基于车轮磨耗寿命预测的轨道参数研究

为研究轨道参数对车轮磨耗寿命的影响,以C80型货车为例在SIMPACK软件中建立车辆-轨道动力学模型,利用傅里叶逆变换将轨道不平顺的功率谱密度从频域转换为时域;基于半赫兹接触理论、FASTSIM算法和Zobory磨耗模型在MATLAB中编制车轮磨耗仿真程序,分析轨道曲线半径、轨距、钢轨轨底坡、钢轨型面、轨道不平顺和轮轨摩擦因数对车轮磨耗的影响。计算结果表明:曲线半径从400 m增加到2 000 m后,段修磨耗寿命增加5.1倍;轮缘磨耗减小13.4倍;当轨距从1 430 mm增加到1 435 mm和1 440 mm时,磨耗寿命分别增加了12.6%和27.5%;轨底坡从1/20减小为1/30,1/40和1/50时,段修磨耗寿命分别增加3.7%,7.4%和6.9%;采用CN75钢轨和UIC60时的磨耗寿命较CN60钢轨分别增加20.1%和13.9%;五级谱、六级谱和三大干线谱时磨耗寿命较四级谱时分别增加21.4%,35.9%和26.0%;轮轨摩擦系数为0.25、0.4和0.55时,磨耗寿命较摩擦因数为0.1分别减少24.2%,24.8%和22.3%。     

融合轨面短波不平顺的全波段高低不平顺谱表征及影响分析

轨道不平顺谱是表征轨道不平顺幅频特性的有效工具。目前,高速铁路轨道不平顺谱的研究主要聚焦在波长2 m及以上成分,甚少涉及轨面短波不平顺谱。基于大量无砟轨道高速铁路实测数据,研究轨面短波不平顺谱的表达函数及其与中长波轨道不平顺谱衔接的适应性。结果表明：两段幂函数能够很好地表征轨面短波不平顺谱。采用对数坐标系下的5阶多项式拟合全波段高低不平顺谱,实现中长波和短波成分在波长1～2 m范围内的平缓过渡。实测数据表明高速行车条件下,短波高低不平顺对轮轨垂向力及轴箱、构架和车体垂向加速度等指标均存在显著影响,全波段高低不平顺谱的建立对轮轨振动仿真分析、车辆和轨道结构设计以及轨道状态评估具有重要意义。     

青藏铁路无缝线路试验段轨道不平顺功率谱分析

以青藏铁路静态轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用快速傅里叶变换方法进行样本空间的谱估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度。通过对比分析,发现青藏铁路无缝线路试验段建成1年多并通车近4个月以后,轨道高低、方向和轨距不平顺特征未发生明显改变,轨道状态基本稳定;试验段轨道状态良好,与我国一级干线轨道具有相似的平顺性特征;无缝线路轨道高低和方向2~4 m短波不平顺优于有缝线路轨道。     

基于子区间的车-线-桥振动不平顺影响分析

提出了任意子波长区间的轨道不平顺生成方法,讨论了相应时域样本的特性。建立了耦合系统振动方程,对比分析了大波长区间及其子区间不平顺的影响,研究了系统响应的敏感波长。结果表明:轨道不平顺样本的功率谱和解析值一致,不平顺生成方法是合理有效的;轨道不平顺对桥梁位移影响很小,桥梁加速度的敏感波长区间为1~5 m;0.05~1 m的短波不平顺是轨道加速度的主要激励源,而对车体加速度影响很小。线路养护和维修中应加强对5 m以下波长不平顺的控制;而为提高乘车舒适性,有必要对各种波长不平顺进行控制。     

成都地铁7号线轨道不平顺谱特征分析

目的：为了对列车运行的平稳性、安全性、舒适性以及环境振动噪声进行更好的控制，亟需展开针对成都地铁线路进行轨道不平顺谱的分析研究。方法：采用轨检车对成都地铁7号线轨道弹性变形和永久变形的叠加状态进行动态检测，测试项目主要包括左右轨的高低不平顺、轨向不平顺、水平不平顺及轨距不平顺等。然后采用目前最常用的功率谱密度估计方法——Welch法(改进的周期图法)进行功率谱密度计算，得到统计期内被测轨道的长波高低不平顺谱、轨向不平顺谱、轨距不平顺谱及水平不平顺谱，并对计算结果进行分析，总结出成都地铁7号线轨道不平顺谱的频率特性，并与国内外典型轨道谱进行对比。基于非线性最小二乘法，采用中国三大干线谱公式对成都地铁7号线轨道谱进行曲线拟合。结果及结论：轨道板板缝会影响轨道的长波不平顺；成都地铁7号线轨道不平顺谱均存在空间频率为0.04 m^-1整数倍的窄带谱峰，该空间频率与无缝钢轨相邻2个焊缝间的线路长度吻合，焊缝不平顺已经成为了严重影响轨道状态以及列车运行的问题；成都地铁7号线轨道的平顺性优于美国、德国以及我国的普速铁路(尤其是波长大于19 m的长波频段),但不如我国的高速铁路无砟...     

秦沈客运专线板式无砟轨道不平顺功率谱分析

以秦沈客运专线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本，基于样本平稳性检验，采用FFT方法进行样本空间的谱估计，并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度和相关函数。通过对比分析，发现无砟轨道不平顺优于有砟轨道，高低和方向不平顺尤为突出；在8m以下波段内无砟轨道不平顺很好，无明显周期性成分；无砟轨道左右股钢轨横向不平顺控制均匀；左右两轨高低不平顺相关性较强，方向不平顺相关性较弱。基于样本的总体平均，运用非线性最小二乘拟合优化算法，得出无砟轨道不平顺谱密度拟合曲线参数值，对于研究我国无砟轨道不平顺功率谱有参考价值。     

客货共线无砟轨道钢轨焊接接头不平顺测量分析

作为轨道结构的薄弱环节之一,钢轨焊接接头的平顺状态对列车运行的安全性、平稳性具有重要影响。基于客货共线隧道内无砟轨道焊接接头不平顺的现场测量数据,总结了接头不平顺的主要波形类型,并分别从时域和频域角度分析了接头不平顺幅值与短波不平顺水平的变化规律,然后研究了钢轨打磨对接头平顺状态的影响。结果表明:接头不平顺幅值发展速率与线路年运量呈正相关关系; 50～400 mm波长范围的短波不平顺水平具有趋势性发展规律;钢轨打磨能够显著改善焊接接头的不平顺状态。     

基于三维轮轨瞬态动力学模型的钢轨波磨不平顺动力影响与识别

应用有限元理论及ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,建立三维轮轨瞬态动力学模型,分析高速铁路钢轨波磨不平顺对轮轨系统动力响应的影响特征,在此基础上,探讨钢轨波磨不平顺的识别方法。研究结果表明:钢轨波浪形磨耗会导致轮轨系统产生剧烈的高频振动,在钢轨实测波磨不平顺激扰作用下,轮轨垂向力、轴箱和钢轨垂向振动加速度等轮轨垂向动力学指标均表现出明显的高频振动特征,其高频振动频率范围位于500～700Hz,与相同速度条件下,实测钢轨波磨不平顺的主要波长成分对应;通过对轮轨系统动力响应指标进行小波包时频分析,可有效识别出钢轨波磨不平顺的波长与纵向位置。相关研究成果可为高速铁路钢轨表面短波不平顺的研究及钢轨波磨不平顺的养护维修管理提供参考。     

线路不平顺对桥上CRTSⅡ型板轨道振动的影响

研究目的:轨道不平顺引起的列车振动和轮轨相互作用力随着列车速度的提高成倍增大。对车辆-轨道-桥梁耦合振动而言,桥梁变形和轨道不平顺相互叠加形成轨面位移,因而轨道不平顺对系统动力响应的影响更加显著。本文针对轨道不平顺对客运专线高架轨道结构振动特性的影响进行研究,分析三种实测中长波轨道不平顺状态,即路基有砟轨道不平顺、桥上有砟轨道不平顺以及隧道无砟轨道不平顺对高架轨道结构振动响应产生的影响。研究结论:(1)在相同运营条件、相同养护条件下,不同轨道结构的不平顺状态对轮轨冲击作用力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度的影响不同,但对桥梁振动加速度的影响较小;(2)在客运专线轨道中长波不平顺激励下,钢轨振动频率主要分布在20～250 Hz范围内,轨道板、桥面板垂向振动频率分布在20～150 Hz范围内,轨面不平顺度的波长成分是影响轨道结构振动频率分布特性的一个主要因素;轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度受随机不平顺的短波长成分的影响显著;(3)除了轨道结构类型的影响,轨道不平顺功率谱大小与波长特性对轮轨力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度也产生了显著的影响,建议在进行轨道不平顺控制时将轨道不平顺谱纳入高速铁路客运专线轨道质量的评价指标当中;(4)本研究成果对加深认识我国高速铁路轨道不平顺对高架轨道结构振动特性的影响具有一定的理论意义和实用价值。     

钢轨波磨指数与轨道短波不平顺关系研究

采用ABAQUS软件及轮轨真实形状尺寸参数,建立轮轨高频接触有限元模型;以我国某高速铁路钢轨波磨区段实测轨道短波不平顺作为有限元模型输入,在时域和频域上对比轴箱垂向加速度仿真结果与实测数据,验证模型的准确性;仿真计算钢轨波磨区段不同幅值轨道短波不平顺工况下轮轨垂向力、轴箱垂向加速度分布特性,研究钢轨波磨指数与轨道短波不平顺幅值之间的关系。结果表明:在钢轨波磨区段,轮轨垂向力最大值与钢轨波磨指数最大值出现的位置对应良好,在轮轨不脱离接触的前提下,钢轨波磨指数与轨道短波不平顺具有较好的线性相关性;通过曲线拟合可知,在钢轨波磨波长为150 mm时,轨道短波不平顺幅值为0.10和0.12 mm时对应的钢轨波磨指数分别为5.12和6.68。     

京津城际铁路博格板式无砟轨道不平顺分析

以轨检车实测京津城际铁路轨道不平顺的数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用快速傅里叶变换方法进行样本空间的谱估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺功率谱密度;将样本等分为12个数据块,分析其高低和水平不平顺的相关性.研究结果表明,轨距、方向、高低不平顺中1.1～1.5 m的周期成分较为明显;轨距、水平、方向、高低不平顺中3m左右的周期成分非常明显;方向不平顺中5 m、高低不平顺中6 m左右的周期成分比较明显;方向不平顺在50 m左右波长范围内存在明显周期性:轨距、方向、高低不平顺功率谱密度总体水平与德国高干扰轨道谱的接近;左右两轨高低不平顺控制很好,左右两轨方向不平顺在个别地段有待改善.     

城市轨道交通曲线钢轨短波不平顺分析

城市轨道交通钢轨轨面短波不平顺是激发线路沿线振动和噪声的主要原因.通过对上海城市轨道交通某线钢轨轨面不平顺的连续布点跟踪测量,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,用统计分析、1/3倍频和滑动平均法,分析轨面短波不平顺的时、频域组成特性以及轨面不平顺的发展规律.分析了钢轨轨面不平...     

高速铁路无砟轨道不平顺谱的比较分析

从功率谱密度、时间样本和动力影响角度,对中国高速铁路无砟轨道不平顺谱进行分析,并与德国高速铁路轨道谱进行比较。结果表明:中国高速铁路无砟轨道高低和方向不平顺谱均明显优于德国高速铁路低干扰轨道谱,更优于其高干扰谱,尤其在10~100 m波长范围;不同线路状态的中国高速铁路无砟轨道水平和轨距不平顺谱与德国高速铁路水平和轨距不平顺谱在不同波长范围内各有优劣,除90%百分位数谱外,在中长波范围内,中国高速铁路无砟轨道水平和轨距不平顺谱优于德国高速铁路轨道谱;从时间样本来看,中国高速铁路无砟轨道不平顺谱幅值明显小于德国高速铁路低干扰和高干扰轨道谱;相同运营条件下,中国高速铁路无砟轨道不平顺谱对行车动力性能的影响最小,德国高速铁路低干扰轨道谱的影响次之,其高干扰谱的影响最大。由此可见,中国高速铁路无砟轨道几何状态优良,在其不平顺谱激扰作用下,高速车辆运行的轮轨动力学性能优秀。     

客运专线新建线路轨道不平顺功率谱分析

通过对新建铁路轨道不平顺谱密度的分析,可以了解轨道平顺状态,有利于指导轨道施工和线路养护等作业。以秦沈客运专线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用FFT方法进行样本空间谱的估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度。基于轨道高低不平顺样本的总体平均,对所得到的谱密度进行频率平滑,并与我国一级铁路干线的谱密度曲线进行了对比分析：在此基础上,对秦沈客运专线的轨道状态进行了评估。     

高速铁路钢轨短波不平顺检测研究

在提速及高速线路中,钢轨短波不平顺是引起运行噪声、振动及轮轨冲击的关键因素。如何有效预防和解决钢轨短波不平顺问题,采取有效手段进行检测,利用监测数据指导现场,从而及时解决线路短波不平顺病害是目前工务系统急需解决的问题,也是保障高速铁路行车安全的必要手段。     

长波长直线钢轨交替侧磨和机车轮缘磨耗的形成和防治

直线钢轨交替不均匀侧磨有短波与长波之分，短波由货车横向失稳造成；长波和轮缘磨耗因机车受轨道横向激扰蛇行失稳导致轮轨侧面撞击所造成，根据分析ND5动力学试验资料，得出不同速度时的蛇行波长在15．1m-24.8m之间，和现场实际基本吻合，实践与试验表明，长波长交替侧磨是ND5型机车蛇行失稳造成的，ND5型机车横向动力学性能不良的根本原因是轴温和转向架导框间存在纵向和横向间隙，根据对东风型机车因轨道横向激扰产生失稳试验和改进试验，本文除提出改善轨道及其不平顺外，着重提出减少ND5型机车轴箱与导框纵向间隙的重要建议，以提高蛇行临界速度，避免蛇行失稳和轮轨磨耗。     

遂渝线无砟轨道综合试验段轨道平顺状态研究

研究目的:研究无砟轨道不平顺的统计规律和特征,从频域、幅值域等几方面对轨道不平顺的幅值特性、波长结构以及是否包含周期性波形等做全面的分析描述.以期为客运专线铁路工程设计、施工及无砟轨道系统的养护维修提供一定的参考.研究结论:本文以遂渝线轨检车实测轨道不平顺数据为统计样本,基于样本平稳性检验,采用周期图法和AR模型法对样本做功率谱密度估计,并由MATLAB编程得到轨道不平顺谱密度.通过对比分析得出:遂渝线在运营10个月以后逐渐形成稳定的波长结构、2～4 m的窄带范围内存在周期性不平顺、无砟轨道试验段长波不平顺能量较低;全线整体平顺状态较好,无砟轨道试验段显著优于有砟轨道,谱密度值显现了无缝线路的谱特征等结论.     

基于经验模式分解的钢轨波浪弯曲不平顺提取方法

钢轨波浪弯曲不平顺隐藏在轨道不平顺中。采用小波分析和经验模式分解相结合的方法,对钢轨波浪弯曲不平顺进行识别和提取分析。利用对称双正交小波对轨检车监测到的车体垂向加速度响应和高低轨道不平顺信号进行小波变换,滤除波长1 m以下成分后,基本可以保证用经验模式分解得到的第1个固有模态函数包含全部钢轨弯曲不平顺信息。对提取得到的钢轨波浪弯曲不平顺的分析表明,不同钢轨上存在的弯曲不平顺不同,钢轨存在的波浪弯曲不平顺是波长在3 m附近变化的准周期不平顺;钢轨波浪弯曲不平顺是引起车体颤振的原因。建议在提速线路和客运专线上应限制波浪弯曲钢轨上道。     

城市轨道交通钢轨波磨诱发的轮轨噪声特性研究

城市轨道交通中钢轨的波磨问题不仅会影响钢轨的使用寿命,还会诱发轰鸣噪声,影响乘车环境。为探究钢轨波磨诱发轮轨轰鸣噪声的特性,开展现场波磨测试,获取真实的波磨状态下轨道不平顺数据。基于列车-轨道耦合动力学,对比常采用的美国6级轨道高低不平顺谱,分析了在实测的波磨短波不平顺激励条件下的轮轨相互作用力。将轮轨相互作用作为激励条件,分别输入考虑了详细约束条件的轮轨有限元模型中,结合边界元方法预测并分析了波磨条件下的轮轨噪声辐射特性。结果表明,钢轨波磨会显著增加轮轨振动频率在200 Hz以上的相互作用,使得轮轨振动加剧,从而导致轰鸣噪声产生。     

轨道质量状态评价方法

轨道状态直接决定轨道-车辆系统运行的安全性和舒适性。目前对轨道不平顺的评价主要采用局部幅值超限扣分、轨道质量指数(Track Quality Index,TQI)、不平顺功率谱、车辆动态响应等方法。幅值超限扣分法适用于局部存在幅值较大不平顺的情况;TQI能较好地反映区段轨道不平顺质量状态,英国、德国、美国、荷兰和我国大多采用200～250m区段TQI评价轨道不平顺的好坏;轨道不平顺功率谱