高速铁路钢轨焊接技术

在综述了世界高速铁路的钢轨焊接技术及我国铁路钢轨焊接技术的发展情况的基础上,重点介绍了我国高速铁路钢轨焊接技术标准.     

高速铁路磨耗车轮与60N钢轨静态接触分析

随着车辆的运行,车轮踏面会出现不同程度的磨耗,为研究磨耗状态下车轮与钢轨之间的静态匹配性能,利用轮轨接触几何关系和非赫兹滚动接触理论,计算不同磨耗程度的车轮对轮轨接触几何参数和接触力学特性的影响,并与CHN60钢轨的计算结果进行对比.分析结果表明:轮对横移小于4 mm时,车轮磨耗程度越大,车轮上接触点的横向分布宽度越大,60N钢轨的接触点横向分布宽度明显小于CHN60钢轨,对提高车辆运行稳定性有利;车轮磨耗程度越大,轮轨磨耗指数越大,60N钢轨的轮轨磨耗指数较小,有利于轮轨廓形的保持能力.车轮磨耗程度越大,位于表面滚动接触疲劳区的范围越大,相比CHN60钢轨,60N钢轨位于表面滚动接触疲劳区的情况较少,相同条件下,能够减少轮轨滚动接触疲劳伤损的发生.      

高速铁路钢轨擦伤形成影响因素

基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30 ℃、轴重16 t、初始速度300 km·h^-1、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理。研究结果表明：在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1 186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.028 2,最大温升为554.55 ℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89 ℃增大至402.79 ℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93 ℃增大至519.25 ℃;滑滚比由10%增大至40%时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52 ℃和362.10 ℃增大至700.46 ℃和819.61 ℃,相同滑滚比条件下,牵引工况引起的钢轨最大温升大于制动工况引起的钢轨最大温升,其中在滑滚比增大至40%时,制动和牵引状态下钢轨踏面最高温度分别为700.46 ℃和819.61 ℃,钢轨最大温升均超过相变温度,可导致钢轨踏面产生马氏体白蚀层,从而形成钢轨踏面擦伤。     

高速铁路钢轨平顺性的影响因素及其整治措施初探

介绍高速铁路的发展前景及探讨钢轨平顺性的意义,分析了钢轨不平顺的成因,提出了不平顺的控制标准及在高速铁路建设阶段和运营管理阶段改善和提高高速铁路钢轨平顺性的对策。     

高速铁路无砟轨道−路基动应力特性分析

为研究无砟轨道?路基在高速列车运行过程中的振动响应,采用有限元方法在时域中建立全尺寸3D路基模型,分析路基各层动应力水平及其沿线路竖向、横向和纵向的变化幅度,并将武广、遂渝铁路实测数据与模型结果进行对比.研究结果表明:在竖直方向上,有限元计算的路基各处动应力均略高于线路实测数据,地基顶面衰减值较为接近,在z=0.4、2...     

钢轨接头应力的有限元分析

利用有限元软件ANSYS建立了钢轨接头的三维计算模型,分析了螺栓转矩变化对接头区钢轨应力、接头夹板应力和螺栓应力的影响.结果表明,对于一般接头,螺栓转矩不应超过600～700N·m;对于"冻结"接头,螺栓转矩的合理范围为900～1000N·m.     

基于轮轨接触的高速铁路钢轨磨耗量

为预测高速铁路钢轨的磨耗量,建立了轨道结构静力学有限元模型和动力分析模型,基于Archard磨耗理论从曲线半径、行车速度、轮轨横移量3个角度计算分析了钢轨磨耗量,利用垂直磨耗深度0.5mm的磨耗量为界反算出通过总质量.计算结果表明：曲线地段钢轨磨耗较为严重,垂直磨耗深度为0.5mm时,直线上通过的总质量为45.9～60.0 Mt,曲线上通过仅为22.9～29.9Mr;相同曲线半径条件下,单轮作用下的接触斑处钢轨磨耗量随着行车速度提高而增大;相同速度和曲线半径下,钢轨磨耗量随着轮轨横移量增大而增大.     

高速铁路三塔斜拉桥车桥动力分析

进行了高速铁路南京越江方案中三塔斜拉桥的车桥耦合振动分析。分析采用有限元等数据计算方法,建立了车桥动力学方程。计算结果表明,三塔斜拉桥说案具有较好的动力性能,基本满足行车安全和乘客舒适性的要求。     

高速铁路路基压实控制方法分析

通过对高速铁路路基压实控制方法的分析,指明各种控制方法的适用条件和注意事项,提出了新的建议,探讨了路基压实控制的发展方向,为提高我国高速铁路路基的建设质量提供有价值的参考。     

高速铁路大跨度斜拉桥车桥动力分析

建立了车桥动力分析的空间模型,分析了高速铁路南京越江工程桥梁方案４００～８００ｍ钢斜拉桥在高速列车通过时的车桥动力响应。结果表明,只要桥梁结构设计合理,考虑的几种方案都是可行的。作者还提出了大跨度桥梁设计中值得注意的一些问题。     

轨道综合作业对高速铁路有砟轨道几何不平顺改善效果

根据高速铁路有砟轨道综合作业前后的轨道几何状态检测数据, 分析了以大机作业、人工精调和钢轨打磨为主的综合作业对高速铁路有砟轨道几何不平顺的改善情况。分析结果表明: 大机作业、人工精调和钢轨打磨的综合作业可联合改善轨道几何不平顺, 其中, 大机作业对高低、水平、三角坑不平顺的改善率分别为20.95%、12.90%和13.16%, 人工精调对高低、水平、三角坑和轨距不平顺的改善率分别为11.97%、5.56%、7.43%和6.12%, 钢轨打磨对高低和轨向不平顺的改善率分别为4.85%和3.88%, 轨道质量指数在大机作业、人工精调、钢轨打磨后的改善率分别为11.54%、6.91%和1.10%, 因此, 大机作业和人工精调对各个单项不平顺改善效果明显, 大机作业的贡献最大, 而人工精调可在一定程度上改善轨距不平顺, 钢轨打磨对高低不平顺和轨向不平顺进一步改善, 但对水平不平顺、轨距不平顺和三角坑不平顺等改善效果不明显; 经过综合作业, 单项不平顺与轨道质量指数均呈下降趋势, 其中轨道质量指数、高低不平顺、水平不平顺、右轨向不平顺近似呈幂函数趋势降低, 左轨向不平顺近似呈线性函数趋势降低, 三角坑不平顺近似呈对数函数趋势降低, 反映了大机作业对轨道几何状态改善程度高, 人工精调、钢轨打磨进一步改善部分单项不平顺的情况。     

沪宁城际铁路轨道高低不平顺状态分析

为分析轨道高低不平顺对沪宁城际铁路列车运行动力学性能的影响,建立了车辆轨道耦合模型,计算得到不同轨道谱激扰下的列车动力学性能指标,包括沪宁城际铁路实测轨道不平顺、秦沈有砟、无砟谱和德国高干扰、低干扰谱.经对比分析,结论如下：沪宁城际轨道谱实测不平顺激扰下,列车各项动力学性能指标均为最优值,且满足相应限值要求,反映出沪宁城际轨道良好的平顺性;其他4种轨道谱激扰下列车各项动力学性能指标也均满足相应限值要求,能够保证列车舒适度及行车安全.研究成果可为沪宁城际铁路养护维修中轨道高低不平顺管理提供参考.     

高速铁路动态票价制定策略

为提高高速铁路在客运市场中的竞争力,文中通过浮动定价机制,达到乘客满意度提高和运营收益增加的双重目标。文中利用数据挖掘技术,建立线路每日发售量数据库,并通过多条件筛选的方法对未来的发售量进行预测。通过实时校验的方法使数据库自净,提高预测精度,还原真实的购票需求。建立动态期望模型,采用动态期望的方法建立随乘客需求变化的动态票价调整模型。并采用蒙特卡罗算法进行数值仿真,验证此模型可达到乘客满意度提高与运营收益同时增加的效果。     

沪宁高铁与邻近既有线振动相互影响的测试与分析

为分析列车通过我国第一条修建在软土路基上的沪宁高铁时,引发的振动特性,以及与邻近的京沪铁路既有线路基段的相互影响,在沪宁线新孟河段进行了现场振动测试.对获得的振动加速度信号进行处理得到速度时程曲线,从加速度时程、加速度级、速度峰值PPV和1/3倍频程4个方面,分析了高铁线和既有线的振动特性及振动对邻近线的影响.结果表明：沪宁高速铁路高架桥并行京沪铁路既有线路基段列车运行引发的振动,以竖向振动为主;既有线不同机车型号和客货类型对其本身钢轨及轨枕的加速度振级影响很大,但是远处测点的加速度振级值趋向一致;扣件系统和桥墩支座是衰减振动的关键环节.对比现有的国内外规范标准发现,沪宁高铁和京沪铁路既有线路基段列车运行引发的振动对邻近线的结构不会产生明显影响;沪宁高铁过车引发的振动主要集中在31.5 Hz和63 Hz频段,京沪铁路既有线路基段,过车时振动主频随着不同机车类型存在差异.     

列车速度对无碴轨道路基动力特性的影响

为了分析列车速度对无碴轨道路基动力影响, 采用层状体系理论, 结合有限元方法, 建立无碴轨道路基层状有限元模型, 考虑了列车荷载的不同速度对基床表层振动加速度、竖向动位移、动应力及其横向分布等路基动力特性的影响, 研究了无碴轨道路基荷载作用下的力学行为。结果表明: 列车速度对基床表层加速度的影响较大, 竖向加速度随荷载速度的提高而增大; 列车速度对基床表层动位移影响较小, 速度每提高20 km·h^-1, 其值变化不大于0.05 mm; 路基表层动应力随列车速度的提高呈现一定的波动趋势。计算结果与实测结果相似, 证明了该模型的正确性。     

高速铁路振动荷载时程的动力反分析

为了求解高速铁路竖向振动荷载时程问题, 在用Newmark法求解运动平衡方程的基础上, 推导了求解振动荷载的公式, 提出了由振动加速度反求振动荷载时程的动力有限元方法。结合秦沈客运专线, 计算了列车运行速度分别为230 km/h和265 km/h时的列车竖向振动荷载时程。发现列车运行速度提高了35 km/h时, 列车竖向振动荷载最大值增加了16 34 kN。结果表明由实测振动加速度可以反求振动荷载, 该方法可行。     

板式轨道动力响应分析方法

为了计算在高速车辆移动荷载作用下板式轨道的动力响应, 将轨道板视为线性粘弹性连续支承梁, 将钢轨视为线性粘弹性点支承梁, 将钢轨和轨道板统一划分为有限单元, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 利用弹性系统动力学总势能不变值原理, 建立了高速列车-板式轨道的垂向耦合动力学方程, 计算了车辆通过板式轨道钢轨焊接区短波不平顺时的轮轨动力学响应。仿真结果表明: 与其他成熟仿真方法相比较, 响应变化趋势与幅值基本一致, 表明该方法可行。     

高速列车轮轨动态相互作用特征

为了探明高速铁路轮轨动态相互作用特征, 运用铁道机车车辆-轨道耦合动力学理论, 考虑了轮轨系统参振的影响, 研究了高速运营条件下曲线轨道上的轮轨动态接触几何关系, 分析了安全性指标和舒适性指标的随机振动特性。研究结果表明: 在高速运营条件下, 曲线轨道上的轮轨动态接触几何关系具有明显的特点, 在160~300 km·h^-1速度范围内, 减载率及车体振动加速度的敏感波长分别为1.0~2.5 m与40~50 m, 控制该波长范围不平顺对提高动车组的安全性及舒适性十分有利。