适应AAR规范M-976的新型转向架

作为美国铁路协会(AAR)改善钢轨应力状态第一步工作的一部分，该行业为总负荷(GRL)为130t(286000lbs)车辆的顺利过轨而制定了新要求——最新AARM一976转向架性能规范。在过去的10年～12年里，铁路部门发现钢轨损伤量在增加，部分是由这些重载车辆的通过造成的。铁路部门的目的是通过实施这个规范，来降低钢轨和车辆的磨耗及损伤，提高生产率，改善运用安全性。     

美国铁路运输试验中心的研发成果

1982年10月，在美国联邦铁路管理局的支持下，北美铁道协会（AAR）在科罗拉多州普韦布洛组建了运输试验中心（TTC）。在当时很多铁路面临破产的困境下，AAR建立该铁路研发机构是一个大胆的举措。25年来，TTC在北美铁路提高性能方面发挥了巨大作用。首先是为北美铁路安全可靠地使用36t轴重列车，做了大量试验，第二是成功引入了采用线路检测器的车辆性能监视系统，还有一些重大技术难题正在研发中。一是利用非破坏性方法测量焊接长钢轨的中性温度。钢轨纵向力受到温度影响，铺设焊接长钢轨设定了严格的温度控制。     

北美铁路的重载货车

将车辆的最大载重量从128.7 t提高到141.8 t已经列入北美铁路协会(AAR)的计划中。但是至今北美的铁路还未对改变此项标准产生什么兴趣。因为这涉及到轮对、钢轨、制动系统以及桥梁建筑等诸多问题。     

重载铁路采用68kg／m钢轨可行性的仿真研究

对重载铁路采用的136RE断面钢轨对中国铁路的适用性进行研究,利用北美铁道学会(AAR)开发的NUCARS软件,对C64K货车通过60 kg/m、68 kg,m和75 kg/m 3种钢轨的安全性以及钢轨磨耗进行了仿真对比,计算结果表明重载货车通过68 kg/m钢轨时,安全性明显优于60 kg/m钢轨;同时抗磨耗性能也远优于国产60 kg/m钢轨,达到了与75 kg/m钢轨相同的水平,为68 kg/m钢轨的推广使用提供参考.     

基于振动响应的高速铁路钢轨波磨快速检测方法

钢轨波磨可能引起车辆部件持续振动甚至损伤,是我国高铁需要解决的重要问题之一。现有直接测量法因效率低下不能满足长大线路的检测需求,车载测量法的检测精度有待提高,这2种方法均无法有效反映出波磨对车辆部件的不利影响。因此需要一种新的检测方法,以快速发现与车辆部件振动和损伤密切相关的钢轨波磨。通过多次测试我国高铁钢轨波磨并分析轴箱振动特征,提出振动响应快速检测法。该方法能够通过高速列车上的轴箱振动加速度测试数据快速得到钢轨波磨情况和对应里程位置,为钢轨打磨提供依据。     

重载铁路曲线几何参数对钢轨磨耗影响的研究

重载线路小半径曲线外股钢轨侧磨速率明显加快.采用仿真计算结合现场测试,分析我国重载铁路轨道几何参数(超高和轨底坡)对曲线钢轨磨耗速率的影响规律.采用多体动力学软件 NUCARS 建立我国重载货车—轨道模型,改变超高和轨底坡两项轨道几何参数,采用数值积分方法仿真计算车辆通过曲线的性能.分析结果表明,设置合理的曲线欠超高和非对称的轨底坡可改善车辆通过曲线时的轮轨接触状态,降低了轮对冲角、外轨横向力和磨耗指数,从而在一定程度上减小钢轨磨耗速率.现场试验段长期观测的数据表明,两种措施对改善小半径曲线钢轨侧磨起到积极的作用.     

钢轨断面轮廓检测技术研究

为满足铁路部门不同的市场需求,在充分调研国内外钢轨断面轮廓检测技术的基础上,研制了基于光学成像原理的钢轨断面轮廓动态检测设备,并对基于激光三角测距原理的静态检测设备的研制进行了探讨。动态检测设备主要适用于铁路钢轨断面轮廓病害的快速查找;静态检测设备则适用于铁路钢轨,特别是道岔区域钢轨轮廓的智能化、高精度检测,利于铁路部门精细化检修。     

基于损伤函数的钢轨滚动接触疲劳研究

对不同类型的钢轨滚动接触疲劳损伤函数进行分析.采用基于磨耗数的损伤函数对钢轨滚动接触疲劳损伤系数进行测算,得到疲劳损伤在实际线路轨面上的分布和特征,并比较与不同转向架结构形式相关的钢轨疲劳损伤特征.研究结果表明:车辆在速度和轴重增加的情况下均会加剧钢轨的疲劳损伤;疲劳损伤曲线存在一个拐点,超过拐点后由于钢轨磨损加剧而使损伤减小;在半径小于600 m的曲线上采用轮缘润滑措施会使外侧钢轨的疲劳损伤系数急剧增大,严重影响列车行车安全,故对轮缘润滑要慎用,并应与钢轨打磨配合使用.     

基于实测载荷谱的C_(80)车体疲劳寿命评估

结合神华集团C_(80)万吨列车车体载荷谱实测试验,编制了符合神华集团自有铁路线路特征的车体垂向、纵向、侧滚和扭转载荷谱。基于AAR标准中疲劳损伤计算方法和焊接接头疲劳特性,计算不同编组位置车辆关键部位损伤值,基于此评估C_(80)车体关键部位疲劳寿命。通过对比载荷谱下损伤和实测应力损伤并优化载荷谱校准系数,使载荷谱符合实际工程运用要求。     

北京地铁14号线车辆振动和噪声异常原因分析及改善措施

针对北京地铁14号线东段出现的车辆振动和噪声异常现象问题,通过对车轮和钢轨的磨耗状态以及车辆和轨道振动特性的测试分析,得知车轮多边形和钢轨波磨是导致车辆振动和噪声异常的主要原因,提出消除或降低车轮多边形和钢轨波磨是改善车辆振动和噪声异常的有效措施,并给出了具体化建议。     

基于梯形轨枕轨道振动特性的钢轨波磨研究

针对我国部分地铁线路出现振动噪声加剧及钢轨异常波磨的现实情况,研究减振轨道钢轨波磨产生原因。利用仿真软件Simpack建立包含地铁车辆和轨道结构的车辆系统动力学模型,分析车辆通过速度与轨道结构振动频率的关系以及弹性轨道结构共振特性,得到梯形轨枕轨道钢轨波磨可能形成原因。研究结果表明:在振动频率230 Hz(R1 200 m)、225 Hz(R2 000 m)以及211 Hz(R3 000 m)处,内侧钢轨与梯形轨枕出现更为明显的共振现象,仿真计算波磨波长和现场实测数据接近;对比相同曲线半径下的普通轨道和梯形轨枕轨道振动频率的分布情况,得出钢轨波磨与轨道结构固有振动特性有关。轨道结构固有振动特性及车辆曲线通过速度是造成钢轨波磨形成的关键因素。     

普通轨与槽型轨对现代有轨电车小半径曲线通过能力的影响

为研究不同类型钢轨上有轨电车的小半径曲线通过能力,基于多体动力学理论,建立了四模块低地板现代有轨电车仿真模型。在模型中考虑CHN60钢轨与60R2槽型轨的影响,并依据规范设置了3条小半径曲线线路,最后以车辆脱轨系数和轮重减载率为评价指标,对有轨电车小半径曲线通过能力进行评价分析。结果表明:两种钢轨上的有轨电车非线性临界速度均能满足车辆运行要求,且运行在CHN60轨上的车辆具有更好的非线性运动稳定性;在小半径曲线线路上运行时,60R2槽型轨上的车辆具有更好的稳定性,且槽型轨断面具有一定的护轨功能,因而在有轨电车钢轨选型上,建议使用槽型钢轨。     

高速铁路钢轨接头动态响应特性研究

随着高铁运营速度的提高,对轨道平顺性的要求也越来越高.钢轨接头是轨道的薄弱环节之一,由于钢轨接头的存在,列车通过时会出现高频冲击和振动.以钢轨接头为研究对象,对车辆动态响应数据进行分析,得到其响应数据特性.提出基于EEMD分解的自适应同步压缩短时Fourier变换(E-ADSSTFT)方法,利用E-ADSSTFT方法进...     

钢轨打磨对动车组轮轨匹配及磨耗影响研究

为解决动车组车辆在运行中出现的晃车及加速度异常情况,对磨耗后钢轨型面进行打磨,并通过仿真分析以及跟踪测量对打磨效果进行评估。分析结果表明,打磨后轮轨接触点对分布较打磨前更窄,分布于滚动圆附近,轮对发生横移时滚动圆半径变化较小,但由于其较小的接触面积导致接触应力较大,易产生较大的垂磨;打磨后钢轨匹配时由于等效锥度较小,对车辆运行稳定性及车体振动起到改善作用;打磨后钢轨的磨耗位置居中,磨耗面积小但垂直磨耗大,在运行一段时间后,轮轨接触光带会缓慢增大。因此,钢轨打磨缓解了车辆运行过程中构架横向加速度异常的情况,虽其滚动圆处垂磨较大,但其总磨耗量较打磨前小,且降低了对钢轨的损伤,有利于延长钢轨的寿命。     

车辆-轨道-桥梁系统竖向运动方程的建立

视车辆、轨道和桥梁为整个系统,将车辆模拟为由弹簧和阻尼器连接的多刚体,钢轨和桥梁均模拟为Bernoulli Euler梁,钢轨和桥梁之间的钢轨基础用连续的弹簧和阻尼器模拟。应用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则,建立了4轴双层悬挂系统车辆的车辆 轨道 桥梁单元和系统的竖向运动方程。与传统的方法(分别建立车辆运动方程,轨道和桥梁运动方程,这两种方程通过轮轨相互作用力耦合)相比,该方法能直接得到车辆 轨道 桥梁单元和系统的运动方程。举例说明了轨道表面不平顺对车辆、钢轨、桥梁以及车辆与钢轨之间接触力的动力响应的影响。     

基于轮轨蠕滑最小化的钢轨打磨研究

根据对轮轨蠕滑形成机理的研究,指出轮轨接触的滚动半径差是影响轮轨蠕滑的重要参数;利用车辆动力学软件NUCARS和选用不同钢轨廓形,仿真计算滚动半径差对轮轨关系的影响,据此提出应通过钢轨打磨,消除或减弱轮轨蠕滑,从而实现轮轨关系的改善,达到延长钢轨使用寿命的目的.理论计算和现场钢轨打磨试验表明,在大秦重载铁路实施钢轨打磨后,滚动半径差减小,钢轨的廓面形状与车轮形成贴合型接触,降低了轮轨蠕滑力和横向力以及轮轨滚动阻力,改善了轮轴转向特性,使钢轨的平均侧磨减少了将近50％,钢轨的通过总重从9×108 t增加到15×108 t以上.     

基于车轮损伤的地铁动力车辆轮轨匹配研究

为研究地铁动力车辆轮轨匹配的合理性,基于车轮滚动接触损伤模型,对LM,S1002和DIN5573踏面车轮与60kg·m~(-1)钢轨在1/20和1/40轨底坡下的静态轮轨接触关系进行分析;采用SIMPACK软件,建立传统的非动力车辆模型,考虑持续牵引力和运行阻力的车辆模型,以及既有持续牵引力、运行阻力,又有启动、制动过程的车辆模型,对3种踏面车轮在不同车辆动力学模型、不同线路条件、不同车辆悬挂参数下的车轮损伤进行对比分析。结果表明:地铁启动、制动过程中车轮损伤较大,考虑此过程的车辆模型计算结果更符合实际车轮损伤规律;LM踏面车轮在1/20轨底坡下的轮轨接触关系良好,车轮损伤较小;相比1/20轨底坡,S1002和DIN5573踏面车轮在1/40轨底坡下的轮轨接触关系更优;地铁车辆在站间距较短的直线线路运行时,采用S1002踏面车轮配合1/40轨底坡钢轨,车轮损伤最小,在站间距较长的直线线路运行时,采用LM踏面车轮配合1/20轨底坡钢轨效果最佳;在满足车辆运行稳定性的前提下,适当降低一系悬挂刚度有利于减缓车轮损伤。     

地铁曲线段钢轨非对称性廓形研究

提出多弧段钢轨廓形拟合方法:以圆弧半径以及圆弧相切点横坐标为设计变量,以轮轨接触点横向分布密度函数、轮轴横向力最小为目标函数,采用统计方法设定参数边界条件,建立非对称性钢轨廓形设计模型,并运用遗传算法对该模型进行求解,得到地铁曲线段外轨非对称性钢轨廓形.建立车辆系统动力学及轮轨接触力学模型,对设计的非对称钢轨廓形进行动力学性能评价以及磨耗分析.结果 表明,与采用TB60型面钢轨廓形相比,非对称性钢轨廓形基本不影响车辆动力学性能;同时,非对称性钢轨廓形改善了轮轨接触关系;钢轨顶面横坐标为0-25 mm区间内的轮轨接触斑分布密度为86.18％,非对称性廓形钢轨较TB60型面增加了35.21％;在通过车次分别为5.0×105次和1.0×106次的条件下,非对称性廓形钢轨的磨耗深度最大位置较TB60型面向轨顶中心移动5 mm,降低了钢轨的非正常磨耗.     

地铁车辆频繁启停工况加速钢轨滚动接触疲劳损伤行为

列车启停过程中轮轨接触应力复杂交变,近站点附近车辆频繁启停运行工况加速了钢轨滚动接触疲劳损伤。为深入了解地铁车辆频繁启停工况下的钢轨滚动接触疲劳损伤特性,利用轮轨滚动接触疲劳/磨损试验台(JD-DRCF/M)开展频繁启停工况下轮轨滚动接触疲劳试验。对比研究4种不同加/减速度工况下(0,400,800和1 200 r/min²)轮轨滚动接触界面黏着、钢轨磨耗和疲劳裂纹行为。研究结果表明：在干态环境中,加速工况显著降低了轮轨界面的黏着系数,其中：800 r/min²加速度下降幅最为明显;而进入水介质环境后,黏着系数出现瞬时极低值、加速度工况下的黏着系数降幅程度差异显著。加速度工况未引起钢轨的过高磨耗,但其对钢轨磨损形貌、表面粗糙度等的影响均较为显著,过高的加速度极易诱发钢轨以剥层机制失效并伴随表面粗糙度的大幅提升。钢轨磨耗与轮轨界面的剪切作用密切相关,加速度的存在往往不同程度地加剧了近表层钢轨材料的塑性变形和疲劳裂纹的萌生与扩展,使得裂纹扩展角、裂纹长度与数量均有不同程度地增加。因此,有必要开展实验条件下钢轨试样滚动接触损伤与实际现场钢轨损伤间的...     

钢轨波磨对车辆-轨道系统动力特性的影响

针对钢轨波磨对高速列车构架稳定性及轮轨接触力的影响问题,通过构建多体动力学仿真模型,以实测钢轨波磨为轨道激励,研究某型高速动车组以不同速度级通过波磨区段时车辆稳定性及轮轨接触动力特性和不同波深、波长、波深时变率对车辆系统振动响应的规律.研究结果表明:钢轨波磨磨深越大、车速越高、波深时变率越大则车辆构架稳定性越低,轮轨接触力越大;轮轨垂向力随波磨波长的增大而减小.另外,波深时变率与轮轨垂向力和钢轨垂向加速度间存在明显对应关系,可通过波深时变率预测钢轨波磨峰值的位置,为钢轨打磨提供帮助.