铁路轨道横向不平顺区轮轨动力响应的研究

基于结构离散化原理，建立了一个综合考虑轨道结构与车辆结构参振的非线性轮轨横向动力工蛇行波作为激振泊并用于探索轨道横向不平顺（轨距、方向）的动态作用规律。支测试验结果验证了本文所建立的轮轨横向动力分析模型的合理。     

对重载牵引铁路用机车的要求

澳大利亚纽曼矿山铁路公司正在开始更换其43台Alco636型机车。本文叙述了更换决策的背景和对重载牵引铁路的技术要求。     

重载铁路轨道不平顺谱的分析和表征

轨道不平顺的数学表达对线路状态评估和轮轨动力学分析具有重要意义。计算和分析大秦和朔黄重载铁路2～70 m波长范围内的轨道不平顺谱特征,提出重载铁路轨道不平顺的数学描述,可用于轨道不平顺序列模拟和线路状态评估。数据来源为这两条铁路的高低、轨向、水平和轨距轨道不平顺实测数据。使用小波分析和Welch修正周期图法计算轨道不平顺谱,并与国内外标准轨道谱进行对比;使用多项式拟合算法拟合轨道不平顺谱包络,并使用国内外标准谱拟合公式进行拟合实验对比。最后,给出了发生在钢轨焊缝位置的周期不平顺表达式,并结合轨道拟合谱的逆傅里叶变换方法,对轨道不平顺空间序列进行数值模拟。研究表明：大秦和朔黄轨道不平顺谱的频率和幅度特征基本一致,因此可以使用统一的拟合公式进行拟合;提出的8阶多项式拟合公式能精确地拟合轨道不平顺谱的形状;随机不平顺和周期不平顺的共同表达使轨道不平顺拟合谱的形状和轨道不平顺的数值模拟更为合理和准确。     

重载机车用缓冲器改进

目前我国引进的内燃机车上使用的是102型钩缓装置,装用的美国NC390型橡胶缓冲器,但其不适合我国的线路。改进的缓冲器采用环形弹簧并联结构,通过静压及落锤试验与NC390缓冲器进行对比,验证该结构可以满足国内的使用要求,而且避免了橡胶片结构反弹力对车体造成的第二次冲撞,提高了车体的使用寿命。     

重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性的影响

针对摩擦式车钩受压偏转行为,分析了重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩偏转角的关系,通过建立由2台8轴重载机车、1台虚拟货车与4组缓冲器具有迟滞特性的摩擦式钩缓系统组成的列车动力学模型,研究了制动条件下机车二系横向止挡纵向间距对车钩稳定性能与列车运行安全性能的影响规律。计算结果表明:二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性能及列车运行安全性有重要影响。在500 kN压钩力作用下,当二系横向止挡纵向间距为10 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别为10°和60 mm,列车安全性指标超出安全限值;当二系横向止挡纵向间距增加至14 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别减少了70%和67%,列车安全性指标远低于安全限值。在机车设计中,应该适当地增加二系横向止挡纵向间距提高制动条件下列车安全运行性能。     

3万吨重载列车作用下小半径曲线段轨道结构横向稳定性分析

建立了朔黄铁路3万吨C80重载列车纵向动力学模型、机车和车辆动力学模型及轨道结构有限元模型,分析了重载列车通过小半径曲线段时最大车钩力分布、车辆运行安全性以及轨道结构横向稳定性。结果表明：3万吨重载列车最大压钩力一般大于拉钩力,压钩力最大值主要出现于第二个万吨编组的前部和第三个万吨编组的中部;3万吨重载列车作用下压钩力、拉钩力、轮轴横向力、轨排横向位移的最大值分别为1 205.00、1 062.10、83.88 kN和1.22 mm,均小于安全限值,满足列车运行安全和轨道结构横向稳定性要求;通信故障情况下脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轨排横向位移均大于正常通信情况下,且其最大值均出现于半径400 m曲线段。     

重载机车横向振动自适应模糊控制技术

针对重载机车横向二系半主动悬挂系统,研究基于加速度反馈的自适应模糊控制技术。根据车体加速度及其变化率的大小,自动修改量化因子和控制规则,使模糊控制器对重载机车运行工况的变化具有自适应的能力。通过MATLAB软件与ADAMS/RAIL软件联合建立了由17个自由度组成的重载机车横向振动动力学模型,并进行仿真研究。仿真结果表明:在重载机车不同运行速度下,与被动控制相比,自适应模糊半主动控制的加速度最大值改善率、加速度有效值减少率和Sperling乘坐指数提高率分别为55%~64%,55%~77%和16%~35%。由此表明,自适应模糊半主动控制能够有效减少车体振动,提高机车的乘坐舒适性和平稳性。     

重载铁路轨道高低不平顺预测研究

轨道不平顺严重威胁铁路行车安全和设备的使用寿命。研究轨道高低不平顺的变化特点和劣化规律对重载铁路轨道维修管理有重要指导作用。基于灰色区间预测建模理论,研究重载铁路轨道高低不平顺变化特点和劣化规律,预测轨道高低不平顺未来的发展情况。为验证预测模型的有效性,采用神朔铁路上行10个高低超限病害高发单元区段的共17个月的历史轨道高低不平顺检测数据进行验证。结果表明:该模型拟合和预测效果良好,对神朔铁路轨道的养护维修管理有着重要意义。     

重载铁路轨道不平顺谱构建与分析

研究目的:为掌握重载铁路轨道不平顺特征,基于重载轨道不平顺实测数据进行数据预处理与数字特征分析;利用Welch法对重载轨道不平顺谱进行估计;提出能表征重载不平顺谱特征的统一拟合模型,利用L-M算法对重载高低、轨向、水平和轨距不平顺谱进行拟合,得到平均谱拟合参数;并将重载不平顺拟合谱与现有不平顺谱进行对比分析.研究结论:...     

基于多刚体动力学的机车横向稳定性分析方法研究

通过多刚体动力学仿真软件,针对某一机车分别建立了完整模型和简化模型;通过采用不同的抗蛇行临界速度的计算方法对这2种模型进行研究,并结合实际线路试验结果,得出不同的初始条件对仿真结果有很大的影响,采用失稳状态为初始条件的计算方法得到的值最接近实际值的结论。     

某C_0-C_0机车二系横向减振器对横向平稳性的影响

利用SIMPACK动力学仿真软件,对某C_0-C_0机车二系横向减振器进行参数优化,并分析研究不同安装位置及不同失效状态下二系横向减振器对机车横向平稳性的影响,为C_0-C_0轴式机车二系横向减振器的设计提供参考。     

高速列车横向稳定性仿真分析

运用多体动力学软件UM,建立高速综合检测列车非线性动力学仿真模型.根据京沪高速铁路试验数据,对车体和构架的振动加速度以及在半径为9 000m曲线上的稳态轮轴横向力进行仿真,并与试验结果对比,验证仿真模型的准确性.应用该模型,分别分析车轮的设计型面、磨耗型面和镟修型面与CHN60钢轨接触的3种不同高速列车的横向稳定性.结果表明:在车轮镟修型面和设计型面的轮轨状态下,高速列车的横向稳定性指标相当;而车轮踏面的磨耗会降低高速列车的横向稳定性.调整轨底坡虽然可以改善磨耗型面车轮高速列车的横向稳定性,但同时又会导致设计型面和镟修型面车轮高速列车的横向稳定性恶化;8辆编组的高速综合检测列车各车辆之间的横向稳定性存在明显差异,且随着速度的增大这种差异也不断扩大,其中头车和尾车的横向稳定性比较差;车速为300 km·h-1以上时磨耗功率和轮轨磨耗急剧增大.     

SS9改进型电力机车横向晃动问题研究

通过对SS9改进型电力机车提速后出现横向晃动问题进行分析,提出增大机车一系横向定位刚度的解决方案。通过改进机车轴箱拉杆设计可以简单有效地实施这一文字。更换油箱拉杆后对机车进行的线路动力学试验及试验机车改进后一年多的运用情况表明,这一改进措施起到了很好的效果．     

SS_(3B)型电力机车长大下坡道稳钩能力分析

针对机车制动时的脱轨现象,研究纵向压钩力作用下13号车钩的稳钩原理。以4台SS3B型机车建立多机重联牵引3 000 t货物列车的动力学模型,机车车辆间的连接采用13号车钩,对其在30‰坡度长大下坡道上的稳钩能力进行分析。研究表明:采用止挡限位方式提供稳钩力矩的13号车钩,在其水平摆动到止挡位置后,其连接形成刚性的接触,当车钩受压时易导致机车的轮轴横向力和脱轨系数峰值瞬间增大,但持续作用的轮轴横向力和脱轨系数均在安全限制以内。结果表明,采用13号车钩的SS3B型电力机车在30‰坡道上能承受的最大纵向压钩力在1 100 kN左右。结论指出,列车制动时产生的纵向压钩力会导致机车车轮发生偏磨现象。     

2万t重载组合列车的从控机车运行安全性仿真研究

用自主研制的纵向动力学仿真软件及多体动力学仿真软件SIMPACK,建立大秦线1+1编组的2万t重载组合列车从控机车纵横向耦合动力学模型,并以实测线路不平顺为输入,验证模型的准确性.应用该模型,分析常用全制动和紧急制动工况下LOCOTROL延迟时间为2.0和2.5s时从控机车的横向运行安全性.结果表明:在常用全制动和紧急制动工况下,从控机车的轮轨横向力、脱轨系数和轮重减载率等指标随时间的变化规律基本相同,车钩力对机车A节各项安全指标的影响较B节明显;同一工况下,LOCOTROL延迟时间越长,从控机车的轮轨横向力和脱轨系数越大;紧急制动工况下从控机车的轮轨横向力、脱轨系数均比常用全制动工况大;为确定合理的车钩自由角,需要综合考虑机车的横向运行安全性和相邻机车车体之间的振动耦合作用.     

重载机车扁销钩缓装置的受压稳定性

建立钩尾圆弧摩擦面与从板圆弧摩擦面的曲面—曲面接触摩擦数学模型,并结合改进的具有非线性迟滞特性的缓冲器数学模型和扁销止挡数学模型,采用SIMPACK软件建立重载机车扁销钩缓装置的动力学分析模型并验证其准确性,研究钩尾与从板间的摩擦系数及它们相互接触的圆弧摩擦面半径对钩缓装置受压稳定性的影响。结果表明:摩擦系数对钩缓装置的受压稳定性影响较大,随着摩擦系数的增大,钩尾的摩擦约束作用逐渐增强,钩缓装置的受压稳定性也随之增强,车钩转角呈阶梯形减小,建议摩擦系数的合理控制范围为0.25~0.45;钩尾的圆弧摩擦面半径越大、从板圆的圆弧摩擦面半径越小,则钩缓装置的受压稳定性越好。     

电力机车粘着控制及其仿真研究

近年来我国铁路运输实施高速化、重载化,轮轨粘着时常达到阈值状态。列车安全平稳运行需要有效地利用轮轨间的粘着力,为了提高轮轨粘着利用率就需要深入研究机车粘着控制系统。利用MATLAB软件和ADAMS/Rail软件,搭建包含多体动力学系统、牵引传动系统以及控制系统在内的电力机车虚拟样机仿真平台。仿真结果验证了仿真模型的可行性,组合粘着控制方法有效地抑制了机车空转,达到了设计目标。     

基于轴重转移下的机车防空转仿真研究

对电力机车防空转控制方法进行深入研究,提出了在轴重转移下的机车防空转控制方法。通过使用机械多体动力学仿真软件ADAMS对机车、轨面进行建模,并完成仿真平台的搭建;针对机车恶劣的运行环境,提出在试验中将轨面设置成变化的以更好地接近实际;在虚拟样机仿真平台下,进行机车仿真试验。采用2种方案比较机车轴重转移的影响,仿真得出在机车发生空转时,考虑机车轴重对转移的影响,机车防空转控制方法更加高效。     

机车径向转向架的稳定性分析

为了解径向机构对径向转向架临界速度的影响,在分析径向转向架结构的基础上,建立轮对的运动微分方程。通过动力学仿真的方法,在频域和时域里分析径向导向机构对轮对振动的影响。研究结果表明,径向机构通过耦合同一转向架端轴轮对的摇头运动,可实现轮对摇头刚度的非对称,增大轮对的同相摇头刚度;径向机构激发转向架的反相蛇行振动模态,并且使轮对的振动模态向增大阻尼的方向移动,在一定程度上提高了转向架的稳定性;在悬挂参数相同的情况下,径向机构提高了60%的非线性临界速度。