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。     

地铁小半径曲线钢轨磨耗影响因素研究

地铁线路中普遍存在半径小于600m的曲线,小半径曲线钢轨磨耗严重,不仅影响运行安全,而且增大养护维修工作量和运营成本。为改善地铁小半径曲线钢轨磨耗,应用多体动力学软件Simpack建立地铁B型车拖车的动力学仿真模型,分析曲线半径、超高、轨底坡和轨距对钢轨磨耗的影响。研究结果表明:适当增大曲线半径、设置一定的欠超高、内外轨轨底坡分别设置为1/20和1/40以及适当的轨距正偏差,均能在一定程度上减缓地铁小半径曲线钢轨磨耗,可使得钢轨磨耗降低20%～40%,延长钢轨使用寿命,降低养护维修成本,提高经济效益。     

轨道参数对单轴转向架曲线通过性能的影响

为研究轨道参数对单轴转向架曲线通过性能的影响,运用SIMPACK软件建立了单轴转向架车辆动力学模型,采用轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率等作为评价指标,对曲线半径、超高、轨距等轨道参数进行仿真分析。结果表明:曲线半径、轨距和轨底坡对车辆运行性能的影响较为显著,随着曲线半径的增加,各项指标最大值均减小,增大曲线半径能够提高钢轨的使用寿命;曲线上设置适量欠超高能够改善运行性能,提高车辆安全性;小半径曲线上适当加宽轨距和增大轨底坡可以减小轮轨作用力,提高车辆曲线通过性能,减轻轮轨磨耗,延长钢轨使用寿命。     

动车所小半径曲线脱轨安全性研究

车辆以较低的速度通过小半径曲线时常会发生脱轨事故,为了研究动车组在动车所内小半径曲线脱轨的特性,应用多体动力学软件建立了8辆编组的CRH5型动车组仿真模型,考虑了悬挂参数和车钩缓冲装置的非线性特性。在某动车所半径250m的曲线进行了仿真模型的验证试验,应用MiniProf钢轨廓形仪和轨道几何状态测试手推车分别测试了钢轨磨耗和线路的轨道几何状态,将其作为仿真模型的输入参数;在钢轨轨腰粘贴应变片,利用应变片测试原理进行地面轮轨垂直力和水平力测试,应用现场测试数据对仿真模型进行验证,发现计算结果与试验结果吻合较好。应用该仿真模型分析了曲线连续正矢差、轨道几何状态及轮轨型面对车辆脱轨的影响,结果表明:(1)曲线连续正矢差对脱轨系数和横向力影响较大,对轮重减载率影响较小;(2)新车轮与磨耗钢轨接触时的脱轨系数增大约40%;(3)较大的轨道高低不平顺容易引发车辆爬轨脱轨,应严格控制小半径曲线外股的高低偏差;(4)对于CRH5型动车组,由于5车质量较轻,5车的车轮抬升量较其他车增大约35%,使得通过曲线的脱轨安全裕度减小。     

小半径曲线上动车组运行安全性仿真研究

采用多体动力学仿真分析软件UM建立CRH5型动车组的动力学仿真模型,仿真分析动车组通过小半径曲线线路时曲线半径、曲线超高、钢轨类型、曲线轨距加宽和轨底坡等线路参数对动车组运行安全性的影响。结果表明:曲线半径的影响最大,钢轨类型、曲线超高、轨距加宽以及轨底坡的影响均较小。为增加动车组通过小半径曲线的安全冗余,减少外轨侧磨,建议在有条件的情况下尽量增大曲线半径;为避免曲线超高引起直曲过渡段处受到更大的轮轨冲击作用,建议对半径为250m的曲线线路不设置曲线超高,而且对应的曲线轨距加宽值宜设为10mm。     

我国典型高速铁路轮轨型面变化规律及匹配特性

为系统掌握我国高速铁路轮轨型面变化及匹配特性,在京沪、武广、哈大、兰新、贵广、丹大等6条典型高速铁路上,选择172个钢轨型面测点和6列动车组的384个车轮,进行为期2 a的现场测试。基于实测数据,应用数理统计方法分析钢轨和车轮的磨耗特性,并使用实测钢轨型面进行1个镟轮周期内的轮轨匹配等效锥度分析。结果表明:高速铁路曲线半径大于2 495 m时,直线和曲线钢轨磨耗速率基本相当;对于年通过总重小于11 Mt的线路,钢轨垂直磨耗不足0.01 mm;曲线半径小于800 m的钢轨磨耗速率明显增大;哈大线、兰新线和丹大线的动车组车轮踏面磨耗较大,踏面平均磨耗速率约为0.05～0.06 mm·(万km)~(-1),而京沪线、武广线和贵广线约为0.03～0.035 mm·(万km)~(-1);车轮磨耗范围较小时,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大而增大,车轮磨耗范围较宽时,轮轨接触点分布均匀,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大没有明显的增大趋势。     

地铁不同曲线半径下钢轨磨耗发展特性

通过建立车辆-轨道耦合动力学模型和Archard磨耗模型,计算不同曲线半径线路钢轨磨耗的分布范围和发展程度,并研究了钢轨磨耗与曲线半径的关系。结果表明:外轨磨耗主要分布于轨头中部和轨肩区域,其中轨肩区域磨耗较大;内轨磨耗主要分布于轨头中部区域。相同型面输出次数下,外轨磨耗峰值均大于内轨,且外轨倾向于发生侧面磨耗,内轨主要发生轨顶磨耗。随着曲线半径增大,外轨磨耗幅值呈增大趋势且磨耗位置由轨肩区域逐渐向轨头中央移动,而内轨磨耗幅值逐渐减小且磨耗分布范围相对集中。曲线半径越大,外轨越不容易发生侧磨现象,磨耗主要发生在轨顶区域且磨耗量较大;曲线半径的变化对内轨磨耗影响较小。     

米轨线路参数对机车动力学性能和轮轨磨耗的影响

为了减小米轨机车在通过小半径曲线时所造成的轮轨磨耗,基于车辆系统动力学理论,采用SIMPACK软件建立C_0-C_0米轨机车动力学模型,对机车通过小半径曲线时的动力学性能进行研究。计算了不同超高和轨距情况下的机车轮对冲角、轮轨横向力、轮轴横向力和轮轨磨耗功率,并分析了车轮轮缘和踏面上的磨耗功率在车辆运行过程中随超高和轨距变化的规律。结果表明:超高率与磨耗功率成正比,线路设置超高时应尽量使列车处于适当的欠超高状态;轨距加宽量与磨耗功率成正比,且轨距变化对机车各项动力学性能指标的影响均较超高率更为显著;轨距加宽不但不能有效减轻小半径曲线上的钢轨侧磨和轮轨横向力,反而会使其增大。因此在实际工程中曲线区段应避免不必要的轨距加宽,并经常检测轨距,以防不良轨距变化导致轮轨异常磨耗。     

高速动车组构架横向失稳问题仿真分析与试验验证

针对某高速铁路上运行的动车组列车出现构架失稳报警问题,对失稳动车组轮对踏面以及失稳区间钢轨磨耗特性进行测量,发现失稳情况动车组踏面出现严重的凹形磨耗,而失稳区间钢轨以轨距角磨耗为主.对现场实测轮轨接触特性进行计算分析,根据动车参数建立车辆动力学仿真模型,分析轮轨磨耗对车辆稳定性的影响.另一方面选择装备典型凹磨踏面,在不...     

地铁曲线波磨地段轮轨动力特性影响因素

针对地铁小半径曲线地段的钢轨波磨问题,建立地铁车辆-曲线轨道空间耦合动力学模型,分析曲线半径、行车速度、轮轨摩擦系数等参数对轮轨动力特性及钢轨波磨的影响.为控制钢轨波磨发展,对地铁线路的设计、运营和维护提出了建议.结果表明:曲线半径从800 m减小至300 m时,磨耗功率均方根增大2.7倍,标准差增大85％,过小的曲线...     

上海地铁曲线轨道减磨措施试验研究

曲线轨道钢轨侧磨直接影响钢轨的使用寿命,是钢轨报废的主要原因之一.通过对曲线钢轨磨耗试验研究,了解引起钢轨磨耗的原因,提出一些减磨措施,以在上海轨道交通1号线设置的轨道试验段为例,分析研究轨底坡、超高、轨道刚度、涂油等对钢轨减磨的影响.试验结果认为:内轨轨底坡1∶20,外轨轨底度1∶40可减小过超高,对降低钢轨侧磨有利;降低轨道刚度具有明显的减磨效果;涂油对减缓钢轨侧磨、减小轨面剥离、减缓内轨顶面波磨等有明显的效果.     

重载铁路钢轨润滑及摩擦控制研究

钢轨润滑以及轨顶摩擦控制是重载铁路减轻钢轨侧磨以及伤损的有效措施之一。本文对比分析不同摩擦系数条件下,机车的曲线通过性能。分析结果表明,曲线外股钢轨轨距角处的润滑,有利于减小轮轨磨耗,与此同时,减小了机车的蠕滑导向力矩,从而增大了导向轮轮对冲角,轮轨横向力亦呈现增大趋势;曲线内轨轨顶摩擦系数适当减小对减小轮轨横向力起到积极作用。轮轨纵向蠕滑系数的增大,可明显提高轮对导向力矩,有利于轮对趋于径向位置,并减小横向力和轮对冲角,使得机车的曲线通过性能得到显著改善。     

小半径曲线钢轨非正常侧磨分析及防治措施

本文通过对京广线铺设60kg/m钢轨地段的24个小半径曲线上股钢轨侧面磨耗的八年实际观测数据的分析，找出了牵引动力型式与钢轨侧磨率之间的关系，并通过半径为646m的小半径曲线上两年多的钢轨侧磨试验及观测，揭示了曲线钢轨轨头侧磨的规律，发现了同一曲线、同一根钢轨磨耗的不均匀性，指出曲线钢轨非正常侧磨的主要原因是内燃机车三轴转向架造成的。阐明了中间轮对对钢轨侧磨的影响，且呼吁机务部门关心此事。文中叙连了为减步钢轨侧面磨耗从工务养护上采取的若干措施及取得效果，并提出下一步拟采取的设置欠超离、调整轨底坡、涂油、采用全长淬火轨及非对称打磨钢轨断面等五条措施。     

城市轨道交通小半径曲线钢轨磨耗分析

对上海轨道交通1号线、8号线的典型小半径曲线钢轨磨耗进行了跟踪测量,统计分析了小半径曲线钢轨的侧磨和垂磨特征及相应的磨耗发展率.认为小半径曲线钢轨受侧磨、垂磨和不均匀磨耗的共同影响,大编组、重型车的线路中,平均侧磨发展率约为0.019 mm/d,平均垂磨发展率约为0.005 mm/d;小编组、轻型车的线路中,平均侧磨发...     

1300MPa级在线热处理钢轨使用性能研究

对铺设在北京、太原、上海和郑州铁路局的半径为300~500 m曲线上的60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨的使用性能进行跟踪观测,研究提高重载小半径曲线钢轨的使用寿命。研究结果表明,60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨硬度高、耐磨性能好;在使用初期,钢轨磨耗少,钢轨表面容易出现剥离掉块,此时如果采用液体润滑,会加剧钢轨表面的剥离掉块;钢轨的磨耗主要出现在曲线的圆缓或缓圆部位,当钢轨磨耗到一定程度后,侧磨加快,如果采用正确的固体润滑方法,可使钢轨的侧磨得到有效地控制,且钢轨不会出现严重的剥离掉块;PG4在线热处理钢轨的综合使用性能良好,耐磨性能比U75V热处理钢轨提高1倍以上,适合在钢轨磨耗严重的重载铁路小半径曲线上使用;对钢轨实施预防性打磨、设置适当的欠超高、采用1∶20的轨底坡等改善轮轨匹配关系降低接触应力的措施,均对提高重载铁路曲线区段上钢轨的使用寿命具有重要的作用。     

小曲线半径对动车组轮对轮缘磨耗的影响及对策

以CRH1,CRH2型动车组为例进行分析。理论上CRH1,CRH2动车组联挂运行时最小通过曲线半径分别为145m和180m,但实际运用中600m及以下的小半径曲线对动车组轮对轮缘磨耗有着突出影响。以福州南动车运用所负责检修的动车组轮对轮缘异常磨耗为例,分析小曲线半径对CRH1和CRH2型动车组轮对轮缘磨耗的影响,并提出相应对策。     

高速铁路站区小半径曲线减磨研究

高速铁路站区小半径曲线的钢轨磨耗已成为影响高速动车组运行品质和安全的重要因素。以高铁动车组和高铁站区小半径曲线为研究对象,采用多体动力学软件,建立车-线多体动力学仿真模型,研究车辆通过曲线时产生钢轨侧磨的动力学原因,并调整超高、轨底坡、摩擦因数、型面等参数的设置,从而确定钢轨侧磨的控制性因素,并提出减缓高铁站区小半径曲线钢轨侧磨的建议。     

钢轨打磨对重载铁路小半径曲线钢轨波磨的影响

针对朔黄铁路半径400 m曲线区段的钢轨波磨问题实施了个性化钢轨廓形打磨,基于C80货车和曲线线路参数建立了车辆-轨道耦合动力学模型,仿真研究了钢轨打磨前后各项车辆动力学性能、曲线通过能力,给出了波长200～500 mm时打磨前后波深安全限值。结果表明：钢轨打磨很难彻底消除波长300 mm以上的波磨,但可以大幅降低轮轨力、轮轨蠕滑力、车体和侧架振动加速度等动力学指标;钢轨打磨后曲线上股轮轨接触形式由轨顶和轨侧两点接触变为贴合式接触,且上下股轮径差增大,车辆通过能力和安全性提升,钢轨磨耗指数显著降低,相较打磨前波深安全限值提升约0.2 mm。     

动车组通过S形小半径曲线安全性影响因素研究

以国内动车所普遍存在的半径250 m的S形曲线为研究对象,应用多体动力学软件建立CRH5动车组的动力学仿真模型,根据实际情况构造了线路工况,分析曲线半径、曲线超高和夹直线长度对动车组运行安全性的影响。研究结果表明:适当增大S形曲线的曲线半径可以改善曲线尤其是曲直过渡处的车辆安全性,提高动车组安全裕量;建议半径250 m的S形曲线超高设置为5 mm;建议一般S形曲线夹直线长度不应小于15 m。     

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.