我国高速铁路轮轨关系相关技术探讨

结合我国高速铁路车辆运用实践及试验数据,探讨高速铁路轮轨关系发展中的相关技术。研究高速铁路晃车、横向加速度报警的影响因素,指出车辆晃车与横向加速度报警具有对立统一性,并提出轮轨匹配等效锥度是诱发车辆横向加速度报警的主要原因;阐述高速铁路钢轨波磨及动车组车轮多边形发展的特点及影响因素,初步指出造成钢轨波磨与动车组车轮多边形的原因是轮轨系统不良而诱发的耦合振动,二者具有明显的相生相伴特征;针对目前轮轨关系存在的技术问题,建议开展线路条件下的轮轨关系服役技术研究;为维持良好的轮轨关系,应充分结合动车组运用状态、线路运用状态以及动车组运营组织特点,制定合理的车轮镟修及线路打磨策略。     

从车轮磨耗谈动车组异常振动

介绍车轮踏面等效锥度,车轮多边形的计算方法,并通过理论分析说明二者对车辆稳定性的影响。基于理论分析的结论,测试某动车组车轮的等效锥度,车轮多边形情况以及车体的平稳性,分析其异常振动的原因。     

高速动车组车轮踏面修形器的试验与应用研究

基于台架试验就踏面修形器对车轮多边形的抑制效果进行了试验与应用研究,验证了特殊材质的踏面修形器对高速动车组车轮多边形具有较好的抑制效果,同时可以减缓踏面等效锥度的增长,延长车轮旋修周期。     

高速铁路动车组车体抖动问题分析与整治

针对某高速铁路动车组车体抖动问题,采集不同线路工况下车体振动加速度及平稳性数据、不同磨耗车轮踏面及打磨前后钢轨廓形,研究不同线路工况、车轮踏面和钢轨廓形对动车组车体振动特征影响,研究镟轮后不同时期车轮踏面和打磨前后钢轨廓形匹配下轮轨几何接触关系。同时,采用实际线路及动车组车辆参数,基于多体动力学软件Simpack建立包含实测车轮踏面和钢轨廓形的车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算车轮镟修和钢轨打磨对车辆关键动力学指标的影响。研究结果表明:该高速铁路动车组车体抖动主要发生在隧道工况内,体现为垂向和横向的综合异常振动;随车轮踏面磨耗增加,实测车体振动加速度逐渐增大,轮轨接触关系逐渐恶化,与未廓形打磨钢轨匹配时尤为明显;钢轨打磨可以有效抑制等效锥度随车轮踏面磨耗增加的不断增大,有效改善轮轨接触关系。车轮镟修和钢轨廓形打磨均可降低等效锥度,有效整治高速铁路动车组车体抖动。     

高速动车组服役性能与钢轨廓形匹配适应性研究

动车组在高速铁路不同线路区段上经常出现异常振动问题，为研究动车组服役性能与钢轨廓形匹配的适应性，在不同高速铁路直线及大曲线区段选择200多个典型钢轨断面进行钢轨廓形跟踪测试，得到钢轨廓形偏差分布规律；分析不同偏差钢轨廓形分别与新轮、磨耗车轮匹配时的等效锥度、动车组动力学性能及轮对、构架、车体时频振动特性。结果表明：偏差在-0.2～0.3 mm范围的钢轨廓形占比约34%;与LMa新轮匹配，等效锥度基本保持在0.03,动车组各项动力学性能指标优良；与磨耗车轮匹配，随着钢轨廓形偏差由-0.4 mm增加到0.8 mm,名义等效锥度逐渐由小于0.01增加到0.3,当钢轨廓形偏差大于0.6 mm时，构架横向振动加速度等指标明显增大，动车组动力学性能和运行品质劣化，动车组对于线路的适应性下降。     

服役动车组车轮踏面等效锥度运用管理研究

介绍轮轨等效锥度的定义和在欧洲高速铁路的运用限值,并通过理论分析和国内高速铁路运用实践说明轮轨等效锥度对服役动车组构架蛇行失稳和车体共振的影响及解决方案。在悬挂参数和轮轨接触几何参数不变的情况下,服役动车组轮轨等效锥度需控制在一定范围内,才能保证动车组的运行安全性和平稳性,基于此结论,建议开展服役动车组轮轨等效锥度的使用限值研究。     

基于动车组横向稳定性的等效锥度限值研究

轮轨接触几何匹配关系直接影响动车组的振动性能,轮轨接触不匹配可造成动车组构架横向加速度报警、车体晃车等问题。通过对镟修后初始等效锥度和车体晃车进行研究,提出镟修后初始等效锥度限值,评价镟修质量。通过对服役动车组等效锥度的跟踪、镟修到限等效锥度分布范围与报警轮对等效锥度值的统计,提出LMA、LMB、LMC、LMD型4种车轮踏面不同速度级的服役等效锥度限值,评估动车组横向稳定性。根据等效锥度限值对车轮进行管理可以控制轮轨型面与接触关系,有效缓解构架横向加速度报警与车体晃车问题,实现车轮状态修,提高镟修经济性。     

我国典型高速铁路轮轨型面变化规律及匹配特性

为系统掌握我国高速铁路轮轨型面变化及匹配特性,在京沪、武广、哈大、兰新、贵广、丹大等6条典型高速铁路上,选择172个钢轨型面测点和6列动车组的384个车轮,进行为期2 a的现场测试。基于实测数据,应用数理统计方法分析钢轨和车轮的磨耗特性,并使用实测钢轨型面进行1个镟轮周期内的轮轨匹配等效锥度分析。结果表明:高速铁路曲线半径大于2 495 m时,直线和曲线钢轨磨耗速率基本相当;对于年通过总重小于11 Mt的线路,钢轨垂直磨耗不足0.01 mm;曲线半径小于800 m的钢轨磨耗速率明显增大;哈大线、兰新线和丹大线的动车组车轮踏面磨耗较大,踏面平均磨耗速率约为0.05～0.06 mm·(万km)~(-1),而京沪线、武广线和贵广线约为0.03～0.035 mm·(万km)~(-1);车轮磨耗范围较小时,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大而增大,车轮磨耗范围较宽时,轮轨接触点分布均匀,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大没有明显的增大趋势。     

基于磨耗的高速铁路轮轨接触关系研究

在对京沪高铁开展轮轨型面跟踪测试的基础上,分析LM_A和LM_B车轮型面分别与60D钢轨型面匹配时的轮轨磨耗特征;利用数值仿真手段,研究磨耗后不同轮轨型面匹配组合下的轮轨接触范围与钢轨光带宽度和等效锥度的关联性;通过分析钢轨光带宽度与等效锥度的关联性,结合名义等效锥度限值,研究避免高速动车组运行过程中出现典型异常振动问题的钢轨接触光带合理范围。结果表明:高速铁路的钢轨磨耗远小于车轮磨耗;直线区段钢轨磨耗主要分布于钢轨顶弧中心附近,轮轨接触宽度与钢轨光带宽度相对应;钢轨光带宽度与轮轨匹配名义等效锥度正相关,钢轨光带宽度小于20 mm时易出现动车组车体晃车、大于45 mm时易出现动车组转向架横向振动加速度报警。     

基于实测轮轨廓形匹配的服役动车组等效锥度修正方法研究

轮轨匹配等效锥度对于保障动车组的运行安全性和舒适性至关重要。在车轮旋修体制由计划性预防修向视情旋修优化过程中,要充分考虑等效锥度等关键影响因素的运用标准及对应的执行策略问题。针对部分车型正向设计提出的基于服役状态下实测轮轨廓形匹配等效锥度的要求,文中研究提出了一种服役状态下动车组等效锥度运用标准的修正方法。通过构建有效的服役轮廓数据库,并与标准轮轨廓形匹配的等效锥度进行对比计算,可得到不同轮廓所对应的修正值累积概率分布曲线,在此基础上结合现场需求,通过分步实施对现有检测手段得到的等效锥度结果予以修正,结合相关运用标准决策车轮旋修。此方法为车轮视情旋修运用标准的落地提供了可靠的方法和数据支撑。     

CRH_(3C)型动车组薄轮缘车轮外形设计与运用

对京津城际铁路CRH3C型动车组车轮磨耗、车辆振动性能进行长期跟踪试验研究。研究发现部分动车组车轮镟修后车体横向失稳,而镟修后车轮外形等效锥度过小是车体失稳的主要原因。通过理论分析与试验研究,确定新的系列薄轮缘车轮形面设计原则为:提高轮轨等效锥度;统一轮缘高度;高次曲线连接轮缘根部与踏面外形。通过仿真计算、试镟修与线路运用考核薄轮缘车轮外形。仿真计算和线路测试结果表明:京津城际铁路CRH3C型动车组车轮采用该系列薄轮缘外形镟修后,轮轨等效锥度为0.17,动车组车体失稳现象消失,构架稳定性和运行平稳性均满足标准要求,直径镟修量控制在2mm以内。     

构架报警动车组运行稳定性的线路试验研究

服役动车组多次出现构架失稳报警。为评估报警时的运行安全,制定对应措施,组织了专项试验,采用轮轨力的试验方法研究构架报警时的运行稳定性和横向稳定性问题。通过将报警车轮制作成测力轮对,测试构架报警时的轮轨作用力和振动特性;通过建立仿真模型,开展计算分析,结合线路测试数据统计,综合分析构架横向失稳时的列车运行安全性。通过长期跟踪动车组车轮踏面磨耗状态,分析轮轨等效锥度与构架报警关系,提出了根据轮轨等效锥度实施动态旋修,减少构架报警的措施;结果显示:动车组构架报警时,列车有一定的安全裕量;在线路条件不变的情况下,轮轨等效锥度超过0.35mm后易出现构架报警,根据轮轨等效锥度可以评估服役动车组的横向稳定性,根据轮轨等效锥度实施动态旋修可有效减少构架报警。     

高速动车组车轮硬度与车轮多边形形成关系及解决措施研究

为研究高速动车组车轮多边形产生机理,对我国CRH_3型动车组进行了大量现场的测试,从车轮材质、热处理、组装工艺、硬度等方面开展调查,发现车轮硬度是多边形产生和发展的重要影响因素。为深入研究车轮硬度对多边形形成的影响,现场测试了115列动车组所有车轮踏面的硬度,并在实验室内进行轮辋切片和硬度检测,发现磨耗后的小轮径车轮硬度相对标准车轮有所降低,并且部分车轮在圆周方向硬度分布不均,两者共同作用加剧了车轮多边形产生和发展。结合我国轮轨硬度匹配情况,提出通过滚压强化提高车轮硬度以抑制多边形产生。通过20万km的运行考核试验,验证了提高车轮硬度可以抑制车轮多边形产生这一重要结论。     

轮轨振动对高铁扣件伤损的影响分析

高速铁路在长期运营中会出现钢轨波浪形周期性磨耗和动车组车轮多边形周期性磨耗,轮轨发生周期性磨耗后,轮轨间动力作用增大,且产生高频激励。分析高速铁路钢轨波磨和动车组车轮多边形磨耗引起的轮轨间高频激励,揭示了轮轨高频激励与扣件弹条固有频率接近时导致弹条产生共振,从而造成弹条伤损的重要机理,并在多个现场案例中得到验证。     

海南环岛高速铁路动车组晃车原因分析及整治措施

针对海南环岛高速铁路东段CRH1型动车组晃车的情况,分析了晃车严重区段的轨道几何尺寸、焊接接头平直度、钢轨光带及轨头廓形。研究结果表明:钢轨轨头廓形异常(内侧工作边R80和R13圆弧处明显凹陷)和等效锥度过小(仅为0. 075)将造成轮轨匹配关系不良,表现为钢轨光带不居中,偏向轨距角侧,直线地段出现左右股钢轨光带周期性交替侧磨;车轮与钢轨非正常接触是导致CRH1型动车组晃车的主要原因。据此提出了钢轨打磨整治措施,并制定了详细的钢轨打磨方案以修正轨头廓形,使等效锥度由0. 075提高到0. 115,达到轮轨匹配等效锥度的合理范围0. 08～0. 35,改善了轮轨接触关系,解决了动车组晃车的问题。     

武广客专动车组车轮磨耗及振动性能跟踪研究

通过对武广客专动车组车轮踏面和车辆振动性能的长期跟踪测试,得到车轮踏面磨耗、等效锥度和振动性能随运行里程的变化规律.将等效锥度作为评估车轮踏面磨耗程度的参数,探讨了车轮踏面磨耗对振动性能的影响.最后通过对比武广客专动车组降速前后车轮磨耗和车辆振动数据的差异,分析了速度下降对车辆振动性能和车轮磨耗的影响.结果显示,车轮踏面磨耗量随运行里程增加逐步增大,运行里程大于15万km后,车轮踏面磨耗速度呈逐渐增大趋势;武广客专两种不同踏面外形的主要磨耗区域基本相同,但最大磨耗位置不同;轮轨等效锥度不仅可以评估车轮踏面磨耗程度,还直接影响构架横向失稳的频率、幅值;其他条件不变的情况下,速度的调整对车轮踏面磨耗和振动性能影响显著.     

等效锥度曲线非线性特性及影响研究

服役动车组跨线失稳显示转向架横向稳定性不但与名义等效锥度相关,等效锥度曲线非线性特征也对其有很大影响。定义了非线性因子并修正名义等效锥度,得到了非线性等效锥度指标。通过线路试验、仿真分析、主要服役踏面外形的长期跟踪,研究了车辆稳定性、跨线失稳与非线性等效锥度的关系。研究表明:非线性等效锥度结合了轮轨非线性特征与名义等效锥度值,更准确地反映我国动车组服役稳定性演变规律;动车组从哈齐线跨线至哈大线出现转向架失稳,非线性等效锥度过大是导致转向架失稳的原因。通过动车组踏面磨耗跟踪,踏面凹磨将导致非线性等效锥度增加并降低车辆稳定性。     

基于大数据分析的高速动车组车轮磨耗统计分析研究

基于大数据分析思想,通过调用高速铁路动车组检修数据库中的海量车轮镟修记录,利用MATLAB工具自编统计分析程序,对我国2条高速铁路(京沪高铁、京广高铁武广段)运营动车组车轮一个镟修周期内车轮磨耗量进行统计分析。大样本统计分析结果表明,对于同一条高铁线路一个镟修周期内350?km/h速度等级的高速动车组,短编组动车组车轮磨耗量均值高于长编组动车组、CRH380A型动车组车轮磨耗量均值小于CRH380B型动车组、CRH3C动车组车轮磨耗量均值小于CRH380B。不同高铁线路相同类型动车组车轮磨耗量样本统计均值及磨耗量统计分布也不尽相同。研究结论对高铁轮轨关系、高速动车组车辆结构设计具有重大意义。     

贵广高速铁路动车组车体异常晃动原因分析及治理

针对贵广(贵阳—广州)高速铁路某型动车组服役过程中出现严重车体异常晃动的问题,通过对晃车区段线路钢轨廓形、车轮踏面的几何尺寸进行测量,结合晃车时车体横向振动加速度的测试结果,研究晃车原因,提出整治措施,并对整治效果进行测试验证。结果表明：车轮踏面磨耗位置异常,导致轮轨匹配等效锥度和接触角差偏低,激发了车体的下心滚摆模态,引起动车组发生一次蛇行,车体出现异常晃动;车轮踏面镟修、更换车轮踏面研磨子后,车轮踏面磨耗区域趋于正常,轮对接触角差未出现正负交替现象,轮对踏面对中能力得到较大提升,横向平稳性及舒适度得到极大改善,较好地解决了该型动车组车体异常晃动的问题。     

CRH5型动车组车体异常抖动原因分析及对策

针对哈齐(哈尔滨—齐齐哈尔)客运专线CRH5型动车组车体异常抖动的情况,调查了异常抖动的车辆状态和抖车区段的线路情况,计算分析了轮轨匹配等效锥度和轮轨接触几何关系。结果表明:随着车辆运行里程增加,车轮踏面凹形磨耗越来越严重,加之钢轨廓形打磨不到位使得轨距角凸出,致使轮轨匹配等效锥度达0.3以上,轮轨接触几何关系不良,车体出现6～8 Hz的高频振动。通过车轮镟修和钢轨打磨可有效降低轮轨匹配等效锥度,改善轮轨接触几何关系,解决动车组异常抖动的问题。