车轮脱轨及其评价

在回顾了国内外关于车轮脱轨的基础研究之后，介绍了在单轮对滚动试验台上进行的实物车轮脱轨模拟模型，详细叙述了车轮的脱轨过程以及脱轨过程中累轨接触状况和车轮悬浮量的变化。研究了冲角，载荷，摩擦系数，速度等对车轮脱轨系数限界值的影响，详尽的数据和对试验结果的分析有利于研究车轮脱轨机理和深化认识车轮的脱轨过程，本文最后给出了目前国际上通用的对车轮脱轨安全性进行评价的方法。     

铁道车辆脱轨评估的安全标准

阐述了铁道车辆脱轨评估的安全标准，在准静态车轮爬轨的情况下，现有的安全标准是有效的。最近运行在高速线上的新干线车辆负载波动大的车轮进行了观察，但是在特定条件下对动态脱轨 没有制定评估方法。在通过对动态脱轨现象进行计算机仿真研究的基础上，建议利用Ｙ／Ｑ的持续时间评估脱轨安全性，本文根据道岔运行试验得到的线路数据建议控制的转向架的静态轮重减载率及其极限值。     

高速车辆动态脱轨临界状态评判方法

针对传统准静态脱轨系数指标监测高速车辆动态脱轨安全性时的局限性,提出基于车轮抬升量和轮对横移量、以轮对运动姿态决定的脱轨临界状态判断准则;建立高速车辆多刚体动力学模型,分析高速车辆动态脱轨非线性动力学特性,研究轮对运动姿态与车辆振动响应变化规律之间的关系,表明轮对横向振动加速度与车轮抬升量规律较一致;运用高速车辆动态脱轨评判方法进行评判时,首先采用轮对横向振动加速度移动均方根值作为评判车辆脱轨的指标,然后确定该指标能有效反映车轮抬升量变化时的滤波频率范围和滤波时间窗宽,最后确定该指标的合理限值。算例验证表明:该评判方法可有效监测动态脱轨安全性;轮对横向振动加速度移动均方根统计波形与车轮抬升量的变化趋势具有很高的同步性,不仅可以间接地反映轮对运动姿态的变化及车轮抬升的高度,还可以克服轮轨垂向力为零时脱轨系数失真的缺点,在评判高频动态脱轨时的可靠性更高。     

独立车轮转向架车辆曲线通过性能研究

基于ADAMS／Rail模块，建立独立车轮转向架车辆和传统轮对转向架车辆的仿真模型，并比较两者的曲线通过性能。独立车轮轮重减载率和弹簧振动在曲线通过时比传统轮对式更快趋于稳定状态，磨耗水平较低，适合城市轨道交通，但容易向一侧偏转；独立车轮脱轨系数较传统轮对大，建议加大对独立车轮新型转向架的研究力度。     

轮轨接触力新的连续测量法

介绍日本铁路新干线开发的车轮作用力与脱轨系数连续测量方法和测量装置。在车轮上贴上应变计电桥，即可在车辆云海吉测定车轮的横向力、垂向力、脱轨系数以及轨箱垂向加速度等参数，测量频率高达１００Ｈｚ。经东日本铁路高速运行试验，证实这种测量方法和测量装置性能良好，具有一定的实用价值。     

日本铁路北海道公司开发公铁两用车

JR北海道公司为适应地方运输的需要，研制了小型轻量、适应无障碍化运输的公铁两用车辆（DMV）。DMV采用前铁路导轮、前汽车橡胶轮、后汽车橡胶轮和后铁路导轮的配置，在铁路线路上运行时，后铁路导轮负担较大的承重。由于需要与普通列车混合编组运行，对信号安全设备适用性专门进行了研究。列车检测和控制仍采用轨道电路和传感器方式。DMV的质量只有6．2t，     

根据车轮抬升量评判车辆脱轨的方法与准则

分析比较了目前国际上常用的车辆脱轨评价标准的特点及其不足，指出我国现行国家标准GB5599-85评判车辆脱轨所存在的突出问题，在此基础上提出直接根据车轮抬升量评判脱轨的原理与方法，运用车辆-轨道耦合动力学理论，对单轮对爬轨脱轨和跳轨脱轨过程进行了计算仿真，得出脱轨系数超限时间与车轮抬升量之间的关系，提出最大允许超限时间为35ms的安全准则，并进行了实际线路工况下整车轮轨相互作用脱轨仿真验证，最后提出针对我国车辆脱轨评判的建议标准及其实施细则。     

钢轨磨耗对道岔区车辆动态脱轨行为影响分析

小号码道岔区钢轨磨耗严重,易诱发车辆爬轨掉道,严重影响车辆的正常运行和轨道养护维修。基于多体系统动力学理论,建立货运列车-6号对称道岔动态脱轨仿真计算模型,通过在车体重心施加横向力和抗侧滚力矩以实现车辆爬轨脱轨,模型考虑了轴箱及斜楔等部位的非线性特性。为研究道岔钢轨磨耗对车辆动态脱轨机理的影响,对道岔钢轨廓形进行跟踪测试,将实测廓形输入到动力学软件中,对比研究标准廓形和不同磨耗程度廓形对列车动态脱轨行为的影响,揭示动态脱轨临界状态下列车在岔区的脱轨轨迹、运动姿态、脱轨系数和车轮抬升量等关键指标的变化规律。研究结果表明：随着磨耗程度的加剧,车辆导向轮掉道位置距尖轨尖端越近;仿真结果的车轮爬轨位置、掉道位置和脱轨轨迹与现场调研结果较为一致;车辆更容易在磨耗道岔钢轨上发生爬轨脱轨,作用在车体上的横向力降低了20%。     

提速货车轮对踏面旋修质量问题的分析

轮对的运行品质对货车运用安全有重要影响,对于提速货车更是如此.而踏面旋修则是影响轮对修理质量的重要环节.近期以来,由于多种因素的综合影响,车轮踏面旋修在轮对修理中的比例不断提高,运用货车因车轮踏面擦伤而需换轮旋修的数量居高不下.另外,货车脱轨事故(包括调车作业中的脱轨事故)发生频率较高,车轮踏面的旋修质量对货车运行安全的影响也越来越大.     

车轮多边形对米轨机车动力学性能影响的研究

为研究米轨机车车轮多边形化对机车系统动力学性能的影响,建立米轨机车动力学模型,研究车轮多边形的谐波阶数和波深幅值对动力学性能的影响,并计算不同谐波阶数下车轮多边形的波深限值,最后对车轮多边形和轨道激励共同作用下轮轨垂向力的变化趋势进行分析。结果表明:由于米轨机车运行速度较低,车轮多边形化会导致低频振动,使得车体振动响应增大;车轮多边形化会极大地增加轮轨垂向力,但对脱轨系数影响不大;波深限值与机车运行速度及车轮多边形谐波阶数成反比;轨道激励不仅不会掩盖多边形的作用趋势,而且会极大地增加轮轨垂向力。机车在线路上运行时应经常检测车轮不圆度,并及时镟修或者更换车轮,防止出现轮轨垂向力过大或跳轨现象。     

日本开发新型防脱轨转向架

正为了提高普通铁路上列车的运行安全性,日本铁道综合技术研究所(RTRI)开发了一种新型转向架。这种新近开发的转向架配备了一个机构,可防止车轮轮压减少并可减小轮轨横向作用力。目前这种新型转向架正在三菱重工的三原试验中心进行运行试验,以确认其性能和耐久性,希望之后投入商业应用。车轮轮缘上爬造成脱轨是铁道车辆脱轨现象之一,这种现象在车轮作用于钢轨的横向力极度增加时可能出现,同时,车轮轮压(轮重),一个使车轮向下压向钢     

基于Nadal理论的脱轨检查方法与应用

基于Nadal脱轨理论,提出了一种针对我国高速铁路道岔钢轨件廓形的检查方法。该方法根据车轮在道岔区的脱轨特征,以动车组车轮轮缘踏面特征为基础,分别制作4种检查样板,可模拟轮轨多种接触状态,以检查样板与钢轨断面的接触位置关系,从而判断车轮是否存在爬轨风险,并在实际线路上进行了初步试用。试用结果表明:检查样板能够覆盖道岔区全部钢轨件的检测,符合轮轨接触实际工况,检查样板可量化钢轨件廓形的安全余量。根据试用数据可知:逆向过车的道岔是日常养护维修关注的重点;对于道岔尖轨,尖端至顶宽20 mm断面更易造成车轮爬轨。     

车轮机加工面对轮轨界面切向力瞬态特性的影响

为了探讨车轮旋修后机加工接触面和钢轨之间以及光滑接触面和钢轨之间的瞬态特性,用一对小型圆柱试样进行了切向力试验,以期研究车轮旋修对车轮爬轨脱轨的影响。     

基于脱轨系数安全标准的重车重心限制高度

引起车辆脱轨的原因主要有车轮的垂直载荷减小和轮轨间的侧向力增大2种。依据对车轮脱轨临界状态的受力分析,建立轮对脱轨的数学模型,推导出横向力作用下脱轨系数的计算公式。以C64K型敞车为例,分析横向力大小与其作用点高度之间的关系,得出车辆在直线和曲线上脱轨的最不利横向力组合。基于最不利横向力组合,为保证车辆运行安全,按照脱轨系数不得超过1.2的标准,分别计算分析C64K型敞车在4种最不利装载工况、3种最不利运行工况下的脱轨系数与重车重心高度的关系。由计算结果可以确定重车重心限制高度为2 207 mm,比现行的重车重心限制高度增加207 mm。     

车轮磨耗对高速车辆侧向过岔动力学性能的影响

高速列车在长期运营过程中，车轮将发生随里程增加而不断增大的磨耗，为探究车轮磨耗对车辆侧向通过道岔时的动力学性能的影响，建立高速车辆-道岔耦合动力学模型，在综合考虑不同磨耗程度的车轮对转辙器区钢轨接触几何影响的基础上，研究具有不同磨耗程度车轮的高速车辆侧向通过道岔时对高速车辆动力学性能的影响。研究表明：随着车轮磨耗程度增加，高速车辆侧向过岔时的轮对运动姿态和车辆动力学性能发生较大变化，车轮运营里程达到20万km后，轮轨横向力较标准车轮型面减小了42%,车体横向振动加速度较标准车轮型面减小了16%,脱轨系数较标准车轮型面减小了38%;车轮发生磨耗后，车辆系统的动力学性能、行车安全性和舒适性均有一定程度改善。     

正常运用中煤车的动力响应

介绍用构架力方法测试窄轨铁路１００辆编组煤炭漏斗车的动力学试验方法和结果；给出了车轮减载率和脱轨系数事件的频率；提出改进试验方法的建议。     

车轮改造

自要求车轮施行热处理近20年来，车轮的寿命周期一直稳步延长。“这项工艺有效地减少了车轮热裂引起的脱轨事故的发生”猎人假日顾问公司顾问兼TTCI退休主管治金师Dan Stone如是说：“此类故障的发生已从每年约150件下降到约15件。尽管为了避免产生热裂影响车辆运用，我们不能拆卸车轮；然而，我们又见到了诸如车辆发生破损的其它故障。这与治愈肺结核的结果一样——人们的寿命延长了，却又死于其它疾病。”     

地震时防止脱轨的可断裂保险螺栓限位器

<正>当以较高的频率成分(1.4 Hz以上)为主体的地基振动引起车辆大的晃动时,车体与转向架的横向运动止挡发生猛烈接触(车体与横向运动止挡均承受巨大载荷),此时,由于车轮、钢轨间产生的轮轨横向力,以及转向架的侧滚等影响,有时会使车轮跳动至轨缘高度以上,发生车辆脱轨。横向运动止     

以圆弧参数为设计变量的车轮型面优化数学模型研究

在分析圆弧型车轮型面几何特点的基础上,提出用4段圆弧描述车轮型面与钢轨的接触部分.以4段圆弧中两端圆弧的半径和两中间圆弧的圆心坐标为设计变量,以轮轨磨耗、临界速度和轮轨横向力为目标函数,以满足对最大接触应力、脱轨系数、滚动疲劳因子、临界速度和轮轨横向力的要求为约束条件,建立圆弧型车轮型面多目标优化模型.以欧洲时速200 km标准铁路客车为例,采用给出的车轮型面多目标优化模型对其车轮型面进行优化.结果表明:车轮型面经1次优化的车辆运行在半径为3 000m的曲线线路上时一位轮对车轮的总磨耗指数下降约15％,但车辆的临界速度仅为75 m· s-1;通过调整设计变量的取值范围,进行车轮型面优化,得到最优车轮型面Wheel_ Opt,采用此车轮型面的车辆在同样线路上一位轮对车轮的总磨耗指数下降约12％,临界速度提高至105.9m· s-1.     

弹性车轮动力学复合模型及其性能研究

为深入研究轻轨车辆弹性车轮的动力学作用,基于压剪复合型弹性车轮的结构,在弹性车轮动力学传统模型的基础上,综合考虑弹性车轮轮芯相对于轮毂的6个自由度,建立弹性车轮动力学复合模型。利用多体动力学软件SIMPACK进行仿真计算,对比分析传统模型和复合模型下弹性车轮车辆以及刚性车轮车辆的临界速度、平稳性、曲线通过性能和轮轨磨耗等指标。结果表明:由于传统模型未考虑车轮与车轴之间的偏转刚度和轮对两车轮之间的扭转刚度,因此计算误差较大;采用复合模型得到的弹性车轮车辆的临界速度、运行平稳性指标,以及通过小半径曲线时的轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等较刚性车轮车辆都有不同程度的降低;弹性车轮车辆的轮轨磨耗情况在直线通过时与刚性车轮车辆的相似,而曲线通过时相比刚性车轮车辆降低了约5.3%。