考虑变摩擦系数的轮轨系统滑动接触热弹塑性应力分析

以LM型踏面车轮和60kg·m-1钢轨为例,采用双线性塑性模型和平面应变热力耦合单元实现轮轨的热弹塑性耦合,传热过程中考虑轮轨接触斑处的非稳态热传导以及轮轨与周围环境间的热对流和热辐射,建立轮轨滑动接触二维热弹塑性有限元模型,分析轮轨接触斑间全滑动时不同相对滑动速度下,与温度变化相关的变摩擦系数对轮轨接触表面温度和等效应力的影响,并与取0.334的常摩擦系数时进行对比。结果表明:钢轨在轮轨接触斑附近的摩擦温升主要分布在其接触表面大约1.8mm的深度范围内,而车轮的主要分布在其接触表面大约2.5mm的深度范围内,采用变摩擦系数得到的轮轨摩擦温升要比采用常摩擦系数时低57%左右;轮轨接触斑附近钢轨和车轮的最大等效应力出现在车轮和钢轨的次表面上,采用变摩擦系数时得到的车轮和钢轨等效应力的影响范围比采用常摩擦系数时略小;轮轨间相对滑动速度对车轮接触表面的温度和等效应力影响不明显,但对钢轨接触表面温度和等效应力的影响明显,相对滑动速度越大,钢轨接触表面的温度也越高。     

改进型无砟轨道轨向矫正器

JR东日本公司开发了改进型轨向矫正器，其特点是：改进移动钢轨用的卡钩，通过在钢轨底部施加作用力，可防止钢轨出现小位移；为降低重量，将千斤顶弯轨器与钢轨卡钩分开放置，较容易搬运；为了便于在高处施工时搬运，在钢轨卡钩部位安装了拆卸式辅助钢轨滚轮；移动钢轨时卡钩部位过载会造成卡钩变形与损伤，     

钢轨主动打磨磨石界面热应力分析及影响研究

为分析钢轨打磨时的摩擦、磨损及疲劳损伤,根据传热学理论,通过热机耦合方法,运用ABAQUS软件建立钢轨打磨有限元模型,以分析不同车速、打磨电机功率和打磨宽度对钢轨表面温度场和应力场的影响。钢轨与砂轮之间摩擦所产生的热量等效为一个移动热源,数值分析磨削过程中钢轨表面的温度、应力及应变状态。结果表明:钢轨打磨是一个快速升温、缓慢降温的过程;高温区温度场、等效应力场均呈以打磨轴线为中心、向四周扩散的椭圆形分布,且打磨高温区深度较浅,打磨产生的高温影响范围有限;钢轨表面最高温度随打磨车速度和打磨宽度的增加而减小,随打磨电机功率的增加而增加,仿真结果与实际打磨情况较为符合。     

京广铁路列车通过总重对钢轨伤损的影响

为得到客货共线铁路列车通过总重对钢轨寿命的影响规律,对京广铁路下行K807+000—K1110+000区段钢轨伤损数据进行统计分析,并以实际工况下列车通过轴重为荷载条件,建立钢轨三维实体有限元模型,对钢轨在循环荷载作用下的疲劳寿命进行研究。研究结果表明:随着列车通过总重的增大,钢轨伤损数量以及增长速率呈非线性增加,在200 Mt时增长速率有一突变;钢轨累计重伤率与列车通过总重符合幂函数关系,利用拟合公式预估钢轨寿命为10.62亿t～16.03亿t;在实际轮载条件下,钢轨疲劳寿命次数为4841万次,换算为列车通过总重后与统计分析结果吻合。研究结论可为线路设备维护决策和线路大修周期界定提供技术理论支撑。     

城市轨道交通钢轨电位异常问题研究

针对国内某地铁线路出现的车辆段和正线钢轨电位限制器（OVPD）频繁动作的问题，搭建了综合考虑正线和段场的回流系统仿真模型，研究正线和段场钢轨电位的传播机理。在某停车场及邻近3个正线车站进行了同步试验，通过对单向导通装置电压、电流以及钢轨电位的测试结果进行分析，利用供电仿真模型还原了该线路正常运营期间单向导通装置对停车场和正线钢轨电位的影响过程，得出结论：设置单向导通装置会恶化段场钢轨电位并导致OVPD动作；段场OVPD分合闸过程中会产生操作过电压，该过电压会通过单向导通装置传递至正线，进而导致正线车站Ⅰ段甚至Ⅱ段OVPD动作。     

钢轨焊接接头不平顺演变条件下的轮轨接触分析

钢轨焊接接头处容易出现短波几何不平顺，严重制约着钢轨的服役寿命并影响行车安全。为研究钢轨焊接接头几何不平顺演变对轮轨接触行为的影响，首先，基于有限元方法建立三维轮轨滚动接触模型，分析我国某线路实测钢轨焊接接头几何不平顺处的轮轨动态响应；随后，建立局部钢轨有限元模型，通过引入钢轨材料的循环本构模型，研究循环荷载作用下钢轨接头处的应力-应变响应。研究表明：(1)随着钢轨焊接接头几何不平顺的演变，轮轨接触力和接触应力逐渐增大，其变化率也随之提高；(2)考虑列车牵引工况时，在轮轨切向力的作用下，钢轨焊接接头处的材料响应在其几何不平顺演变过程中均处于棘轮效应状态，尤其是几何不平顺演变中后期，循环积累的应变显著增加，累积应变变化率由之前的22.4%增长到53.2%,即加快了钢轨的劣化；(3)若不考虑列车牵引或制动操作时的作用力，材料响应则为塑性安定。     

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究（一）——水介质条件下黏着特性

300～400 km·h^-1速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法,探究100～400 km·h^-1速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平(Ra为0.4～0.6μm)且有水介质条件下纵向蠕滑率为0～30%时的制动黏着特性。结果表明：在纵向蠕滑率从0.5%增至5%～8%过程中,黏着力系数出现了减小的现象,此阶段不利于黏着的利用;纵向蠕滑率增至一定数值后(一般为5%～8%),若继续增加,则出现黏着力系数再上升的现象;试验速度为200 km·h^-1时,当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰,在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”;试验速度在300～400 km·h-1范围内,当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰,此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍;加...     

城市轨道交通车辆段和停车场轨道工程常见专业接口探讨

对目前我国城市轨道交通车辆段和停车场轨道工程与工艺、机电、建筑及结构、站场及路桥、环评等专业的接口存在的问题进行了总结，并给出优化建议。建议如下：柱式检查坑立柱内壁距离宜设计为1.1 m,需核实工艺专业对不同类型道床长度、钢轨长度、端洗轨轨距、车挡的要求；避免漏埋过轨管线、漏设过轨沟槽、绝缘节设置位置不正确而导致后期整改；采用钢轨接头处立柱加密的设计方案时，需结合扣件选型合理确定加密处扣件间距，避免接头处扣件与钢轨接头夹板冲突；库前截水沟宜采用钢筋混凝土结构，尽量减小截水沟宽度以控制该处的扣件间距，或降低截水沟盖板标高、采用道口板覆盖的方案；为提高立柱的施工质量，可由轨道专业一次施工完成立柱，或采用扣件下方增设铁垫板、铁垫板部分埋入立柱的方案，以及预制立柱方案；站场排水沟和电缆井应避免被道砟覆盖；需做好整体道床-碎石道床过渡段的工后沉降控制；段场上盖开发时需根据上盖开发业态进行环境影响预测及评价，确保轨道减振降噪措施经济合理。     

弓网分离时刻牵引电流相位对弓网离线电磁骚扰影响研究

弓网离线电弧引起的电磁辐射，是列控系统主要的电磁骚扰源之一。为研究弓网离线时刻牵引电流相位对弓网离线电磁辐射特性的影响，在实验室中搭建弓网分离时刻电流相位可控的低压大电流弓网离线拉弧模拟试验平台，同步采集不同离线相位下的电弧电压、电弧电流及电磁辐射的时域波形数据，通过对电磁辐射时域信号进行快速傅里叶变换（FFT），分析离线相位对电磁辐射信号频域特性的影响规律。结果表明：弓网离线拉弧放电过程中，起弧和熄弧时刻的电磁辐射通常大于稳定燃弧时的电磁辐射；离线拉弧电磁辐射主要频段的中心频率约为4,7,15和25 MHz左右，且不同频段电磁辐射强度与弓网分离时刻的牵引电流相位相关，4和7 MHz骚扰信号峰值出现在270°相位发生离线时，15 MHz骚扰信号峰值出现在234°相位发生离线时，25 MHz骚扰信号峰值出现在306°相位发生离线时；离线时刻相位的随机性是导致弓网离线干扰故障随机性的重要原因之一。试验结果对于搭建测试平台进行故障复现、研究过分相区断路器的分合闸控制策略以降低电磁骚扰，具有一定的借鉴和启发。     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下 CRTS II 型板式轨道垂向失稳的主要原因之一，通过建立带宽窄接缝伤损的 II 型板式轨道垂向稳定性分析模型，分析了宽窄接缝弹性模量差异，窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明：温升荷载作用下，窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著，施工时应保证宽窄接缝材料均匀，实现一致的弹性模量；窄接缝破损后，轨道板将出现带尖角的上拱波形，且窄接缝的损伤程度越高，轨道板上拱位移越大，结构越易发生破坏；宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

温升荷载下宽窄接缝伤损对轨道板垂向稳定性的影响研究

宽窄接缝伤损是温升作用下 CRTS II 型板式轨道垂向失稳的主要原因之一，通过建立带宽窄接缝伤损的 II 型板式轨道垂向稳定性分析模型，分析了宽窄接缝弹性模量差异，窄接缝破损和宽、窄接缝交界面损伤等对温升荷载下轨道板垂向稳定性的影响。研究表明：温升荷载作用下，窄接缝弹性模量降低比宽窄接缝弹性模量整体降低对轨道板的垂向稳定性影响更为显著，施工时应保证宽窄接缝材料均匀，实现一致的弹性模量；窄接缝破损后，轨道板将出现带尖角的上拱波形，且窄接缝的损伤程度越高，轨道板上拱位移越大，结构越易发生破坏；宽、窄接缝交界面损伤对轨道板的垂向稳定性影响较小。     

动车组避雷器受潮故障特征量的变化特性研究

为研究动车组避雷器在受潮情况下的故障特征量变化，搭建了避雷器人工受潮试验平台，控制避雷器分别达到轻度受潮、中度受潮和重度受潮3种状态。试验研究了不同受潮情况下避雷器的直流伏安特性、直流参考电压、0.75倍直流参考电压下的泄漏电流、交流电压下的泄漏电流等特征；同时设计水煮试验开展了相关测试，并与人工受潮试验结果进行了对比和验证分析。人工受潮试验结果表明，避雷器在受潮后的伏安特性曲线发生了明显的变化，泄漏电流由阀片本体的泄漏电流和筒壁泄漏电流组成，并且随着电压升高，环氧筒筒壁电流将占主导分量；避雷器直流参考电压U1m A在重度受潮时下降了6.8%，已经低于规程要求的5.0%；其0.75倍U1m A下的泄漏电流在轻度受潮时较正常状态增加了6倍，结合水煮试验可知，在受潮避雷器恢复干燥后，0.75倍U1mA下的泄漏电流也恢复到了正常值，即该故障特征量仅在避雷器受潮时反映灵敏；避雷器阻性电流在正常情况下占全电流的10%～20%，受潮后阻性电流占比达到了正常状态下的4倍，即阻性电流对受潮故障反映更加灵敏。     

基于仿真技术的高铁梁场生产效率及资源配置研究

采用现代管理技术对高铁梁场进行精细化管控对提升梁场建设管理绩效意义重大。针对当前梁场设计生产效率指标简单、资源配置主观性强等问题，采用仿真技术对高铁梁场建立仿真模型，在考虑工序作业时间随机性的情况下，通过仿真实验对梁场生产效率与工作时间制度的关系、工作时间制度与资源使用率的关系、以及资源配置方案对梁场生产效率的影响等问题进行研究。研究发现：(1)当梁场工作时间制度从10 h/d增至14 h/d时，每天工作时间每增加1 h,单台座制梁效率(η)可增加3%～4%;(2)梁场生产效率(K)小于单台座生产效率之和，采用公式K=§Mη(§=0.91～0.93)确定梁场生产效率更加准确；(3)对于仿真实验的目标梁场，在使用14 h/d工作制时，减少3个制梁台座和2套内模，梁场生产效率不会显著降低。     

考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道振动响应分析

在轨道交通实际运营过程中,由于无缝线路不能自由伸缩,无缝线路中的钢轨存在着一定的轴向温度力的作用。建立了考虑钢轨轴向温度力的无砟轨道连续弹性三层梁模型的振动微分方程,求解傅里叶变换域中的振动位移,通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动位移。利用MATLAB软件编制相应的程序,分析了钢轨轴向温度力对无砟轨道振动响应的影响。研究结果表明:钢轨轴向温度力越大,轨道结构的振动响应越小;当轨温变化升高50℃时,轨道结构的位移和动压力都将减小约5%～10%。说明钢轨承受适当的轴向温度压力对轨道结构的减振是有利的,该结论可为无砟轨道结构设计和运营管理提供参考。     

3000万次列车荷载作用下Ⅲ型板式轨道力学性能演化试验

利用CRTSⅢ型板式轨道-路基结构足尺试验模型,模拟高速列车荷载作用,进行3 000万次疲劳试验,对扣件刚度、隔离层刚度及各部件加速度的演化规律进行分析。研究结果表明:扣件动静刚度均随荷载作用次数增幅分别为116%和30%,动静刚度比呈线性增加,疲劳荷载作用到1000万次左右时,动静刚度比达到1.5;根据试验结果拟合得到隔离层刚度与荷载作用次数呈二次函数关系,相关系数为0.975,据此可以预测3 600万次时刚度达到最大值,约为初始刚度2.4倍;钢轨及轨道板加速度降幅分别为63%和34%,底座加速度增幅为54%;研究成果可为CRTSⅢ型板式轨道状态评估研究及养维策略制定提供参考。     

干湿循环作用下不同密实状态粉土压缩特性试验研究

以江苏省新沂地区粉土为研究对象，对经过不同干湿循环次数(N_wd)的粉土试样开展侧限压缩试验，研究干湿循环作用对不同密实状态粉土压缩特性的影响。结果表明：不同密实状态下粉土孔隙比总体上随着干湿循环次数的增加而减小，压实系数越高，粉土压缩指数随干湿循环次数的线性增加规律越明显；长期干湿循环作用(N_wd≥3)对粉土侧限压缩应变影响较大，粉土压实系数越高，其侧限应变出现峰值时的干湿循环次数越多；低压实系数下粉土在压力100～200 kPa时的压缩模量总体变化规律与割线模量一致，出现了较大的波动性，波动数据点位于两个指数函数包围的区域内；随着压实系数的增加，粉土的压缩模量及割线模量波动性减弱，均与干湿循环次数间呈指数函数关系。     

高速列车作用下板式轨道引起的地面振动

根据波数域内分层大地波动方程的求解理论,建立高速列车作用下板式轨道—大地耦合振动分析模型。利用Fourier变换,在频率—波数域内求解振动微分方程,再通过Fourier逆变换得到大地表面的振动位移响应。通过算例分析列车运行速度对板式轨道周围地面振动的影响。结果表明:列车运行速度越高,线路周围地面的振动响应越大。当列车速度大于200 km.h-1时,路基表面位移的幅值随车速提高迅速增大;然而当列车速度增至350 km.h-1时,位移幅值最大值又出现了回落。距离板式轨道中心线越近,行车速度的变化对地面振幅的影响越显著。尤其当列车速度接近地基的Rayleigh波波速时,由于引发共振而使地面振动位移出现峰值。     

地铁车辆段减振道岔减振特性试验研究

研究目的:地铁车辆段具有道岔和轨道接头多、曲线半径小、列车行车速度低等特点，其轨道结构的减振设计一般参照地铁正线，实际减振特性尚不明确。为掌握双层非线性扣件在车辆段内轨道道岔运用效果，对车辆段内减振道岔进行试验研究。研究结论:(1)双层非线性减振扣件能够减小钢轨传至扣件减振层以下的道床和盖板地面处振动，但扣件减振层以上的钢轨处振动显著增大；车速20 km/h时，辙叉处道床和盖板地面分别衰减6.6 dB和4.1 dB,钢轨处增大8.6 dB;(2)采用双层非线性扣件后，钢轨振动在大部分频段范围都增大，其中在10～20 Hz最为显著；道床在60～400 Hz之间衰减比较明显；盖板地面处衰减主要在20～60 Hz之间，但在5 Hz和10 Hz附近出现一定的放大；(3)减振道岔处钢轨-道床传递损失明显大于普通道岔，振动从钢轨传至道床处时，在1 000 Hz范围内都发生了衰减，其中在20 Hz以内衰减最为显著，衰减量在35 dB以上；(4)本研究成果可应用于铁道工程减振设计领域。     

既有线电动车用长寿命VCB的开发

真空断路器（VCB）在动车组上具有开关主电路电流以及电路发生故障时断开过电流的重要作用。文章介绍了真空断路器的寿命主要包括机械寿命及电气寿命。在每次保养中（开关次数仅20000次，工作2～3年）需要更换内置于VCB中的真空灭弧室。为实现高效维修，开发了长寿命真空灭弧室，确保开关次数在40000次以上。本文阐述了长寿命真...     

60N U71MnG钢轨轨头裂纹成因分析

对线路探伤检查发现的60N U71MnG重伤钢轨进行磁粉检测复核，在钢轨轨头工作边侧表面发现了裂纹。为查明裂纹产生的原因，人工压断裂纹钢轨并取样，对裂纹处断口进行宏观形貌观察、扫描电镜观察及能谱分析，以获得裂纹断口的形貌特征和伤损特点；对试样进行显微组织观察和维氏硬度检验，以分析裂纹的成因和机理，并在考虑温度拉应力和列车动弯应力作用下，对钢轨受力及裂纹萌生机理进行仿真分析。结果表明：钢轨轨头工作边侧表面裂纹为冷态下形成的外伤，裂纹及其附近部位曾受到过剧烈摩擦产生高温并发生相变产生了马氏体组织；当轨温为-33℃时，在温度拉应力和列车产生的动弯应力的共同作用下，白层马氏体表面中心偏下位置的拉应力为417.6 MPa，裂纹易从钢轨表面中心萌生，其尖端应力强度因子KI为28.9 MPa·mm1/2，高于钢轨断裂韧性KIC的最小单值，因此钢轨在经历很短的循环载荷周次后便从白层马氏体处发生裂纹失稳扩展。