碰撞脱轨事故下高速列车横向限位装置动力学特性及结构强度研究

基于试验和仿真分析对横向限位装置在列车碰撞事故下的动力学响应特性以及结构强度进行研究.仿真与试验结果表明:横向限位装置结构可靠且能够对列车碰撞脱轨事故进行防治.建立动力学仿真模型对横向限位装置的工作模式进行分析,在碰撞引起脱轨的过程中横向限位装置可以有效地分担轮轨横向力并制止车轮的爬轨趋势.通过有限元分析对该装置的结构...     

弹性减磨防脱新型护轮轨装置的研究与应用

根据列车车轮脱轨与轮轨之间产生磨耗及伤损的力学机理,从强化小半径曲线轨道框架结构和横向承载力入手,研制了既能防止列车脱轨,又能减少钢轨侧磨的新型护轮轨装置。本文详细阐述了这种护轮轨的构造、设置条件、铺设范围及实用效果。     

高速铁道车辆蛇行脱轨安全性评判方法研究

通过建立轮轨三维几何接触模型、整车动力学分析模型和轮轨碰撞模型,分析高速铁道车辆蛇行失稳后的蛇行脱轨过程及其影响因素.高速铁道车辆的蛇行脱轨过程是一个爬轨和跳轨并存的复杂过程,轮对的名义冲角和有效冲角分别对准静态的爬轨和动态的跳轨起着重要影响作用;随着轮对横移速度的增大、轮轨摩擦系数以及车轮垂向载荷的减小,车轮的跳轨高度越大;横向蠕滑力在整个蠕滑力中所占比例以及轮对横向运动能量越大,车辆越容易脱轨.因此高速铁道车辆的蛇行脱轨安全性应根据轮对横移速度限值并考虑车辆的横向运行稳定性进行评判.当高速铁道车辆分别表现为“超临界”和“亚临界”的蛇行失稳极限环分岔形式时,可分别采用转向架横向加速度移动均方根值方法和转向架横向加速度限值对其横向运行稳定性进行评判.     

弹性减磨防脱新型护轮轨实用效果的理论分析

从强化小半径曲线轨道框架结构和横向承载力入手,研制了既能防止列车脱轨又能减少钢轨侧磨的新型护轮轨装置。本文结合新型护轮轨的构造,阐述了这种护轮轨减磨、防脱,以及改善轨道横向稳定性与轨道平顺性的机理。     

基于轮对模型的铁道车辆脱轨安全性评估

考虑轮对摇头和侧滚运动,推导轮对的三维爬轨脱轨准则,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率的联合安全域进行脱轨安全性评估。建立轮对横向和侧滚运动方程,推导轮轴横向力和轮轨垂向力的计算公式。提出一种轮轨力间接测量方法,利用轴箱加速度、一系悬挂相对位移以及转臂应变等测试量,进行轮轨力的反演识别。通过轴箱转臂标定试验,获得转臂定位节点横向力和转臂应变之间的关系。针对某高速客车进行环线线路试验,对比分析测力轮对和间接测量方法获得的轮轨力。结果表明:间接测量方法得到的轮轴横向力和轮轨垂向力与测力轮对波形吻合,峰值误差分别为11.2%和4.3%。直线段的轮轴脱轨系数和轮重减载率均较低,曲线段二者均显著增大,缓和曲线段的轮重减载率逐渐增大而轮轴脱轨系数变化平缓。     

大风灾害引起的货物列车脱轨全过程分析

针对货物列车在大风灾害下的安全运行问题,基于列车-轨道系统空间振动计算模型及列车脱轨能量随机分析理论,提出大风灾害下列车脱轨全过程计算方法。以我国常见的大风灾害为对象,计算运营速度下货物列车在8~10级大风环境中的脱轨全过程,对脱轨机理、轮轨几何接触状态及轮轨相对位置进行分析。研究结果表明:大风灾害引起的列车-轨道系统输入能量的增加是导致货物列车脱轨的主要原因;随着风速及车速的增大,系统输入能量随之增加,转向架与钢轨的横向相对位移增大明显,但转向架摇头角变化较小;另外,曲线线路上列车横向振动更加剧烈,其中转向架与钢轨横向相对位移及转向架摇头角均大于直线上的相应值,其最大分别为87.3 mm和4.59°。上述机理及数据可为列车车轮脱轨掉道检测装置提供参考,确保列车在脱轨瞬间及时停车。     

准静态下轮对脱轨安全限值研究

基于准静态下的三维轮对脱轨分析模型,推导轮对脱轨临界状态下的力学平衡方程,建立同时考虑轮轴脱轨系数和轮重减载率的轮对稳态脱轨评价方法。采用Shen-Hedrick-Elkins非线性蠕滑理论充分考虑轮轨蠕滑力对轮对脱轨安全限值的影响。结果表明自旋蠕滑率对轮对脱轨安全限值与安全域影响明显,若忽略自旋蠕滑率的影响,计算得到的轮对脱轨安全限值则偏大,使脱轨安全性评价标准变宽松,对车辆脱轨的评价产生不利影响。研究摩擦系数对轮对脱轨安全限值的影响,结果表明降低轮轨间的摩擦系数对车辆脱轨安全性有利有弊,轮轨间过低的摩擦系数也可能引发车辆脱轨,在确定合理的轮轨摩擦系数时应注意权衡车轮爬轨脱轨与滑轨脱轨。     

WJ-7型大调量扣件地段轨道动力响应测试及分析

为了恢复线路平顺状态,某线采用大调量扣件调整轨面高程。通过对大调量扣件地段轨道动力响应测试结果分析,评价其使用效果。分析结果表明,各评价指标均在安全限值之内;轮轨水平力、轮重减载率等指标随列车通过速度增大而增大;增加扣件调高量对轮轨垂直力、轮轨水平力以及脱轨系数的影响较小,但钢轨轨底横向位移、轮重减载率有增大趋势;在曲线段采用大调量扣件会导致钢轨轨头横向位移、轮重减载率和脱轨系数明显增大,建议在曲线地段扣件调高量不宜过大。     

利用“抗脱轨转向架”改善运行性能

经考查,车辆爬轨脱轨是由于轮重减载变大或轮轨横向力变大而引起的。因此,在技术上通过抑制轮重减小或降低轮轨横向力的途径,均可起到抗爬脱轨的作用。通过这两种技术的组合,也就是在可抑制轮重减小的转向架上加装辅助导向系统,进而开发出兼具抑制轮重减小及降低轮轨横向力两项功能的"抗脱轨转向架"。介绍日本铁道综合技术研究所基于上述思路而研发的"抗脱轨转向架"概况以及性能确认试验的结果。     

对轮轨润滑剂粘着特性的评价

指出铁道机车车辆通过小半径曲线时在轮轨间会产生较大的横向作用力，该作用力是导致机车车辆脱轨以及外轨轨头内侧面磨耗、内轨轨顶面波状磨耗和车轮轮缘垂直磨耗的主要因素之一。轮轨间发出的碾压声响还会对周围环境造成噪声污染。使用轮轨润滑剂有助于减小该横向作用力。文中介绍了4种不同类型轮轨润滑剂粘着特性评价试验的条件、方法和结果等。     

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。     

采用新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的轮轨动力学特性

根据轮轨相互作用机理,建立安装新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的车辆—轨道耦合动力学模型,对此处的轮轨垂向力、脱轨系数、轮重减载率等轮轨动力学指标进行仿真计算,并分别与采用鼓包鱼尾板和没有焊缝保护装置时进行对比,研究采用新型钢轨焊缝保护装置时焊缝处的轮轨动力学特性。对比分析结果表明:采用新型钢轨焊缝保护装置后,轮轨垂向力降幅分别为1.28%和4.63%,脱轨系数降幅分别为1.49%和2.94%,轮重减载率降幅分别为3.41%和7.68%;新型钢轨焊缝保护装置在各速度条件下均能够有效地减小焊缝振动和动态受力。由此可见,采用新型钢轨焊缝保护装置,可消除打螺栓孔带来的安全隐患,有效减小焊缝处的动力响应,加强焊缝处的轨道结构整体性。现场动态测试结果进一步验证了新型钢轨焊缝保护装置结构的合理性。     

钢轨廓形优化对转辙器动力特性的影响研究

为提高列车高速直向过岔平稳性,将60N钢轨廓形及新设计的尖轨廓形应用于18号高速道岔转辙器部分,应用车辆-道岔耦合动力学理论,建立模型进行动力学仿真计算,与CHN60高速道岔转辙器动力特性进行对比。仿真计算结果表明:60N高速道岔转辙器部分轮载过渡段起点前移,轮载过渡时间增长;车辆直向经过道岔转辙器时的滚动圆半径差、轮对横移量和钢轨横向接触点外移幅值均减小,轮对蛇形运动幅度减小,行车平稳性得到提高;轮轨最大横向力由6.12 kN降低至4.75 kN,轮轨横向相互作用力减弱;车轮脱轨系数、车体横向加速度略有减小,轮轨垂向力、车轮减载率和车体垂向加速度变化不大,均在安全范围内。     

实心车轴单轮对的脱轨试验与数字仿真

从轮轨关系的角度介绍实心车轴单轮对脱轨的研究现状及脱轨的数字仿真分析。在准静态条件下,在全尺滚动试验台上进行了试验,研究了轮对冲角以及作用于爬轨侧轮缘和非爬轨侧轮缘上的垂向载荷的比率等参数对试验结果的影响。本文在试验结果的基础上,分析了现有的一些评判脱轨的准则,并提出了2个新的评判准则。建立了一个基于爬轨过程的轮轨接触数学模型,并利用数字仿真结果与实测试验的结果对比,验证了该模型的正确性。     

胶轮+导轨式有轨电车动力走行部滚振试验台设计

分析胶轮+导轨式有轨电车动力走行部的导向机理、脱轨机理,介绍电车3种类型的动力走行部导向机构。为研究导轨电车的轮轨关系,对其动力走行部的脱轨机理展开试验研究,设计动力走行部滚振试验台。试验台可以模拟电车空载和满载条件,以及直线、曲线通过工况。通过测量导向轮的横向力、垂向力和垂向位移3个参数,研究分析导轨电车导向、脱轨机理,并建立相关评价标准。试验台为导向机构的优化及电车运行安全的提升提供保障。     

槽型轨及普通钢轨对独立轮对轻轨车辆轮轨动力特性的影响

通过建立车辆-轨道动力学模型,对槽型轨及普通钢轨条件下,车辆曲线通过时的轮轨动力响应进行了仿真计算及对比分析.对比分析表明虽然Ri60轨条件下的轮轨横向力及脱轨系数较大,但由于其断面类型决定了其具有护轨功能,对于确保车辆安全有利;Ri60轨与CHN50轨条件下的轮轨磨耗基本相当,但槽型轨有利于轨道做铺面或绿化,因此对于敷设方式以地面为主的轻轨系统,采用槽型轨较为合理.     

铁路矩形墩桥梁横向振动试验研究

通过对京通线银镇沟桥的现场振动测试 ,得到该桥的横向振动特性 ,给出桥上列车轮轨作用力的典型时程曲线和列车的脱轨系数及轮重减载率 ,为进一步研究矩形桥墩的横向振动提供实测数据。     

强侧向风作用下的高速列车动力学性能研究

针对强侧向风下高速旅客列车运行安全性问题,利用SIMPACK软件建立了3车三维动力学仿真模型,根据已有的高速列车在侧向风下的空气动力学模拟计算得到的风载荷数据,分析了侧向风对列车在直道和曲线上动力学性能的影响。结果表明,列车的轮轨参数考察指标如轮轨横向力、脱轨系数及减载率等均显著增大,最大值均发生在头车。最后得出几种典型风速下直道和曲线上列车最高允许车速的参考值。     

轮对柔性对车辆动态曲线通过性能的影响研究

为了研究车辆系统中轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能的影响,运用多体系统刚柔耦合动力学理论,通过有限元软件ANSYS将轮对柔性化处理后导入多体动力学软件UM中,建立考虑轮对为柔性的某型高速车辆刚柔耦合动力学模型,研究轮对柔性对高速车辆动态曲线通过的各项安全性能指标及平稳性的影响,对比分析不同工况下轮对刚性与柔性对高速车辆动态曲线通过时的动力学响应。结果表明:刚柔耦合动力学模型的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和垂向平稳性指数较多刚体动力学模型均有不同程度的降低,而轮轨接触角、轮对侧滚角位移和横向平稳性指数较多刚体动力学模型有所升高。考虑轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能有一定的影响,柔性轮对较刚性轮对更能真实地反映车辆系统的动力学性能。