铁路桥梁墩台制动附加力规律研究

TB 10002—2017《铁路桥涵设计规范》规定墩台承受的制动附加力为竖向荷载的10%,不能很好地反映列车制动时墩台受力规律。建立重载铁路简支梁线桥模型,研究典型工况下墩台受力变化规律,并对主要影响因素进行分析。研究结果表明:满跨加载状态下,桥梁墩台整体承受约90%的轨面制动力,单墩最大制动附加力与对应单跨轨面制动力基本相等;单线加载单线受力对墩台受力更为不利,双线受力使约10%的轨面制动力沿另一线钢轨传入两侧路基;相邻墩顶线刚度差比值不超过10%时,桥墩承受的制动附加力基本不受影响;线路纵向阻力在一定范围内对墩台受力特征基本无影响。     

蒙华铁路荆门李家湾跨焦柳线特大桥无缝线路设计方案研究

重载铁路轴重大、运量高,且大多从山区通过,曲线半径严重受限,这对桥上无缝线路的强度及稳定性非常不利。本文结合蒙西至华中铁路煤运通道荆门李家湾跨焦柳线特大桥,在减少钢轨伸缩调节器设置的前提下,建立梁-轨有限元计算模型,通过钢轨和墩台附加纵向力以及断缝值比选3种扣件铺设方案,得出采用零阻力扣件方案既可降低梁轨相互作用,又能保证线路具有足够的稳定性。     

高速铁路桥上无缝线路纵向附加力研究

采用实体单元模拟桥梁及桥梁墩台、空间梁单元模拟钢轨、弹簧单元模拟桥梁与墩台及轨道之间的连接,建立梁—轨纵向相互作用三维有限元空间力学模型。以丰沙线永定河单线铁路桥梁、秦沈线沙河双线铁路桥梁对其进行计算验证。以秦沈客运专线32 m多跨双线整孔简支箱型梁桥为例进行纵向力分析,研究结果表明:列车在桥上双线对开,钢轨挠曲附加力有明显增大;列车在桥上单线制动,四根钢轨的制动附加力有较大的差别;列车在桥上双线对向制动,相比单线制动,钢轨制动附加力有一定程度增大,但增大得并不多。     

缓冲器分段阻抗特性对重载列车纵向冲动的影响

重载列车过大的纵向冲动,成为制约重载列车发展的瓶颈。使用列车空气制动与纵向动力学联合仿真系统,以摩擦式缓冲器为研究对象,根据缓冲器运动机理,构建缓冲器阻抗力与压缩行程变化的非线性模型。分别研究缓冲器初压力和缓冲器不同行程区段上阻抗特性变化对重载万吨列车在运行工况下纵向冲动的影响规律。仿真结果表明:适当提高缓冲器初压力和缩短过渡段的压缩行程或增大过渡段区间首尾阻抗力差,能减小重载列车车钩力最大值,但会使加速度变大;减小缓冲器稳定区段的阻抗值,能有效减小列车车钩力和加速度,降低列车的纵向冲动。在有无牵引杆两种条件下缓冲器各区段阻抗特性变化对列车纵向冲动的影响规律基本相同。可为缓冲器的阻抗特性设计提供理论依据。     

2万t级重载列车的技术对策及其纵向力研究

列车纵向动力作用是重载列车运用的关键技术问题,为此对于2万t级重载列车必须应用无线同步控制技术和先进的机车车辆技术装备.根据大秦线2万t列车的试验和仿真研究结果,说明应用Locotrol(无线同步控制)技术改善列车制动性能主要是减轻列车纵向力的作用;并对不同编组重载列车长大下坡道循环制动和紧急制动的纵向最大压钩力进行比较.此外,还提出了重载列车紧急制动的最大纵向压钩力简化计算的验证研究结果.     

重载组合列车纵向力劣化分析与运行安全研究

我国的大秦铁路重载组合列车采用Locotrol同步控制系统,可使列车头部主控机车与中部从控机车间保持同步操纵。但是在列车缓解过程中,由于全列只有2个机车作为风源对列车管充风,列车前后部制动同步性差,纵向冲动明显,特别是位于列车中部断面的机车将不可避免地受到大纵向力作用的冲击,严重影响重载列车的运行安全。为探究大秦线中部从控机车循环制动中的纵向力演变规律,进行列车在等效坡度、制动初速、缓解初速、制动-缓解初速差和电制力等各种制动调速过程中不同工况下的一系列试验,对大秦线2万t重载组合列车的中部机车纵向力进行了全面系统的分析。针对重载列车运行安全性问题,提出了2种改善途径,一是提高钩缓装置的受压稳定性,二是通过优化操纵降低列车纵向冲动。此外,根据重载组合列车纵向动力学仿真模型的计算结果,对大秦线2万t重载组合列车在关键区段的实际运行操纵方式进行了仿真模拟。仿真结果表明：在长大坡道循环制动缓解过程中,降低电制力可在一定程度上降低重载组合列车中部机车的压钩力。通过利用坡度变化和改变电制力的优化操纵可以降低重载组合列车纵向冲动。进一步验证了试验分析的结论,为列车操纵优化提供了理论依据。     

重载列车纵向冲动分布试验研究

通过1万t和2万t重载列车的运行试验,得到重载列车在不同的货车和机车编组方式、线路工况、机车牵引特性、操纵方式、制动以及车钩间隙等各种试验工况下的试验数据,并根据试验数据分析列车中不同位置货车的车钩力以及车体纵向加速度值的分布规律。分析结果表明:重载列车制动时的车钩力最大值均出现在制动开始缓解至缓解完毕的过程中;采用1+1编组方式的1万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均大于平直道时;而采用1+1编组方式的2万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均小于平直道时。货车在列车中所处的编组位置不同,其车体纵向冲动也不同;车钩间隙减少2/3,则车钩力可降低近1倍。主从控机车通讯及时可靠也是使不同位置的货车车钩受力分布均匀和减小列车中车体纵向冲动的重要措施。     

基于改进的Newmark-β法重载列车车钩纵向力仿真研究

重载列车运行过程中过大的车钩纵向力一直是制约重载列车发展的瓶颈,空气制动不同步是产生列车纵向冲动的根源,导致车体挤压车钩形成车钩力。传统的经过制动特性试验采集车钩力的方法耗时耗力,为了经济地获取重载列车在不同线路上运行时车钩力的大小,将Newmark-β法应用于重载列车车钩纵向力的仿真分析中。由于列车纵向动力学方程是非常复杂的非线性方程,传统方法为了保证计算精度而采用大量迭代运算,耗时长效率低。基于增量思想改进Newmark-β法,通过引入预测解直接对非线性方程进行处理,然后对预测解进行校正,最终得到收敛的近似解。算例结果表明,改进算法在保证了计算精度的同时计算效率更高,更适用于长大编组重载列车车钩纵向力的仿真计算和分析。     

40 t轴重列车作用下铁路简支梁桥的梁轨纵向相互作用

结合几内亚Simandou重载铁路项目,建立有砟轨道单线简支梁线桥模型,分析40 t轴重列车作用下线路纵向位移阻力曲线变化对重载铁路无缝线路纵向力的影响。研究结果表明:当墩顶线刚度较小时,钢轨制动附加应力随纵向阻力的增大而增大,随屈服位移的增大而减小;梁轨快速位移差随纵向阻力的增大而减小,随屈服位移的增大而增大;纵向阻力变化对桥上无缝线路纵向力的影响大于屈服位移变化对纵向力的影响。     

高速铁路桥上无缝线路附加力的研究

通过建立线路与桥梁共同作用力学模型，计算分析桥上无缝线路附加力，给出高速铁路桥上钢轨容许附加应力值。提出桥梁下部结构刚度应有合理下限，或应采取其它措施以使钢轨附加应力满足要求，并指出墩台顶承受的纵向力大于现行的规范取值。     

通用敞车编组的重载列车试验分析

针对大秦、瓦日铁路的通用敞车和专用敞车编组重载列车的试验结果,对比分析编组质量、循环制动性能、紧急制动距离、列车纵向力性能等参数。结果表明,在相同站线条件下,通用敞车编组质量小于专用敞车,其循环制动性能、紧急制动距离、列车纵向力等参数都能满足重载列车要求;通用敞车可作为重载列车的编组车辆,应用于单元万吨和组合万吨重载列车中。     

重载组合列车机车缓冲器关键技术参数研究

根据大秦线开行2万t重载组合列车对机车缓冲器可靠运用的要求,应用列车纵向动力学软件建立2万t重载组合列车多质点模型和缓冲器数值模型;按照列车紧急制动、常用制动和长大下坡道区段循环制动3种工况,分析比较机车分别装用DFC—E100缓冲器、MT—2缓冲器和QKX100型弹性胶泥缓冲器以及在列车紧急制动工况条件下改变DFC—E100型缓冲器最大阻抗力、行程和初压力等关键技术参数对2万t重载组合列车纵向动力学性能的影响。结果表明:机车装用不同型号缓冲器时的列车最大纵向力均在2 200 kN以内,中部机车的最大纵向力未超过1 700 kN;适宜于2万t重载组合列车的机车缓冲器的额定阻抗力、行程和初压力分别为2.25 MN,110 mm以下和150 kN左右。     

铁路桥梁墩台刚度对无缝线路的影响

基于梁轨相互作用原理,采用有限元方法建立线-桥-墩一体化计算模型,以多跨简支梁和连续梁为例,分析不同墩台刚度对桥上无缝线路计算的影响。计算结果表明:钢轨伸缩力与伸缩位移、墩台纵向力均随着墩台纵向水平刚度的增大而增大,但增加幅度逐渐减缓;墩台自身的纵向水平位移会改变梁轨系统的纵向受力情况,当桥梁墩台自身位移较大时,应在桥上无缝线路纵向力计算中考虑其作用;钢轨挠曲力随着墩台刚度增大而增大,桥墩纵向水平刚度对钢轨制动力及梁轨相对位移的影响较为明显,应据此设定其对墩台最小水平刚度的限值;墩台刚度越大,钢轨断缝值越小。为满足断缝值不超限,桥梁墩台设计时应合理确定其纵向水平刚度值。     

偶然荷载对桥上岔区纵连无砟轨道受力和位移的影响

以武广客运专线某特大桥铺设纵连式无砟道岔为例,将1组客运专线18号单渡线道岔、纵连式无砟轨道、桥梁、墩台视为1个系统,建立岔—板—梁—墩一体化计算模型,分析断轨或断板等偶然荷载作用位置对道岔、道床板、桥墩受力和变形的影响。分析结果表明:断轨对墩台纵向力影响较小,但对道床板受力影响较大;一线道床板折断会使另一线的道床板纵向力、墩台纵向力及固结机构纵向力大幅增加,不利于道床板、墩台及固结机构的受力;连续梁桥梁缝处道床板折断对桥墩受力极为不利,故在设计中应避免使道床板在桥上无缝道岔梁缝附近形成最大纵向力。     

重载铁路机车牵引作用下简支梁桥墩顶纵向力分析

以重载机车牵引作用下新建重载铁路简支梁桥墩顶纵向力特征为研究对象,应用有限元软件建立梁-轨相互作用模型,开展重载机车牵引工况对墩顶纵向力影响的理论分析,并依托一新建重载铁路开展重载机车满级牵引试验验证。研究结果表明:在重载机车牵引工况下,桥墩刚度存在较大差异,刚度较大的墩台顶承担更大的纵向力;随着桥墩与机车牵引位置的距离增大,墩顶纵向力呈降低的趋势,机车在桥墩正上方牵引时墩顶纵向力达到最大值;重载运输中机车满级牵引计算分析时黏着系数宜按电力机车最大黏着系数选取;牵引工况下各桥墩顶纵向力为桥上竖向荷载(30 t轴重机车)的10%～15%,但小于设计活载(ZH,z=1.2)的10%。     

重载组合列车纵向性能的影响因素分析

介绍2004年以来大秦线开行的5种典型编组方式重载列车,比较了不同编组方式列车纵向力的大小,并分析了列车编组方式对纵向力的影响;同时结合试验数据,对其他关键因素比如Locotrol同步作用时间、机车制动机性能、货车关键技术以及列车操纵方式等对重载列车纵向力的影响进行了分析,并从减小纵向力的角度提出了3种2万t列车编组方式。试验及运用实践表明:目前我国的货车制动可以满足单元万吨货物列车的制动要求,而对于更大编组的长大列车,宜采用机车动力分散布置的组合列车。组合列车中从控机车的布置位置是影响组合列车制动性能和列车纵向力的最主要因素之一,应对其进行详细研究。     

机车无线同步控制技术对2万t重载组合列车纵向力的影响

针对采用机车无线同步控制技术的2万t重载组合列车（1＋2＋1）,研究其在紧急制动及常用全制动工况下的纵向动力学性能,并提出机车无线同步控制的合理延迟时间。采用自主开发的重载列车纵向动力学仿真计算软件,对单编5千t、单编1万t和2万t组合3种编组方式的重载列车在紧急制动及常用全制动停车工况下的纵向动力学性能进行仿真计算及比较分析;对主、从控机车采用不同延迟时间的2万t组合重载列车在紧急制动工况下的纵向力进行仿真计算。结果表明：2万t组合重载列车的纵向性能优于同等车辆装备的单编1万t重载列车,但差于单编5千t重载列车;2万t组合重载列车的主、从控机车的延迟时间应在4 s以内,才能满足大秦线重载列车运行的需要。     

重载货车缓冲器的数字试验研究

应用现代CAE软件系统建立缓冲器的数字试验平台,通过数字试验研究重载货车缓冲器的性能,重点分析缓冲器摩擦副之间的摩擦系数、主弹簧刚度及初压力与阻抗力和容量之间的关系,并通过重载列车纵向动力学仿真分析研究不同性能的缓冲器对重载列车纵向力的影响.     

2万t重载列车纵向动力学及其曲线通过安全性研究

针对重载列车在平直道路上纵向力的作用情况及各个力的特征进行研究,提供了不同工况下列车纵向车钩力的计算方法,计算了紧急制动工况下的车辆车钩力.建立了由车钩连接的3节货车多自由度动力学计算模型,并将之前仿真计算所得车钩力加载至动力学计算模型,对列车曲线通过安全性做了研究分析,对目前重载长大列车在紧急制动状态下的曲线通过性能有一定的预测作用.     

客运专线桥上纵连板式无砟轨道制动附加力影响因素分析

为了揭示各种因素对桥上纵连板式无砟轨道制动附加力的影响,为轨道和桥梁设计提供基础参数,运用空间有限梁单元理论,建立了桥上纵连板式无砟轨道线板桥墩空间一体化纵向力计算模型,并编制了相应的计算软件。运用所编制的计算软件,分析了扣件阻力、底座板与桥梁摩擦系数、道床板伸缩刚度以及底座板与桥梁固结机构对制动附加力的影响。结果表明:对16 kN/m的制动力,扣件阻力在16 kN/m及以上变化,钢轨、道床板及桥梁墩台的纵向力变化很小;增大底座板与桥梁间摩擦系数,墩台顶最大纵向力稍有增加,钢轨和道床板纵向力大幅降低;增大道床板伸缩刚度和取消底座板与桥梁间固结机构,有利于降低墩台顶最大纵向水平力。