基于轮轨动力学的道岔尖轨切削方式选型研究

为给不同号码道岔选取合适的尖轨切削方式,以获得较好的行车性能和钢轨磨耗性能,基于轮轨系统动力学建立车辆-转辙器动力耦合模型,分别以18号和42号道岔转辙器为例分析5种尖轨切削方式下轮轨系统的动力响应及钢轨磨耗情况,对影响磨耗指数的相关因素进行计算。结果表明:从动力学角度对各种尖轨切削方式进行评判,可以为尖轨选型提供准确合理的指导;号码较小的18号道岔选择切线型及半切线型尖轨时使用性能较优,钢轨磨耗程度低,相离半切线型尖轨粗壮度大,也可作为主要线型之一;号码较大的42号道岔以半切线型尖轨适用性较强;计算运营中道岔转辙器动力性能时需考虑几何不平顺等因素的影响。     

有轨电车道岔几何线型检算与优化研究

为改善有轨电车通过道岔区域时所产生的轮轨冲撞以及钢轨异常磨耗问题,以某有轨电车路段轮轨异常磨耗为例,对道岔各部分轨距及间隔尺寸进行验算。根据道岔设计图纸,计算护轨端部轮轨间接触关系,提出有轨电车轮轨线型关系的改进措施。根据不同类型道岔磨耗情况,对各类型道岔的几何线型以及翼轨缓冲段槽宽进行优化分析和分类汇总。研究结果表明：当车辆转向架以自由内接形式通过曲线时,可能出现2种轮轨撞击情况,即后轴外侧车轮与护轨撞击和前轴内侧车轮与护轨相互撞击;为保证辙叉区护轨及翼轨处不发生轮轨撞击,护轨及翼轨缓冲段起始点与内外轨作用边槽宽应取各种工况下最不利值;合理加宽护轨及翼轨缓冲段起始槽宽,可实现辙叉区车体平稳转向;通过对有轨电车道岔几何线型进行调整,可以极大地减缓轮轨之间的冲撞。     

城市轨道交通60 kg/m钢轨12号对称道岔设计

道岔是制约列车运行速度的关键设备。为全面提升城市轨道交通运输效率,提高列车过岔速度,减小地下开挖面积,降低土建工程造价,新研制了60 kg/m钢轨12号对称道岔,可以较好地满足使用要求。本文结合对称道岔的设计,介绍道岔平面线型设计、结构设计、动力学特性分析等关键技术。     

40t轴重68kg/m钢轨18号道岔设计

提出了适用于40 t轴重铁路18号道岔的设计原则与技术指标。新型重载铁路道岔采用68 kg/m钢轨制造,道岔全长69 m,前长31 729 mm,后长37 971 mm。平面线型采用相离量24 mm、半径1 100 m的单圆曲线,仿真分析显示该线型动力学性能良好,曲线尖轨具有较好的耐磨性能;尖轨采用60AT1钢轨制造,曲线尖轨为"直曲组合型",直线段长度7 276 mm,直曲尖轨采用刨切基本轨加厚尖轨技术。辙叉采用可动心轨辙叉,翼轨采用TY钢轨、心轨采用60AT1钢轨制造,直向不设护轨,侧向增设一段护轨,用于保护叉跟尖轨的薄弱断面;尖轨、长心轨、翼轨通过锻压与68 kg/m钢轨顺接。     

基于Archard磨耗模型的合金钢心轨组合辙叉道岔钢轨磨耗研究

基于Archard磨耗模型并结合有限元静动力分析方法,对重载铁路合金钢心轨组合辙叉道岔岔区钢轨垂直磨耗特性进行了研究,给出了一种研究钢轨磨耗的新方法。研究结果表明:受不同断面轮轨接触特性及轮轨力差异的影响,岔区各断面轮轨接触斑内磨耗量的大小及分布存在差异;辙叉轮载过渡区翼轨磨耗严重的机理是轮轨法向接触应力大于翼轨材料硬度的0.8倍导致了磨耗系数的突变,建议将此区域翼轨镶嵌合金钢材料或采用深度爆炸硬化技术处理;轮轨接触应力随行车速度的增加有所增加,随列车轴重的增加而大幅增加,建议有条件的情况下降低C80,C70列车的侧向过岔速度,以减缓道岔的磨耗速率。     

我国主型12号道岔动力学特性分析

对我国主型12号道岔进行动力学测试发现,空车通过道岔侧向时脱轨系数超过限值要求。为此实测钢轨型面,对其轮轨接触特征进行分析,发现磨耗后的道岔下股钢轨轨顶呈明显扁平状,轮轨接触点向车轮踏面外侧转移,使得轮径差减小;上股钢轨轨肩磨耗明显,形成两点接触,减小了导向力矩;双重因素作用下降低了道岔侧向通过性能。优化轮轨关系是改善道岔区动力学性能的有效途径,结合道岔区实际运营状态,提出一种适用于道岔区的钢轨打磨廓形,优化了道岔区轮轨接触参数。动力学计算结果表明:钢轨打磨廓形可有效改善轮轨相互作用特性,明显降低车辆通过道岔侧向时的动力学指标,提高道岔区安全运营裕量。     

道岔辙叉区磨耗车轮动力学分析及摩擦因数影响

研究磨耗车轮通过道岔辙叉区的轮轨相互作用特性及控制摩擦因数减缓轮轨磨耗的措施,以CRH2型动车组和18号高速道岔辙叉区为研究对象,基于迹线法原理,计算不同运行里程的磨耗车轮与辙叉区钢轨特征截面的接触点分布。采用UM建立车辆-道岔耦合动力学模型,结合非椭圆多点接触Kik-Piotrowski的轮轨接触算法,计算不同摩擦因数下磨耗车轮通过辙叉区的轮轨动力学变化特性及轮轨磨耗特性。研究结果表明：随着车轮磨耗加剧,岔区轮轨匹配趋向不良,接触点跳跃更为复杂、剧烈,跳跃宽度增大;车轮磨耗初期,轮轨动力学特性有所改善,车轮磨耗对横向力的影响较大;相对于标准新轮,运行里程为20.3万km的磨耗车轮通过辙叉区的轮载过渡位置延后0.134 m;减小轮轨摩擦因数会降低列车通过辙叉区的安全性和平稳性,但有利于减缓轮轨磨耗;当车轮运行里程达到20.3万km时,摩擦因数由0.55分别降低至0.45,0.35,0.25和0.15,钢轨磨耗指数分别下降6.3%,15.5%,34.0%和49.8%,钢轨润滑有利于减缓辙叉区钢轨磨耗,提高道岔区钢轨的使用寿命。     

60-12(200 km/h)新型可动心轨道岔的研究

结合现场使用经验，采用多项国内先进技术，对原Ⅰ型提速道岔的平面线型和结构进行改进，研制出了具有国际水平的直向200km/h过岔速度的60kg／m钢轨12号可动心轨单开道岔。     

武汉北编组站全面摩擦控制系统应用实例分析

针对道岔和曲线钢轨易磨耗的现状,应用全面摩擦控制系统进行磨耗管控,开展道岔和曲线钢轨减磨措施的研究。本文介绍了全面摩擦控制系统的工作原理、构成、安装方式以及摩擦调节剂性能,利用定期观测积累的数据,分析比较其应用在武汉北编组站前后的设备稳定性、影响范围内钢轨件磨耗速率及更换周期变化情况,计算了全面摩擦控制系统的耗材投入、人工成本等。结果表明:全面摩擦控制系统可有效降低道岔及曲线钢轨磨耗,并具有较好的经济及社会效益。     

基于随机抽样算法的道岔容许通过速度研究

研究目的:道岔侧向通过速度是影响地铁线路运输能力的重要因素,为探明地铁道岔侧向最大通过速度,以某地铁12号道岔为例,基于迹线法和车辆-道岔耦合动力学,结合拉丁超立方随机抽样方法,生成关键动力学参数随机样本,研究标准车轮与标准钢轨和磨耗车轮与实测钢轨匹配的轮轨接触几何特性和车辆-道岔系统动力响应,以及长期运营条件下道岔侧向容许速度。研究结论:(1)轮轨关系演变后,轮载过渡延后;(2)实测轮轨匹配下,道岔侧逆向容许通过速度比轮轨为标准设计状态时低2 km/h;(3)结合长期运营条件下轮轨实际状态,考虑车辆动力学参数的随机性,所分析的12号道岔侧向容许通过速度为55 km/h;(4)针对不同的地铁道岔,均可以通过实测轮轨型面,以及考虑车辆动力学参数的随机性的方法,探明既有道岔的侧向最大通过速度,提升地铁线路的运输能力。     

直向通过速度为200 km/h的60 kg/m钢轨12号道岔的研制

新型直向过岔速度为200 km/h的60 kg/m钢轨12号可动心轨单开道岔,汲取近几年道岔发展的成熟技术,在保证与既有提速道岔互换性的基础上,改进了平面线型和尺寸,优化了道岔结构,提高了道岔各部件的强度和稳定性。     

高速铁路道岔钢轨磨耗发展规律的试验研究

既有区间线路及道岔钢轨磨耗研究多采用仿真计算和理论分析的方法,岔区钢轨磨耗测试工作较为零散,缺乏时间上的连续性。针对此不足,以沪宁(上海—南京)城际高速铁路镇江站11#道岔作为研究对象,采用MiniProf钢轨廓形测试设备,对转辙器区特征断面尖轨和基本轨的型面及磨耗情况进行长期跟踪测试,探究高速道岔钢轨磨耗的分布和发展规律。研究结果表明:尖轨和基本轨磨耗发展呈现逐渐收敛的趋势;基本轨垂向磨耗在轮载过渡区前后较大,在轮载过渡区相对较小,直尖轨垂向磨耗比曲尖轨更严重;曲尖轨侧向磨耗明显大于直尖轨,在轮载过渡区前侧向磨耗较小,轮载过渡区侧向磨耗明显,基本轨侧向磨耗主要集中在尖轨前端及岔前区域,直基本轨侧向磨耗比曲基本轨更严重。试验结果可为磨耗仿真研究提供试验验证,同时可为高速道岔的养护维修提供科学指导。     

动车运用所内9号道岔侧向通过性能研究

为改善动车运用所9号道岔侧向通过性能,分析50 kg/m钢轨9号道岔结构特点,根据钢轨表面光带特点分析轮轨接触特征,确定轮轨型面匹配的优化目标,设计道岔区曲基本轨廓形。基于多体动力学理论建立动车组-道岔动力学模型,计算动车组通过9号道岔时的动力学响应,分析钢轨廓形对道岔区侧向动力学性能的影响。结果表明,动车组通过9号道岔侧向时在大幅值转辙角作用下轮缘参与导向,轮对形成较大冲角冲击尖轨轨肩,产生较大轮轨横向力和轮缘磨耗指数。以预导向理念优化钢轨廓形,增加轮径差改变轮对运动轨迹,轮对预先向曲基本轨侧偏移,形成反向轮对横移,使轮缘接触尖轨的位置后移0.33 m,轮轨接触特征发生改变,轮轨横向力和轮缘磨耗指数分别降低9.3%、16%,安全性指标脱轨系数也有所改善,提高了道岔侧向通过性能。通过钢轨打磨实现优化廓形,钢轨表面实际光带分布符合实际预期,改善轮轨接触状态。     

60N钢轨18号无砟道岔的运用研究

60N钢轨18号无砟道岔在京沈客运专线喀左站进行了试铺,通过预打磨试验、联调联试道岔动力学性能测试及开通后服役性能分析,验证其在高速条件下的适应性。结果表明:60N钢轨道岔可实现与区间60N钢轨的匹配,与60 kg/m钢轨18号无砟道岔预打磨相比减少打磨工作量60%以上,打磨质量更容易保证;综合检测列车以不同速度通过60N钢轨18号无砟道岔时,安全性、平稳性、舒适性和道岔结构动力学等指标均满足列车运行要求。与60 kg/m钢轨18号无砟道岔列车动力学性能测试结果对比表明,构架脱轨系数和轮轨横向力峰值有所降低,其他动力学指标基本相当;60N钢轨18号无砟道岔服役性能试验结果表明,钢轨服役性能良好,无明显磨耗及伤损情况产生。     

地铁9号道岔侧向通过速度提升可行性研究

为提高地铁9号道岔侧向过岔能力,提出将9号道岔侧向通过速度提升至50 km/h,为此设计了5种道岔平面线型方案。基于车辆-道岔耦合动力学理论,分析不同的道岔平面线型方案对地铁车辆运行平稳性、安全性的影响。经方案比选可得:地铁9号道岔尖轨采用相离半切线型,尖轨尖端理论厚度增加至2 mm,尖轨冲击角取0.014 1 ~ 0.015 3 rad,既可提高尖轨的整体耐磨性,也可保证过岔较好的乘坐舒适性;导曲线半径采用350 m,有利于降低列车经过导曲线时未被平衡的离心加速度,提高列车过岔舒适性。     

曲线尖轨线型对其磨耗特性影响的研究

为解决曲线尖轨使用寿命短的技术难题,研究并实践了直曲组合型曲线尖轨技术。新尖轨采用相离半切线型,前端直线段长度为5 439 mm,是原曲线尖轨前端直线段长度的2倍。重载车辆—道岔动力学仿真计算结果表明,该设计可显著减小列车顺向出岔时作用在尖轨前端的横向力及磨耗指标,从而改变尖轨磨耗特性,延长尖轨使用寿命。尖轨磨耗和寿命观测试验表明:新尖轨最大磨耗发生在尖轨宽60~70 mm断面,使用寿命是传统曲线尖轨的3~4倍,表现出和传统曲线尖轨不同的磨耗特性。     

提速列车与道岔的垂向相互作用研究

运用车辆－轨道耦合动力学理论，通过建立道岔垂向不平顺激扰模型，进行了机车车辆与道岔垂向动态相互作用的仿真研究。针对我国铁路提速实际，详细分析了提速客车及提速货车对道岔的动力影响；并具体分析比较了６０ｋｇ／ｍ钢轨１２号提速道贫固定型辙叉和可动心轨辙叉的动力性能；此外还讨论了道岔磨耗对轮／岔相互作用的影响，并提出了提速道岔垂直磨耗维修标准的建议值。     

高速铁路道岔受限区钢轨打磨对列车动力学性能的影响北大核心

对打磨前后的高速铁路道岔打磨受限区特征断面钢轨廓形进行测量,建立车辆-道岔耦合动力学模型仿真模拟列车通过打磨前后道岔打磨受限区的动力学特性,并对车辆动力学性能进行现场实测。结果表明:廓形打磨后,道岔打磨受限区内侧工作边明显低于打磨前,且降低值得到明显优化,全新车轮及磨耗车轮与打磨后的道岔受限区特征断面接触时的等效锥度均得到明显改善且均在理想范围内;在不同运行速度下,全新车轮及磨耗车轮与打磨后的道岔受限区特征断面接触时,构架及车体横向加速度均减小,列车轮轨接触关系得到优化,列车运行横向稳定性得以提升。现场实测结果进一步验证了廓形打磨对列车运行横向稳定性的改善作用。     

城轨交通轨道部件磨耗分析及对策

对轨道部件的磨耗成因进行分析,并提出一系列减少钢轨磨耗,道岔磨耗的改进对策,以达到延长轨道部件寿命、改善运营状态的目的。     

重载道岔轨底坡设置研究

轨底坡作为道岔的主要参数,直接影响钢轨使用寿命,结合30 t轴重重载道岔研究需要,对轨底坡进行系统研究。针对重载线路道岔鱼鳞纹、掉块、肥边等病害,运用车辆轨道耦合动力学理论,对25 t轴重货车通过不同轨底坡道岔时的动力响应进行分析。结果表明:轨底坡增加,横向轮轨力、接触应力和安全指标,导曲线上股钢轨磨耗功都有不同程度的降低,长期观测结果显示,采用1∶20轨道坡的试验道岔,导曲线钢轨光带居中,未见伤损。