高速铁路钢轨波磨对车辆—轨道动态响应的影响

在对高速铁路钢轨波磨现场调查、测试的基础上,根据铁道车辆—轨道耦合系统动力学理论,建立高速铁道车辆—板式无砟轨道动力学数值分析模型,采用现场测试得到的高速铁路钢轨波磨数据作为系统激励,研究不同深度的钢轨波磨对高速铁路轮轨相互作用、车辆运行稳定性的影响。结果表明:不同深度的钢轨波磨虽不会改变轮轨力波动的相位特征,但随着钢轨波磨深度的增加,轮轨垂向作用力、轮重减载率和轮对振动加速度均有明显增加,而构架和车体的振动加速度增加很小,可忽略不计;高速铁路钢轨波磨虽不影响乘坐舒适度,但会加速车辆簧下部件的伤损和破坏。     

波磨对CRTS Ⅱ型板式无砟轨道振动特性影响分析

通过建立 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的车辆-轨道垂向耦合动力学模型,研究在钢轨波磨不平顺激扰下,不同运营速度时轮轨力响应及轨道结构各部件的振动特性。分析结果表明：在钢轨中长波波磨激励下,运营速度的改变对轮轨力响应最大值影响较小,但对轮重减载率影响较为明显;钢轨垂向振动主要表现为中高频振动;随着运营速度增加,轨道板及底座板在中高频范围内的振动频率增加。     

高速铁路钢轨波磨对沿线声环境的影响

针对铁路钢轨异常波磨问题,在某高铁线路两侧对未发生异常波磨和发生波磨路段进行了噪声测试.发生波磨与未发生波磨区段的测试对比结果表明:(1)对于300 km/h动车组,动车组通过时段的等效声级远轨侧前者比后者增加2～4 dB(A),近轨侧前者比后者增加5～7 dB(A);315 Hz及以下的低频噪声基本不发生变化,在630 Hz、1 250 Hz处出现增量峰值,峰值增量接近10 dB(A).(2)对于250 km/h动车组,动车组通过时段的等效声级变化不明显[1.0 dB(A)以内];315 Hz及以下的低频噪声基本不发生变化,在500 Hz、1 000 Hz处出现增量峰值,峰值增量2～3 dB(A).(3)根据理论计算,对于250 km/h动车组,一阶振动频率约在490 Hz左右;对于350 km/h动车组,一阶振动频率约在600 Hz左右,与现场噪声峰值出现频率的实测结果非常接近.     

高速铁路钢轨波磨对弹条疲劳寿命的影响

为研究高速铁路钢轨波磨对扣件弹条寿命的影响,建立了车辆-轨道耦合动力学模型、扣件弹条瞬态有限元模型、扣件弹条疲劳寿命预测模型,仿真计算了列车高速通过波磨波长60～160 mm、波深20～160μm的钢轨波磨区段时扣件弹条的动态响应及疲劳寿命。结果表明：列车通过波磨钢轨时,钢轨对扣件的作用力及钢轨垂向位移变化曲线均发生明显的高频波动,其波动频率与钢轨波磨引起的激励频率一致,导致弹条动应力大幅增加;当波磨波深相同、波长在80 mm和130 mm时,波磨通过频率与扣件弹条固有频率接近,从而产生共振,导致扣件弹条动应力明显增大而疲劳寿命明显降低;同一波长下,随着波磨波深增加,扣件弹条动态响应加剧,疲劳寿命大幅降低。     

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。     

铁路钢轨波磨研究及其治理

基于国内铁路近几年来出现的钢轨波磨现象,描述了钢轨波磨的特点,分析了钢轨波磨的主要形成原因,提出了利用分形插值法将基于分形理论的钢轨波磨评价指标进行优化,总结出了钢轨波磨的治理建议.     

车轮多边形对曲线钢轨波磨的影响研究

为了研究车轮多边形对地铁高弹性扣件曲线地段普遍出现的钢轨波磨的影响,用多体动力学软件UM建立车辆-轨道耦合模型,在小半径曲线段进行仿真。通过改变车轮多边形的阶数,分析轮轨蠕滑特性的变化趋势,然后运用钢轨表面磨耗计算模型对波磨的产生与发展进行研究。结果表明：随着车轮多边形阶数的增大,内轨蠕滑率减小,外轨蠕滑率增大,蠕滑力变化不大且出现不同程度饱和,其中内轨更倾向发生波磨;同时,在频谱图上波磨特征频率峰值总是出现在车轮多边形的通过频率处;随着运行次数的增加,波磨特征频率峰值逐渐增大,且增长速率逐渐减缓。     

轨枕间距对钢轨波磨的影响

主要研究轨枕间距对钢轨波磨发展的影响。研究小半径曲线内轨的小矢跨比波磨。这些出现问题的曲线段属于西班牙毕尔巴鄂区域的地铁轨道,铺设着混凝土道床和两层STEDEF型支承垫层。当初始轨枕间距为1000mm时,仅有92万组轮对通过后所测得的波磨深度峰-峰值已经达到0.42mm。随后更换产生波磨的钢轨,比较列车通过时轨枕上方和轨间中部的内轨垂向、横向加速度。当轨枕间距为1000mm时,轨间中部出现频率为204和244Hz的强烈响应,在轨枕上方却未出现。在相邻轨枕中间铺设一个轨枕,使轨枕间距变为500mm,钢轨波磨停止发展。该结论是根据2年的观测结果得到的。     

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...     

轮对振动对产生钢轨异常波磨的影响

针对北京地铁钢轨异常波磨问题,从轮对角度出发,探讨轮对振动与钢轨异常波磨之间的关系;根据北京地铁钢轨异常波磨现场调查及测试发现的轮轨共振现象,建立轮对三维有限元分析模型;分别对动车和拖车轮对进行垂向及扭转振动分析,提出轮对振动与钢轨异常波磨之间的联系.     

高速铁路钢轨波磨地段轴箱振动加速度时频特征分析

钢轨波磨是一种常见的高速铁路轨道病害。为了研究钢轨波磨参数与轴箱加速度响应时频特征之间的对应关系,从理论上探索通过轴箱振动加速度识别钢轨波磨的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立了考虑车辆主要部件柔性化的刚柔耦合动力学模型。通过与实测数据的对比,验证了模型的准确性;在研究了钢轨波磨参数与轴箱振动加速度时域信号之间因应关系的基础上提出了一种基于VMD-SPWVD的钢轨波磨时频分析方法,并验证了该方法的有效性。研究结果表明,钢轨波磨会对轴箱振动加速度信号产生较大影响;不同波深和波长下的轴箱振动加速度最大值在时域信号中的位置具有随机性;钢轨波磨参数与轴箱振动加速度均方根之间的规律性较为明显,但其作为一种时域指标无法准确定位波磨区段的位置和严重程度;相较于时域分析方法,本文提出的基于VMD-SPWVD的时频分析方法能有效反映钢轨波磨参数与轴箱振动加速度之间的因应关系,时频分析结果能准确得到钢轨波磨的特征频率且不存在干扰成分,能量幅值与钢轨波磨波深之间呈正相关,该方法可以定位波磨存在的区段并能够体现同一区段不同位置波磨的严重程度。最后采用该方法对实测数据进行分析,进一步验证了本文所述方法通过...     

从钢轨异常波磨研究反思地铁设计

对近期北京地铁钢轨异常波磨治理研究过程从设计角度进行反思,包括振动控制技术的单一性、轮轨动力匹配等.提出今后轨道系统设计改进的思路与方向,包括设计应以实现其基本功能为核心、轨道减振设计应充分考虑其不利性、还"轨道减振"为"地铁减振"等,以及其他一些探讨性建议.     

钢轨波磨的试验研究

钢轨波磨受多种因素的影响,本文采用赫兹模拟准则进行实验室模拟研究,通过振动功率谱的分析,指出载荷、转速、蠕滑率对钢轨波磨波长的影响。分析了波磨的形成原因,指出轮轨系统的振动和轮轨接触表面之间的切向力的共同作用是波磨形成和发展的主要因素。     

高速铁路无砟轨道路涵过渡段上拱整治

针对兰新客运专线K2450—K2460区段路涵过渡段路基上拱病害反复发生难以根治的情况,考虑工点施工条件,分别研究制定了上拱段桩板结构整治、暗挖落道整治两套方案。通过优化整治方案,细化施工注意事项,组织开展路基上拱整治实践,彻底整治了路涵过渡段上拱问题,恢复了无砟轨道平顺性,消除了高速铁路长期限速点。通过实践形成一套全路首创、彻底整治高速铁路无砟轨道路基上拱的技术和方法。     

高速铁路道岔打磨对钢轨平顺性及轮轨动力学性能的影响

为提高一高速铁路道岔焊缝处的轨道平顺性,解决列车通过时有异响等问题,分别采用传统垂直打磨机和数控钢轨精磨机对某1/18道岔的焊缝处进行了打磨。通过现场试验,测试了道岔打磨前后线路不平顺及列车通过时的轮轨力和振动加速度。对比打磨后钢轨平顺性和动力学性能的变化,分析两种打磨机的打磨效果及打磨遍数的影响。测试结果表明：两种打磨机均可改善道岔钢轨焊接接头平顺性;打磨后车辆通过时轮轨力、钢轨振动加速度均有所改善,且精磨机的改善效果大幅优于垂磨机;采用精磨机打磨结束后,振动频率3.0～7.0 kHz附近的钢轨振动响应幅值大幅下降,钢轨振动加速度大幅减小。     

列车及轨道参数对曲线钢轨波磨影响及防治措施研究

针对地铁曲线段出现的钢轨波磨问题,利用车轨动力学模型研究了转向架一系横向及纵向刚度、轮轨摩擦系数、曲线半径、超高、轨距、轨道横向及垂向支撑刚度等参数对曲线轮轨磨耗的影响,结果表明:(1)适当减小转向架一系纵向刚度可显著降低曲线段轮轨磨耗;(2)轨面摩擦系数由0.5降低至0.3,轮轨磨耗指数可降低约25%;(3)轮轨磨耗随曲线半径的减小呈指数式增长;(4)线路超高、轨距对轮轨磨耗影响较小,进而提出曲线钢轨波磨的防、治措施建议:(1)适当降低轮轨间摩擦系数、提高钢轨硬度、加宽曲线段轨距和开展曲线轨道磨耗信息化管理等措施,可缓解既有线曲线钢轨波磨;(2)优化车辆一系横向及纵向刚度、增大线路曲线半径、避免小半径"S"形曲线、设置曲线欠超高、降低轮轨间摩擦系数等措施,可对新建线路曲线钢轨波磨进行预防。     

高速铁路无砟轨道路基上拱变形整治研究

研究目的:随着国内高速铁路飞速发展,高速铁路网覆盖范围越来越大,遇到的地质条件趋于多样化与复杂化,运营过程中病害类型较多,其中无砟轨道路基上拱变形问题在近年陆续显现,严重影响轨道的平顺性与行车安全,因此有必要深入研究其上拱变形的机理和整治方案,以确保高铁高速运行的安全。研究结论:(1)高速铁路路基填料应特别警惕硫铁矿伴生的硫酸钙盐矿物含量,其与水结合吸收结晶水发生水化反应形成二水硫酸钙,导致体积竖向膨胀上拱2.68%～6%,具有遇水膨胀但失水不收缩的特性;(2)上拱变形规律是冬春季细雨低温下填料含水量不断上升导致上拱膨胀量持续增大;夏秋季升温蒸发后失水,含水量减小,膨胀上拱趋势减弱;大气降水影响填料膨胀变形的深度在1～2.3 m;(3)轨道板下膨胀填料单元整体受力处于非刚性有限约束,基床表层及基床底层的折减经验系数宜分别按0.45与0.55取值;(4)在不同的限制条件下宜采用不同的整治方案,开通前或有单线封锁条件的情况下可采用揭板明挖法,在限速运行及天窗条件下宜采用暗挖置换方案;(5)本文所述各方案整治效果明显,整治经验可为今后类似工程提供借鉴与参考。     

基于移动单元法的高速铁路轨道不平顺特性研究

轨道不平顺不仅是引起列车和轨道振动的主要激扰,也是影响列车安全平稳运行的重要因素。为分析中国高速铁路轨道不平顺谱的特性及其对列车运行的影响,采用移动单元法建立考虑离散支撑的无砟轨道-车辆耦合模型,将逆傅里叶变换得到的中国轨道不平顺谱时域样本作为轮轨激励输入,通过编程数值计算分别研究列车速度、不平顺幅值和波长对轨道-列车系统动力响应的影响。研究表明：基于移动单元法建立的无砟轨道-车辆耦合模型的计算结果与有限元模拟结果吻合良好,移动单元模型准确可靠;轨道高低不平顺的幅值和波长特性均对系统的竖向动力响应有着显著影响,随着幅值增大和较短波长成分增加,轨道位移和轮轨接触力明显增大,其中2 m左右的不平顺波会对轮轨动力特性产生显著影响;此外,较高的车速会加剧系统的竖向动力响应。     

基于波噪比的高速铁路钢轨波磨快速检测方法

为实现高速铁路钢轨波磨里程覆盖式、高频次、快速测量,提出基于波噪比的钢轨波磨快速检测方法。采用便携式添乘仪检测高速列车车体振动和车内噪声数据,提出基于车体纵向加速度进行数值积分来计算列车速度和里程,采用曲线地段车体摇头角速度里程与台账里程的偏差值修正速度积分误差。利用提取的里程修正后车厢噪声数据与钢轨波磨对应的400～700 Hz频带成分,计算频带能量占噪声总能量的比值,并获取波噪比超限时的钢轨波磨波长和里程。结合高速列车实测数据分析,研究结果表明：速度修正后列车定位里程最大误差为87 m,对波磨比大于0.3的线路区段进行钢轨波磨波形测量和轴箱加速度振动能量比分析,钢轨波磨波长范围为53～57 mm,实测波长为53 mm,验证了该方法的正确性,为高速铁路钢轨波磨的快速测量提供技术支撑。     

郑西高铁K921段无砟轨道上拱整治方案研究

郑西高铁修建在大面积湿陷性黄土地区。论述和分析灵宝西—华山北区间K921+000—208区段线路轨道结构、线路设备、地质勘察和地基处理。针对K921+000—208区段线路病害,分析产生原因并进行研究,提出病害区段无砟轨道结构局部重新施作、局部挖除及重植轨枕、道床板落道整治、打磨轨枕承轨台和道床现浇承轨台方案;建议采用局部挖除及重植轨枕方案。