某地铁转向架构架端部开裂机理及分析

针对某B型地铁在正常运营过程中发生转向架构架端部开裂问题,文中采用运营模态分析和线路试验开展断裂机理研究。首先文中基于PolyMAX方法识别出构架在实际运营中的工作模态,其中构架端部存在频率为222.9 Hz,阻尼比为0.72%的纵向摆动固有模态;然后通过分析轴箱、构架端部加速度和动应力时频特性以及对典型区间轨道调查发现,车辆以60 km/h的运营速度通过含有波长为80 mm钢轨波磨的弹性短轨枕区段时,构架端部与轨道固有频率重合,从而导致结构共振引发疲劳破坏;在相同工况条件下,构架端部安装加强筋改进后的结构,其振动加速度和动应力均比原方案减小90%左右,同时对改进前后构架端部进行寿命评估,结果表明安装加强筋后的构架端部损伤值大幅降低,满足转向架的使用寿命要求。     

撒砂装置振动疲劳寿命评估研究

在轨道车辆实际运营过程中，经过准静态疲劳校核后的结构会出现由于随机振动疲劳而导致结构失效的现象。基于此，文章以动车组撒砂装置为例，分别基于标准IEC 61373中定义的各方向轴箱加速度功率谱和基于实测数据的考虑多特征频带的平直谱作为载荷输入，结合时域法、Dirlik法、Lalanne法、Rayleigh法和Zhao-Baker法对动车组撒砂装置振动疲劳寿命进行了评估。结果表明，在4种频域法结构损伤的计算结果中，Zhao-Baker法和Dirlik法与时域法损伤计算结果较为接近，而Lalanne法和Rayleigh法相差较大，说明Zhao-Baker法和Dirlik法对撒砂装置结构损伤计算较为准确，可以用于动车组撒砂装置的随机振动疲劳研究。另外，相比实测线路数据，标准IEC 61373中定义的功率谱高估了低频范围的撒砂装置服役载荷幅值水平，而忽略了大于500 Hz频率范围对撒砂装置疲劳强度的影响。     

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。     

某型动车组转向架撒砂装置螺纹连接系统安全可靠性研究

动车组转向架安装撒砂装置作为典型的车辆悬臂结构件,在线路条件下承受随机振动激扰,其与轴箱体之间采用螺纹连接,螺纹连接的可靠性设计对撒砂装置的结构安全和行车安全至关重要。首先建立撒砂装置有限元模型,根据模态测试数据验证了有限元模型的准确性;然后以车轮镟修前后的线路实测数据作为有限元计算的边界条件,提取螺纹连接受到的等效正弦载荷;最后基于VDI 2230—2003e标准系统评估了螺纹连接的安全性和可靠性。结果表明,车轮镟修对改善螺纹连接的安全性和可靠性效果显著,形成的流程和方法对相关轨道车辆螺纹连接的评估具有指导意义。     

高速铁路曲线线路车线耦合系统动力学性能仿真分析

依据系统工程理论,建立高速铁路曲线线路车线耦合系统有限元模型,对曲线线路在高速行车条件下的耦合系统动力学性能进行仿真,研究时速300 km等级高速动车组作用下曲线线路安全与平稳性指标,曲线线路轨道结构各部分的振动响应、列车速度与曲线半径和超高的关系.结果表明动车组以350 km·h-1的速度通过半径为5 500,7 000和9 000 m的曲线线路时,动车组的垂向和横向振动加速度以及平稳性能均满足舒适度要求,而且脱轨系数和轮轴横向力也能满足列车运行安全性要求;钢轨支点的横向力表现为过超高时内轨侧大、外轨侧小,欠超高时外轨侧大、内轨侧小;钢轨、轨枕的垂向和横向加速度随速度增加明显增大,而道床和路基的垂向加速度变化不大;钢轨和轨枕的横向动位移和动态轨距扩大量随速度的增加而增大;相同速度下,曲线半径小的轨道振动相对较大.     

地铁提速对减振垫浮置板轨道振动特征的影响分析

为研究地铁列车提速对减振垫浮置板轨道的振动特征的影响,对比分析地铁列车行车速度为80 km/h和120 km/h工况下减振垫浮置板轨道时域和频域的实测结果。分析结果表明:行车速度对减振垫浮置板轨道结构垂向位移的影响不大;行车速度为120 km/h的工况下钢轨、浮置板、隧道的振动加速度1/3倍频程的峰值较行车速度为80 km/h的工况下的峰值分别有6.2、2.8、0.5 dB的增大;分频段分析各测点振动加速度综合振级,结果显示:在0~20 Hz与20~80 Hz频段内,只有钢轨的振动加速度综合振级增长超过5%,浮置板与隧道振级变化均小于2.5%,在80~120 km/h速度范围内,行车速度的提高对减振垫浮置板轨道隧道振动的影响并不明显。     

提速情况下磁浮轨道结构振动响应及传递特性研究

中低速磁浮交通提速是目前研究趋势，但速度的提升会影响车辆运行稳定性。为探究提速后轨道的动力响应及其适应性，通过建立中低速磁浮车-轨-桥耦合动力学模型，对更高速度下轨道的振动响应进行仿真分析，并以长沙磁浮快线为对象，测试100～140 km/h速度区间内轨道的振动加速度及振动位移。研究结果表明：轨道各结构的振动响应存在差别，沿着F轨-轨枕-轨道梁逐渐减弱，车辆对轨道的垂向冲击大多被F轨的振动及弹性变形吸收，而横向冲击则更多地传递至下方的轨枕和轨道梁；随着车辆运行速度的提高，轨道的振动加速度响应逐渐加剧，轨道梁横向振动加速度较之垂向振动加速度增加更为明显，而轨道的振动位移响应则基本未表现出与速度的相关性；当车辆的运行速度提升至140 km/h后，轨道梁的垂、横向最大振动加速度分别为2.37 m/s²和0.96 m/s²,速度提升至160 km/h时，轨道梁的垂向最大振动位移为3.55 mm, F轨内外磁极面最大高度差为0.44 mm,均在规定的限值范围内，轨道的振动响应满足要求。     

车轮滚动及轨道板激励与车辆固有频率匹配分析

为研究车轮滚动及轨道板激励与车辆固有频率匹配关系,首先对某动车车体进行静态台架模态试验,识别车体固有模态参数;然后在某线路上测试车体振动加速度,识别车体在各互功率谱峰值处ODS变形。通过理论计算车轮滚动频率与某高阶变形频率接近,该频率下车体变形为车轮滚动激励所导致;在速度250km/h,轨道板激励频率与车体1阶垂弯频率接近,车体1阶垂弯变形被轨道板激励频率激发,车体能量较大,垂弯振动较为剧烈,车体中部和转向架上方地板振动较大。轨道板激励导致车体强迫共振。     

基于轴箱加速度方差分析的高速铁路轨道状态检测方法研究

由于轨道激扰引起的车辆动力学响应峰值具有一定的随机性,采用车辆动力学响应指标的最大峰值判断轨道的状态具有一定的片面性。对轨道激扰的评估应采用统计学方法综合考虑该轨道激扰对应的动力学响应。本文基于滑动方差统计分析的方法对动车组通过线路时的轴箱垂向加速度进行分析,实现采用轴箱垂向加速度滑动方差峰值对轨道状态进行评估。对比分析结果表明,在线路检测中采用轴箱加速度滑动方差峰值作为评判依据较直接峰值更为合理。     

地下线路橡胶减振垫轨道减振性能研究

为了得到地下线路采用橡胶减振垫轨道的减振效果,建立车辆—轨道—隧道—土层—建筑物的三维有限元-无限元耦合模型,分别计算采用普通整体道床轨道和橡胶减振垫轨道2种工况下沿线建筑物的三向振动加速度振级。结果表明:列车运行引起的建筑物振动,以垂直于线路方向的横向振动为主,其次为垂向振动,平行于线路方向的纵向振动最小;采用橡胶减振垫轨道后,楼柱节点的横向、纵向加速度振级明显减小,且随着距地面高度的增高,降幅基本一致,约为8.9 dB;采用普通整体道床轨道和橡胶减振垫轨道时,楼板垂向振动规律基本一致,即随着楼层的增加,楼板垂向振动呈现先减后增的趋势,但是差别甚小。与普通整体道床轨道相比,橡胶减振垫轨道可以降低楼板垂向加速度振级约9 dB。     

车轮多边形磨耗对车辆-轨道动态相互作用的影响

为确保时速400 km下列车安全平稳运行，车辆部件正常使用，以车辆-轨道耦合动力学为理论基础，将车轮多边形磨耗考虑为轨道不平顺激励，针对单阶主导的车轮多边形形式，分析了车轮多边形阶数、幅值对车辆-轨道动态相互作用的影响规律；基于轮轨垂向力170 kN的限值要求，给出了时速400 km行车条件下车轮多边形阶数、幅值组合的安全限值。结果表明：随着车轮多边形阶数增加，轮轨垂向力逐渐出现高频波动，且阶数越高，波动频次越高，波动幅值越大；车轮多边形幅值越大，对轮轨动态相互作用的影响越明显；相比无多边形的正常车轮工况，轮对垂向振动加速度增幅总体上随车轮多边形阶数增大而增大；车轮多边形对车体和构架影响不大。     

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。     

地下线路浮置板轨道减振特性仿真分析

为了分析地下线路采用浮置板轨道的减振效果,建立了车辆—轨道—隧道—土层—建筑物的三维有限元模型,分别计算了采用普通整体道床轨道和浮置板轨道两种工况下建筑物的三向振动加速度。结果表明:列车运行引起的建筑物振动,以垂直于线路方向的横向振动为主,其次为垂向振动,平行于线路方向的纵向振动最小;采用浮置板轨道后,楼柱节点的横向、纵向加速度振级明显减小,且随着距地面高度的增高,降幅基本一致,约为11 dB;采用普通整体道床轨道和浮置板轨道时,楼板垂向振动规律基本一致,即随着楼层的增加,楼板垂向振动呈现先减小后增大的趋势,但是相差较小。     

高速动车组转向架失稳报警问题研究

结合高速动车组车载转向架失稳报警装置在应用中的实际问题,针对车辆第一次失稳报警后的限速时间及加速度传感器的布置方案进行深入探讨。根据实测数据及相关标准,在保证车辆运行安全的基础上,以最大限度保证运营秩序为原则,当车辆首次出现报警限速值200 km/h时,建议限速保持时间不小于106 s。通过构架不同端部实测振动数据以及构架受力分析,对于单转向架,由于前后轮对蛇行运动存在相位差,非导向轴上方构架端部受到导向轴力的叠加影响,横向振动加速度幅值一直大于导向轴构架端部,因此建议传感器布置在1、4轴或2、3轴构架端部。     

CRTS-Ⅰ型板式无砟轨道路基动力响应现场试验研究

为研究运营多年后高速铁路无砟轨道路基振动特性，对沪宁城际高铁路基段进行了现场实车测试。结果表明：板端位置，无砟轨道路基各结构层振动加速度值沿垂向快速衰减，呈指数趋势；板中位置，无砟轨道路基各结构层振动加速度值沿垂向平缓衰减，呈大致线性趋势。路基面和路肩处振动加速度值在板端、板中位置均较为接近；板端特殊位置主要对轨道板和底座板的振动响应有放大效应，且列车速度对板端振动加速度的放大效应最为显著。无砟轨道路基结构中轨道板、底座板振动位移随列车运营速度的变化大致呈线性关系，而路基封闭层和路肩位置振动位移随车速提高变化趋势不明显，与京津、武广、郑西等高铁路基内侧所测动位移分布规律一致。     

基于实测应力的动车组制动盘盘毂服役特性

针对仿真或仅考虑紧急制动状态下动车组制动盘盘毂安全性分析中存在的不足,基于盘毂应力在线测试,分析动车组高速运行和不同制动方式下盘毂的频谱特性和成分特性;考虑应力集中,根据静力等效原则进行毂齿根部的应力线性化,分析不同制动方式对盘毂疲劳损伤的影响;采用指数模型拟合和核密度估计相结合的方法,推理97.5%置信度下的盘毂实测应力谱,并考虑车轮镟修前后盘毂损伤演化和材料强度退化,评估盘毂服役安全性。结果表明:盘毂载荷振动频率主要分布在0~71 Hz和341~680 Hz频带,车轮镟修可有效降低341~518 Hz频带内的载荷振动、消除518~680 Hz频带内的载荷振动;动车组高速运行和车轮状态不良是造成盘毂损伤的主要原因;若按盘毂服役寿命为1500万km计算,盘毂疲劳薄弱区的等效应力为37.4 MPa,累积损伤为0.61,该结果可为盘毂的结构设计和检修维护策略制定提供依据。     

高速列车车轮多边形动力学试验与仿真研究

国内某列动车组的车轮存在18阶和19阶的车轮多边形,为研究车轮多边形对车辆振动行为的影响,对该车进行了线路跟踪试验,对关键部件的振动加速度进行了测量和分析.以线路跟踪试验条件为基础,采用SIMPACK建立动力学仿真模型,输入实测数据,从时域和频域方面对比线路试验与动力学仿真获得的各个关键部件的振动数据,并比对结果差异,分析产生的原因.结果 表明:构架垂向加速度的线路试验数据略大于仿真数据,轴箱垂向加速度总体差距较小;仿真和线路试验构架振动能量均集中在540 Hz左右,仿真试验轴箱振动能量集中在527 Hz左右,线路试验轴箱振动能量集中在542 Hz左右,均接近由19阶车轮多边形引起的振动频率(547.81 Hz),且两者振动能量起伏趋势大体相似.说明仿真试验基本可以还原线路试验,且能较为准确地反映车轮多边形对车辆振动行为的影响.     

考虑车体弹性效应的铁道客车系统振动分析

建立了铁道客车垂向振动系统数学模型。将车体看成两端自由的均质等截面欧拉梁,并考虑二系悬挂采用半主动减振器,导出客车系统的运动微分方程组,给出客车系统各模态共振速度的定义和计算公式。共振速度是车辆系统的固有属性,车体弹性振动各模态共振速度由车体的自振频率和车辆定距决定。计算车体一阶和二阶弯曲振动共振速度及对应的轨道波长,进行了客车系统在轨道简谐输入情况下的幅频特性分析和随机输入情况下的随机响应分析。通过计算可知,为了减小车体垂向共振峰值,车体一阶弯曲自振频率应尽量离开构架的浮沉自振频率;由于车体弹性振动的影响,车体端部的振动加速度和位移要大于中部,弹性车体模型的平稳性指标大于刚性车体;采用半主动减振器能够显著降低车体的加速度、位移和平稳性指标,但会使构架的加速度和位移有所增大。     

基于标准载荷工况与高频振动工况的高速动车组转向架构架疲劳强度对比分析

我国某型高速动车组运用维护数据统计分析显示,在特定运用条件下,车轮出现显著多边形磨耗。分析了高速动车组转向架的构架在不同运用工况下的疲劳强度。结果显示,在常规运用工况下,基于标准载荷的疲劳强度评估与实际运用情况较为吻合,但在车轮多边形磨耗导致的高频激扰作用下,构架疲劳等效应力显著高于基于标准的评估结果。基于既有标准的构架疲劳强度评估对模态应力的影响存在一定局限性。     

高速铁路隧道线路底部结构累积疲劳损伤特性分析

利用侧向双轴拉-压疲劳损伤力学模型,建立隧道线路底部结构疲劳寿命分析方法。基于MIDAS GTS NX三维有限元分析平台,以武广高速铁路某双线隧道线路结构为研究对象,建立围岩-隧道衬砌结构-线路底部结构动力相互作用分析模型,研究隧道线路底部结构轨道板、混凝土支承层以及仰拱填充层动力响应特征与疲劳损伤寿命。研究结果表明,高速列车振动荷载在隧道线路底部结构内产生的动应力属于侧向双轴拉-压应力状态;隧道线路普通段底部结构疲劳寿命主要取决于轨道板,其疲劳寿命满足设计使用年限要求,而隧道端部线路底部结构的疲劳寿命则同时取决于轨道板和仰拱填充层,其疲劳寿命均少于60 a,达不到线路设计使用年限要求;隧道端部线路底部结构是隧道使用寿命设计的关键性控制因素。