基于个性化钢轨打磨对调边轨优化研究

选陇海线1条磨损较为严重的小半径曲线下股调边轨作为研究对象,进行个性化打磨方案设计,对轮轨几何接触状态进行分析,并进行车辆-轨道多体系统动力学仿真。结果表明:打磨后调边轨面掉块、轨面光带、钢轨磨耗速率及钢轨质量指数TQI得到显著改善;通过轮轨接触几何分析可知,打磨后等效锥度及轮轨接触点均得到优化,列车运行稳定性及轮轨接触状态得到改善;通过车辆-轨道多体系统动力学仿真研究可知,打磨后1～4位车轮与调边轨接触时接触斑内磨耗功最大值、轮重减载率最大值、车体垂向/横向加速度均降低,轮轨磨耗特性、列车运行安全性及稳定性均得到改善。     

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.     

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。     

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模型和车辆-轨道耦合动力学模型,进行了轮轨接触应力与动力学指标计算。分析结果表明：优化的打磨廓形接触点分布均匀,具有良好的轮轨接触几何特性;钢轨打磨材料去除量在2号截面处降低了17.2%;各截面Mises应力分别降低了8.7%、8.3%和11.5%,轮轨接触应力降幅分别为12.9%、15.8%和18.0%;列车逆侧向过岔时,轮轨横向力与车体横向振动加速度分别降低了10.3%和15.6%,脱轨系数与轮重减载率分别降低了8.1%和10.6%,疲劳因子降低了12.2%。可见,优化廓形在保证列车运行安全性的同时,提升了列车运行的平稳性以及辙叉区钢轨的使用寿命。     

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。     

道岔钢轨病害打磨对高速列车动力学性能影响研究

选取京沪高铁1组轨面病害较为严重的道岔作为道岔钢轨病害打磨研究对象,进行长期跟踪观测,并分析打磨前后轮轨几何关系,建立车辆—道岔耦合无砟轨道系统动力分析模型,研究对比打磨前后高速列车动力学特性。结果表明:通过道岔钢轨病害打磨,钢轨轨面病害得到较好改善,但道岔钢轨工作边出现棱角,轨面出现双光带现象;轮轨等效锥度均未在理想范围以内;列车通过道岔岔中区域时,高速列车动力学特性得到较好的改善,但列车通过岔前及岔后区域时,高速列车动力学特性不如打磨前。建议高速道岔打磨时需要充分考虑轮轨关系,不应仅仅对轨面病害进行打磨。     

基于高频率测量数据的钢轨精确打磨方法

移动式钢轨廓形检测系统能够对线路钢轨进行全区段的连续、高频率测量,获得里程位置准确的高精度钢轨廓形三维图像,但如何利用这些钢轨廓形数据进行精确打磨尚没有成熟的方法。为此,提出了一种基于高频率测量数据的钢轨精确打磨方法,通过实测廓形与目标廓形对比得到所需打磨量随里程的变化曲线,然后进行轨头精细化分区、打磨里程分段,最终得到整个测量区间的精确打磨方案,通过在京沪高铁虹桥线路进行现场试验,证明该方法能够实现钢轨精确打磨。最后还提出一种钢轨廓形相似指数PSI(profile similarity index),对钢轨打磨前后的廓形进行了评判。结果表明,PSI能够量化反映实测廓形与目标廓形的相似程度,直接准确地评估打磨作业效果。     

钢轨打磨技术研究进展

介绍了有关钢轨打磨的理论、技术和应用成果,论述了钢轨打磨技术与轮轨接触疲劳、磨耗、噪声、润滑之间的关系和相互作用模型.基于现有的国外钢轨维修成本的经济学模型,提出了加入打磨设备折旧费用的钢轨维修成本综合经济学模型.建议未来的研究重点:开展基于现场实践的快速电脑程序优化的打磨钢轨型面研究;开展能够综合考虑车辆轨道耦合动力学和经济学指标钢轨打磨方案的优化研究;开展不同工况的打磨参数和打磨工艺研究.     

高速铁路钢轨预打磨策略及伤损发展特征

针对高速铁路预打磨钢轨进行磨耗和疲劳裂纹萌生仿真预测和现场跟踪试验,对预打磨钢轨的实施效果、伤损类型和发展特征进行了分析。分析结果表明,实施特殊型面的新轨预打磨能有效地控制轮轨接触点的位置和接触宽度,获得较好的轮轨关系。预打磨后的钢轨在运营中主要受磨耗影响,磨耗呈线性增加的趋势,外轨磨耗分布在轨头-10°～60°范围,内轨磨耗分布在轨头中心±10°范围。运营大约1年,部分地段的外轨预打磨型面被磨耗所改变,轮轨接触状态恶化,高速铁路预防性打磨周期可以在1～1.5年内实施。     

基于改善轮轨共形度的60 kg/m钢轨廓形优化

重载铁路及客货共线铁路运营条件下,轮轨磨耗问题尤为突出.为了有效减缓轮轨磨耗发展,以不同接触条件下轮轨廓形共形度最优为原则,设计目标函数及约束条件,建立钢轨廓形非线性优化数学模型,并基于序列二次规划法进行求解,提出60 kg/m钢轨廓形的优化方案;从轮轨接触几何关系、车辆-轨道系统动力作用、磨耗的角度对优化廓形的优化效果进行了对比分析.结果表明：1）所提出的60 kg/m钢轨优化廓形相对于原始廓形使目标函数值降低了50%,与LM车轮廓形具有更高的共形度水平;2）优化廓形的轮轨接触点分布更为均匀,在轮对横移量较小的条件下轮径差更小,在轮对横移较大的条件下轮径差更大;3）优化廓形对车辆运行安全性和平稳性无显著影响,可有效增大轮轨接触面积达11.24%,降低接触应力达20.42%,减缓轮轨磨耗发生发展速率.     

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.     

不同磨耗阶段轮轨型面匹配下重载货车的动态性能

应用轮轨型面测量仪在大秦重载线路上跟踪测量了不同磨耗阶段的轮轨型面,基于这些轮轨型面,应用多体动力学软件SIMPACK建立C80重载货车模型进行仿真计算,分析轮轨型面对重载货车动力学性能的影响．结果表明：在运行平稳性和稳定性方面,标准LM型车轮型面最佳,且随着车轮磨耗量的增加,平稳性和稳定性逐渐降低;在曲线通过性能方面,各个阶段的车轮型面都达到了评价标准,脱轨系数和轮重减载率都随着轮轨的磨耗而减小;轮轨横向力随着车轮的磨耗而逐渐减小;标准LM型和Ⅱ型车轮型面的磨耗功率较小,与磨耗稳定期钢轨相匹配能相对降低车轮的磨耗速率．     

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%.      

考虑车辆尾气污染暴露的系统网络优化模型

为缓解车辆尾气排放对出行者造成的影响,为交通规划与管理部门提供一种新的规划思路,从交通管理者的角度,以出行者为研究对象,集成高斯扩散模型,建立了考虑尾气污染暴露的系统网络优化模型.利用Matlab和MINOS对非线性模型进行求解,并通过算例验证了模型和算法的有效性,研究结果表明,所建立的模型能够以牺牲系统小部分行驶时间为代价(+10.45%),有效地降低路网中的尾气污染暴露(-41.13%).通过分析比较,系统行驶时间与系统尾气污染暴露之间存在Pareto优化,即决策者可根据规划目的权衡缓解交通拥堵与减少尾气暴露的关系.     

钢轨断面全轮廓磨耗的激光视觉动态测量

钢轨磨耗直接影响铁路运行安全,为了替代目前手工测量方式,提高测量精度和效率,研究并设计了线激光钢轨断面全轮廓视觉测量系统来实现钢轨磨耗动态测量.首先通过计算激光视觉测量模型完成激光测量单元的结构设计,然后采用平面标定法对测量头进行精确标定,获取激光平面与传感器成像平面之间的映射关系,将拍摄的钢轨轮廓光条图像还原为实际钢轨断面轮廓;利用钢轨同一截面两侧轮廓中轨头踏面轮廓相同的特征获取钢轨断面全轮廓数据,采用ICP精确配准将钢轨两侧测量轮廓合并,其中轨头踏面轮廓采用欧式聚类和距离分割方法提取;最后以双侧未磨损轨腰轮廓及其特征点为基准,将测量钢轨全轮廓与标准钢轨轮廓进行配准对比,获取钢轨磨耗值;将线激光钢轨磨耗测量单元装载于自行研制的轨道测量小车上进行现场测量试验.研究结果表明:该测量系统标定精度可达4.922×10^-3 mm,测量速度可达21.6 km/h,与钢轨磨耗尺测量值对比垂直磨耗、侧边磨耗平均偏差约为0.023 mm和0.093 mm,对同一对象多次重复测量最大偏差小于0.05 mm,该测量精度满足公务要求,提高了测量效率,便于铁路测量数字化管理.     

城市轨道交通站间距优化研究

通过对受站间距影响的城市轨道交通相关指标分析,学习并借鉴国内外城市轨道交通站间距优化方面的成功经验及研究方法,以实际数据作为基础,首先对客流分布和乘客出行时间这两个影响因素进行分析,通过分析认为城市轨道客流随着乘坐距离的变化存在着一个先增后减的函数变化;根据对客流分布以及乘客出行时间的分析,将乘客出行时间成本转化成经济效益指标,将票价收入标准与客流分布进行结合得到地铁票价收入的经济效益;之后结合乘客出行时间的经济效益和票价收入的经济效益按照总收益最大化建立城市轨道交通站间距优化模型,并实施优化计算,碍到理论上的最优站间距.     

基于交通分配算法的城市客运方式划分研究

本文针对我国城市轨道交通网络覆盖率低的特点,提出采用网络标识确定轨道交通的空间布局。综合考虑各种交通方式的特点及其运输网络的连通程度,提出基于交通分配算法中路线选择模型,且考虑轻轨线网布局的城市客运交通方式划分方法。     

考虑换乘时间影响的城市轨道交通路径选择行为研究

研究乘客路径选择行为有助于掌握城市轨道交通网络客流分布规律.本文在分析城市轨道交通乘客路径选择行为影响因素的基础上,重点考虑换乘时间对乘客换乘费用感知的影响.实际调查表明,乘客感知的换乘走行时间与实际的换乘走行时间符合幂函数分布.本文将换乘走行时间惩罚系数设定为换乘走行时间的幂函数.在此基础上,本文构建了乘客出行广义费用模型,采用改进的深度优先算法搜索两点间的有效路径,并利用Logit 随机路径选择模型计算各有效路径的选择概率.最后,以北京市轨道交通网络的数据对提出的模型和算法进行验证,案例分析结果验证了本文提出的模型的合理性.