打磨位置与打磨深度,将轮轨对中位置向轨道内侧移动了约10 mm,且不会改变轮缘处的轮轨匹配特性,有效增大了轮对横移10 mm范围内的轮对滚动圆半径差与轮轨接触角差,降低了列车在通过小半径曲线时的轮对横移、轮轨横向力、脱轨系数和轮重减载率,提高了转向架的横向稳定性和轮轨磨耗性能;虽然该打磨方式获得的钢轨廓形增大了轮轨接触应力,但并不会引起轮轨塑性变形。由此可见,该设计方法为提高列车的中小半径曲线通过能力提供了一种可行途径。      

实现最佳效果的钢轨打磨策略

钢轨打磨作业已经变成了各个主要铁路的主要作业手段。对于钢轨打磨的应用已经经过了大量的研究和讨论，没人会怀疑其对钢轨寿命的积极效果。在经过最佳配置条件下，任何养护维修活动都可以获得最佳的养护效果。但这需要详细的计划、良好的预测，这样才能从最小的投入成本中获得最大的效益。钢轨打磨作业决不能仅仅在需要它的时候才进行，必须制订实现最佳效果的钢轨打磨策略。     

单磨头打磨钢轨廓形的仿真分析

钢轨打磨是铁路线路重要的养护维修技术,唯有高精度的打磨才能最大限度的延长钢轨寿命,深入了解钢轨廓形打磨的规律对提高打磨精度有重要意义。以PGM-96C型打磨车为例,基于迹线法求解砂轮与钢轨接触位置,提出单磨头打磨量的计算方法,并通过现场试验进行验证,最后基于该计算方法对不同打磨角度下的单磨头打磨钢轨廓形进行仿真分析,结果表明,在17.6 k W的打磨功率下,砂轮摆角为0°时,钢轨打磨深度为0.08 mm,打磨宽度为12.17 mm,随着砂轮摆角增大,钢轨打磨深度增大,而打磨宽度减小,砂轮摆角增大到20°以上时,打磨深度维持在0.22 mm左右,打磨宽度维持在4.70 mm左右。     

钢轨非对称廓型的设计方法

为科学确定钢轨非对称廓型,指导打磨作业,基于经典的轮轨接触几何学和接触力学,建立了以等效锥度、接触应力水平和打磨量等为评判依据的设计与评价方法,以比选确定最优打磨方案.实例分析表明,这种方法综合考虑了不同打磨方案对曲线通过性能、滚动接触疲劳和打磨成本等关键因素的影响,可以为目标廓型的选择提供参考.     

铁路钢轨网格化维修规划优化编制模型

优化编制铁路钢轨维修规划,对管理者合理利用维修资源、确保铁路行车安全具有重要意义.本文基于铁路基础设施网格化管理思想,按照一定规则将线性、连续的铁路钢轨设备,分割为等长的小区段,这些小区段称为钢轨网格.以钢轨网格为基本对象,采用多阶段指数Markov模型,个性化描述钢轨网格状态变化规律;在此基础上,采用Markov决策过程方法,以规划周期内的期望总成本最小为目标函数,建立基于状态的维修策略模型,确定一个较长规划周期内的最优维修策略.作者采用了陇海线实际数据对提出模型的有效性进行了验证,计算结果表明,本文提出的模型优于基于阈值的中国铁路既有的管理方法.     

面向钢轨砂带打磨的砂带磨耗过程建模

为揭示砂带服役寿命与打磨工艺参数之间的作用关系,针对钢轨砂带打磨中曲面、弹性接触特点,基于Archard方程和弹性赫兹接触理论,建立了面向钢轨砂带打磨的砂带磨耗过程模型.由数值仿真得到了不同接触压力、砂带速度、打磨列车速度、轨面曲率半径以及磨粒出刃高度均方差下的磨耗高度、砂带服役寿命曲线.并通过与现有砂带磨损试验结果对比,验证了模型的合理性.仿真分析结果表明:砂带表面磨耗轮廓线呈半椭球形,砂带寿命随接触压力、砂带速度的增加均呈指数形式降低,随打磨车速度增加呈近似线性增长;以60 kg/m钢轨为例,相同工艺条件下,打磨R13弧段较打磨R80、R300弧段时,砂带磨耗明显加剧;在钢轨表面粗糙度允许范围内,较大的磨粒出刃高度均方差有利于延长砂带的服役寿命.     

高速铁路钢轨打磨技术及其应用

根据广深线钢轨斜裂纹的形成与发展特点,提出采用非对称打磨技术控制和减缓钢轨斜裂纹的形成,并进行了数值计算和现场打磨试验.数值计算结果表明:钢轨非对称打磨可以改变轮轨接触几何参数,使轮轨接触点向钢轨顶面中心移动,远离钢轨轨肩位置,并降低轮轨接触应力.现场打磨试验验证了数值计算结果,试验结果表明钢轨非对称打磨能改变钢轨光带,使接触点向钢轨踏面中心移动.     

钢轨打磨对地铁车辆动力学性能的影响

通过现场测试沈阳地铁某区间打磨作业现场打磨前后钢轨型面数据,将钢轨型面数据导入到SIMPACK软件中,还搜集到了国内关于打磨车作业标准中关于打磨后钢轨型面的数据.并且建立了车辆-轨道动力学模型,分别计算了打磨前后不同钢轨型面下车辆平稳性、轮对横移量、磨耗功率,结果表明:钢轨打磨可以提升车辆运行的平稳性,降低车轮磨耗功率,从而降低轮轨磨耗,延长钢轨使用寿命.     

高速铁路辙叉区钢轨打磨廓形设计方法

以心轨顶宽20、35、50 mm处的辙叉区钢轨关键截面作为研究对象,基于NURBS曲线理论建立辙叉区钢轨廓形重构方法;以关键截面钢轨廓形上若干型值点为设计变量,以打磨材料去除量的减少和脱轨系数的降低为目标,以钢轨廓形几何特征和降低钢轨滚动接触疲劳为约束条件,设计出18号道岔辙叉区钢轨经济性打磨廓形;建立了轮轨接触有限元...     

过度磨耗钢轨的打磨廓形设计方法

针对过度磨耗钢轨的打磨，提出一种以圆弧切点为关键参数的钢轨廓形设计方法；以轮轨接触位置为优化区域，以钢轨磨耗和打磨材料去除量作为优化目标函数，以廓形边界范围、凹凸性、脱轨系数和轮轨横向力为约束条件，建立磨耗钢轨打磨设计廓形多目标函数；集成多元模拟退火寻优算法进行求解；为了得到能代表重载线路曲线区段的钢轨廓形，作为优化的输入数据，采用最小二乘距离算法、算术平均算法、加权平均算法和散点重构算法得出4种钢轨代表廓形；使用Pearson相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数计算出4种算法的钢轨代表廓形与实测廓形接触点概率分布曲线的相关性，取相关性最高的代表廓形为等效重载线路曲线区段的实际廓形；对某重载线路过度磨耗钢轨的经济性打磨廓形以及采用圆弧型廓形设计方法的优化廓形进行分析。分析结果表明:优化廓形与现场打磨廓形相较，截面廓形磨削量减少69.56 mm2，下降64.98%，脱轨系数小幅增大，轮轨横向力基本不变，轮对横移变化较小，曲线通过性能相近，80万次通过量下的磨耗面积增加2.19 mm2，钢轨的磨耗速率略微增大，整体仍延长了钢轨寿命。      

钢轨磨耗型波磨计算模型与数值方法

分析了国内外铁路钢轨波浪形磨损理论模型,提出了车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型,发展了相应的数值方法。模型中车辆结构和轨道下部结构被简化成等效的质量、弹簧和阻尼系统,钢轨用Euler梁代替,并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形,利用修改的Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和摩擦功,假设材料单位面积磨损量正比于轮轨接触面摩擦功密度。利用该模型和相应的数值方法分析了几个磨耗型波磨情况,结果表明该模型可以模拟轨道多种缺陷(轨缝、扁疤、凹坑、轨枕间距、随机不平顺等因素)引发的钢轨磨耗型初始波磨和发展规律,可以模拟由于钢轨在机械加工或打磨过程中形成的初始波磨的演化过程,可以通过改善轨道特性来消除或减少波磨的发生和发展。     

基于容腔调节的钢轨打磨压力控制系统

为了降低钢轨打磨过程中的压力波动,采用在传统气动恒压控制系统中加入容腔调节器的方法构建新型钢轨打磨压力控制系统.容腔调节器由储气罐与比例流量阀构成,能够在系统受到压力冲击时吸收冲击压力,降低压力波动,并在系统需要输出压力时补充系统供能,加速系统响应.为了保障钢轨打磨控制的精确性与稳定性,所研究的钢轨打磨压力系统采用了双闭环的形式,以变结构控制为基础,结合每个闭环的控制特性来构建控制器.为了验证所提出控制系统的特性,分别以系统仿真与打磨实验的形式与传统钢轨打磨压力控制系统进行对比.结果显示,与传统系统相比,本文所提出的容腔调节控制系统控制压力波动降低了76.8%.      

地铁钢轨波磨对车辆和轨道动态行为的影响

采用钢轨波磨测量仪测量了钢轨波磨特征, 采用加速度和位移传感器测量了钢轨打磨前后车辆和轨道零部件的振动加速度, 分析了钢轨波磨对车辆和轨道零部件振动的影响, 建立了车辆-轨道耦合动力学模型, 研究了钢轨波磨对轮轨相互作用力的影响, 确定了钢轨打磨限值。研究结果表明: 钢轨波磨主波长为30~40 mm, 次波长为16 mm; 钢轨轨头和弹条在650~800 Hz的振动和轴箱在670~800 Hz的振动与30~40 mm波长对应的车辆通过振动行为一致, 因此, 短波钢轨波磨导致地铁车辆和轨道零部件振动过大, 是车辆一系钢弹簧和轨道扣件弹条疲劳断裂的主要原因; 钢轨打磨可以有效解决疲劳断裂问题, 打磨前钢轨轨头、弹条、轨枕和道床振动加速度均方根分别为243.4、309.3、17.1、2.6 m·s^-2, 打磨后振动加速度均方根下降为51.5、8.8、1.5、0.5 m·s^-2; 轮轨垂向力和横向力均对钢轨波磨波长非常敏感, 当钢轨波磨波深为0.1 mm时, 35、80 mm波长对应的轮轨垂向力分别为307、109 kN, 横向力分别为56、25 kN; 当车辆运营速度为90~120 km·h^-1时, 根据轮重减载率限值标准, 35 mm波长钢轨波磨波深为0.05~0.08 mm, 根据轮轨垂向力限值标准, 35 mm波长钢轨波磨波深为0.03~0.06 mm, 建议30~40 mm短波钢轨波磨波深达到0.05 mm时进行打磨处理。     

高铁钢轨预打磨效果及轨面不平顺分析

高铁的高平顺性要求在线路开通前要进行钢轨预打磨,以沪宁城际高铁为样本,通过分析钢轨打磨前状态,发现新轨上道后存在光带不在轨顶中部,甚至有两点接触等问题,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,对钢轨预打磨后轨面不平顺状态进行评价,结果表明钢轨预打磨能够有效改善了轨面的不平顺状态。     

钢轨波磨研究进展

为了解轨道车辆运营中普遍存在的钢轨波磨问题,分析了钢轨波磨的形成机理,阐述了钢轨波磨对车辆-轨道系统动力学性能的影响,综述了常见的钢轨波磨检测、监测与抑制方法,并展望了钢轨波磨的研究方向.研究结果表明:车辆-轨道系统耦合振动、轮轨反馈振动、轮轨自激振动和轮轨接触振动是形成钢轨波磨的主因,车辆-轨道结构、线路运营条件、轮...