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。     

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。     

南京长江大桥128 m钢桁梁上列车走行安全性分析

京沪线南京长江大桥128 m简支钢桁梁在提速货物列车通过时,其横向振幅很大,远远超过我国《铁路桥梁检定规范》规定的限值,涉及到该梁上列车走行的安全性。针对这一问题,运用桥上列车脱轨能量随机分析理论,对该梁上列车走行的安全性进行计算和分析,结果表明:当货物列车以不超过80 km/h速度通过该梁时,车桥系统横向振动是稳定的不会脱轨,列车走行安全性有保证。此结论符合现场实际情况,为该桥未采取限速措施提供了充分的理论依据。     

防止列车空车悬浮脱轨的研究与对策

列车蛇行运动是造成列车悬浮脱轨事故的主要原因,随着列车速度的不断提高,悬浮脱轨事故频有发生。通过对车辆车轮与轨面间的动力学原理分析,结合科研部门的大量试验数据,提出减小直线段轮轨间隙(名义公差)是防止空车悬浮脱轨的有效方法。     

抗侧滚扭杆装置建模方式对车辆动力学性能的影响

详细推导了抗侧滚扭杆装置对车体的作用机理,采用一个集中点力元代替整套扭杆装置建模。仿真计算结果表明,误差在允许的范围内,简化建模完全可以取代完整建模,不会对车辆动力学计算的各项指标造成影响。     

车辆脱轨机理及预防脱轨的对策

通过现场调研,在阐述三种脱轨机理,即爬轨脱轨、滑轨脱轨和跳轨脱轨的基础上,系统总结分析了目前各种车辆脱轨的安全评判标准及有待解决的问题,进而通过对脱轨试验情况分析并提出了五种车辆脱轨的类型及其脱轨预防对策.     

准静态条件下三维脱轨系数临界值简化计算方法

根据轮轨系统坐标系间的变换关系, 在准静态条件下建立了轮轨接触斑三维受力分析模型, 推导了考虑轮对摇头角与轮轨蠕滑力的三维脱轨系数计算公式, 得到了脱轨临界状态时三维脱轨系数临界值的计算方法; 以LMA车轮踏面与CHN60钢轨廓形为例, 分析了轮对摇头角与摩擦因数对三维脱轨系数临界值的影响规律, 并与Nadal脱轨系数临界值进行了对比; 为简化三维脱轨系数的计算方法, 根据Shen-Hedrick-Elkins蠕滑模型讨论了不同轮对摇头角、摩擦因数与垂向力条件下Kalker线性合成蠕滑力与3倍库伦摩擦力间的比值关系; 分析了横向蠕滑力与纵向蠕滑力的比值随轮对摇头角与摩擦因数的变化规律, 提出了一种准静态条件的三维脱轨系数简化计算方法, 并与精确公式计算结果进行了对比。分析结果表明: 与三维脱轨系数临界值相比, 当轮对摇头角在1.5°以内时, 纵向蠕滑力在切向力中的占比要明显大于横向蠕滑力, 造成Nadal脱轨系数临界值具有一定的保守性, 但在轮对摇头角较大时, 横向蠕滑力在切向力中的占比达到了90%以上, Nadal与三维脱轨系数临界值计算结果基本相同; 车轮脱轨临界状态下轮轨接触斑内已达到纯滑动状态, 横向蠕滑力和纵向蠕滑力的比值基本不受摩擦因数影响, 并与轮对摇头角存在强线性关系; 与精确公式相比, 三维脱轨系数简化计算方法的误差在±5%以内, 可以满足工程应用的要求。     

Improvements for the stability of heavy-haul couplers with arc surface contact

To investigate the stability mechanism of heavy-haul couplers with arc surface contact, the geometry and force analysis were conducted according to the friction circle theory. To improve the stability of the coupler, four improvements were proposed, which are increasing the secondary lateral stiffness of locomotives, adding a restoring bumpstop at the end of the coupler, increasing the arc surfaces radii and changing the clearance and stiffness of secondary lateral stopping block. A multi-body dynamics model with four heavy-haul locomotives and three detailed couplers were established to simulate the emergency braking. In addition, the coupler yaw instability was tested to investigate the effects of relevant parameters on the coupler stability. The results show that increasing the secondary lateral stiffness of locomotives, adding a bumpstop with a smaller bumpstop gap, increasing the arc surfaces radii, increasing the stiffness and decreasing the clearance of secondary lateral stopping block are conducive to improving the stability of the coupler with arc surface contact.     

On a New Method for Evaluation of Wheel Climb Derailment

In the paper, a new derailment index λ for evaluation of wheel climb derailment is proposed which is based on primary suspension forces. It is easy to apply because of its minimum criterion characteristic and can also be applied to explain the reason why wheel climb derailments are almost always accompanied by some wheel unloadings.     

国际铁路联盟规程UIC777-2及应用概述

当前,如何考虑列车脱轨撞击结构的作用是我国高速铁路站房设计中亟待解决的问题之一。国际铁路联盟标准方面出版物UIC规程,在国际上具有重要地位,欧洲规范中与铁路有关的条款制定,UIC规程是重要依据之一;我国也把UIC规程作为铁道行业标准的重点采纳标准。规程UIC777-2针对跨铁路线结构提出了在轨道区的设计要求,目标是提出合理的、可操作的方法来尽可能减少由于列车脱轨撞击跨线结构及邻线结构而引起的危害。就欧洲规范UIC777-2中的结构设计策略、设计方法及预防保护措施在欧洲的实际应用情况进行介绍,目的是适当吸取国际铁路联盟的有益经验,为进一步提出适用于我国高速铁路站房抵御高速列车脱轨撞击的设计方法奠定基础。