动车低速脱轨的动态响应

在动车轴箱下方安装防护装置, 进行线路低速脱轨试验。车辆借助脱轨器完成脱轨, 利用应变片、加速度和位移传感器采集脱轨车辆的动态响应, 采用高速摄像仪和视频摄像仪分别记录了脱轨车辆的运动姿态。基于试验数据, 评估了脱轨条件下钢轨抗倾翻能力, 验证了脱轨安全防护装置的性能, 分析了动车脱轨后的动态响应和脱轨速度、车辆质量和线路对动态响应的影响。试验结果表明: 当动车低速脱轨时, 防护装置撞击钢轨的最大横向力为177.18kN, 小于钢轨横向抵抗力510.00kN, 因此, 脱轨安全防护装置可以扣住钢轨外侧, 有效限制脱轨车辆的横向移动。车辆的脱轨过程分为惰行、轨上运动、落地和路基滑行4个阶段, 各阶段的动态响应均随脱轨速度和车辆质量的增大而增大。当动车脱轨速度为22km·h^-1时, CRTSⅡ型双块式无砟轨道的脱轨距离约为15.80m, CRTSⅠ型板式无砟轨道的脱轨距离约为20.87m, 因此, CRTSⅡ型双块式无砟轨道的轨枕可以起到减速带的作用, 减小脱轨距离。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座合理纵连长度计算

根据路基上CRTSⅢ型板式无砟轨道设计方案, 考虑了轨道多层结构间非线性相互作用关系, 基于有限元方法建立了不同底座板纵连长度的轨道结构空间耦合模型, 计算了轨道结构横向稳定性与整体升降温作用下轨道板、自密实混凝土和底座板的受力与变形, 分析了底座板的合理纵连长度。分析结果表明: 底座板纵连长度为2块及以上轨道板长度时, 可满足结构横向稳定性的要求; 在升温45℃荷载作用下, 随着底座板长度的增大, 轨道板纵向位移线性增大, 最大增幅约为58%, 但是应力与弯矩变化不明显; 自密实混凝土受力与变形的变化幅度较轨道板稍大, 最大拉应力为0.949MPa; 在降温40℃荷载作用下, 底座板应力受纵连长度的影响显著, 当长度达到5块轨道板长度时, 其纵向拉应力达到2.67 MPa, 接近混凝土容许拉应力。综合考虑横向稳定性与结构强度因素, 底座板合理纵连长度应控制在2~5块轨道板长度范围内。     

基于图像色相值突变特征的钢轨区域快速识别方法

应用彩色图像中不同区域HSL色彩空间中色相值突变特征提取轨检图像中钢轨边界点, 对多条不同等分线处钢轨边界点进行直线拟合以确定钢轨边缘, 识别目标钢轨区域。分析了机器视觉轨检系统序列图像中轨枕、砟石、扣件与钢轨的分布特征及不同特征区域图像色相值的突变特征, 研究了轨检图像不同等分数值下等分线处色相值突变点与钢轨边界点的对应关系, 讨论了不同等分值对识别时间与识别失败率的影响。在不同光照条件下对识别方法与传统方法进行了对比分析。分析结果表明: 当等分值为8时识别效果最优, 识别失败率为5.0%, 识别时间为4.65 ms; 在500~1 000、1 000~10 000、10 000~100 000 lx三个特征光照强度区间, 识别方法在木枕与混凝土枕轨道中钢轨区域的平均最大识别时间分别为4.57、4.48 ms, 比传统方法分别减少了44.4%、47.1%, 识别时间标准差分别为0.15、0.12 ms, 比传统方法分别降低了91.8%、93.6%, 平均最大识别失败率分别为3.5%、3.3%, 比传统方法分别降低了66.0%、76.9%, 识别失败率标准差均为1.6%, 比传统方法分别降低了68.9%、71.1%。可见, 本文方法是一种机器视觉轨检系统中目标钢轨区域识别的有效方法。     

单侧轨道不平顺数值模拟

采用傅立叶逆变换将轨道不平顺功率谱密度转换为时域不平顺序列, 分析了美国轨道中心线各种不平顺的相关性。利用轨道中心线不平顺与左右轨道不平顺的关系, 将中心线轨道不平顺等效转换为左右轨道的垂向和横向不平顺, 通过车辆动力学仿真计算了轮轨作用力响应, 并比较了美国五级谱单侧不平顺与中国干线谱不平顺。比较结果表明: 各种中心线不平顺之间相关系数均小于0.3, 为微弱相关, 可视为统计独立的; 中心线轨道不平顺响应与等效后的左右轨道不平顺响应的相关系数均大于0.8, 为高度相关, 验证了等效转换的正确性; 美国五级谱单侧不平顺功率谱密度在低频部分高于中国干线谱, 在高频部分则低于中国干线谱。     

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。     

有碴轨道下沉变形参数影响分析

为理解轨道下沉变形产生与发展机理及主要影响参数, 以道床下沉为例, 运用车辆-轨道耦合动力学理论和轨道下沉变形法则, 借助已开发的仿真分析程序, 分析了运营条件与轨道结构参数对道床下沉变形的影响。分析结果表明: 车辆运行速度、车辆轴载、线路运量是轨道下沉破坏主要控制因素; 采用重型钢轨、大截面尺寸轨枕和重质道碴可以降低道床下沉量; 轨枕间距大, 道床弹性模量高, 不利于道床下沉变形的控制; 当路基K₃₀模量小于90 MPa·m^-1时, 道床下沉量随着K₃₀值的增加而增大, 当K₃₀值大于90 MPa·m^-1时, 随着K₃₀值的增加道床下沉量反而降低。可见, 为了阻止有碴轨道下沉变形, 应注重轨道结构参数的匹配, 合理安排运输。     

高速铁路黄土隧道内轨道板上拱机理及整治方案

采用现场钻探、调查等方法对高速铁路黄土隧道运营前洞口段轨道板上拱现象进行分析,研究轨道板上拱机理,并给出相应处理方案。分析结果表明:中心水沟渗漏导致地基土含水率增大是轨道板上拱的主要原因;隧底湿陷性新黄土受水浸泡软化,仰拱填充层开裂,明洞段受其两侧暗洞段与路基桩板纵向挤压作用产生隆起;受水浸泡后,寒季冻涨作用使轨道板上拱。整治前隧道进口洞门段轨道板上拱最大值为12.9 mm,采用旋喷桩对隧道仰拱底予以加固并采取隧道疏排水措施后上拱现象消失,说明该措施可有效控制轨道板上拱变形。     

单线大跨度简支钢箱梁系杆拱设计研究

钢管混凝土拱桥在钢管拱肋混凝土灌注过程中存在爆管的可能性,当邻近既有线施工时须考虑其风险。为研究单线大跨度拱桥拱肋内不灌注混凝土的可行性,以丹佛(丹灶—佛山)西站联络线上一160 m简支钢箱梁系杆拱为研究对象,建立空间有限元模型对大跨度简支钢箱梁系杆拱桥进行静力和动力计算,分析结构的受力情况和变形状态。结果表明,该桥的静力和动力特性均满足规范要求。该桥为邻近既有线的单线铁路桥,可选择拱肋内不灌注混凝土,从而使得施工更加方便。     

扣件DI弹条非正常部位断裂原因分析及结构优化

通过对DI弹条非正常部位断裂的研究,发现扣件安装时弹条与铁垫板安装孔发生接触,致使弹条在中肢与尾部圆弧过渡区域产生应力集中,发生早期疲劳断裂。本文在研究弹条结构及安装方式的基础上,在弹条的中肢与尾部圆弧过渡区域引入"凹面"结构,对弹条进行结构优化,并通过扣压力和疲劳性能检测、实验室疲劳断裂检验、现场试铺检验等对带有优化"凹面"结构的DI弹条性能进行检测。结果表明:优化后的弹条扣压力和疲劳性能均合格,且能有效抑制因接触产生的非正常部位断裂,提高弹条性能。     

无砟轨道结构抬升用高聚物注浆材料剪切黏结性能研究

为了研究高聚物注浆抬升后无砟轨道结构的稳定性,通过无砟轨道结构实尺模型抬升试验,揭示了高聚物注浆材料的扩展形态及固结体的密度分布规律,并模拟高聚物注浆材料与支承层混凝土的黏结,研究了高聚物注浆材料固结体的剪切黏结性能及压缩性能。结果表明,高聚物注浆材料在无砟轨道下方呈椭圆形扩展,与支承层混凝土形成良好黏结,距抬升孔越近固结体密度越高;随着固结体密度的增加,固结体的压缩强度及剪切黏结强度均逐渐增加,固结体的弹性模量和剪切黏结模量略有增大;固结体的压缩和剪切黏结强度明显高于级配碎石,但弹性模量和剪切黏结模量与级配碎石相当,这确保了服役中高聚物注浆材料固结体能够与级配碎石同步变形、协同受力,保证了抬升后无砟轨道结构的稳定性。