高速道岔弹性铁垫板刚度劣化规律及对提速的影响

对高速道岔弹性铁垫板的伤损发展及刚度演变过程进行了跟踪试验;基于实测数据,建立了车辆-道岔耦合动力学计算模型,分析了弹性铁垫板刚度劣化对车辆-道岔动力性能的影响,研究了刚度劣化状态下高速道岔对进一步提升运营速度的适应性。研究结果表明：随着高速道岔弹性铁垫板的长期使用,出现橡胶老化、开裂、分离、脱落,铁件锈蚀等伤损;有砟、无砟道岔铁垫板动静刚度比变化均较小,但静刚度均有所增大,有砟道岔铁垫板静刚度初期即有明显变化,上道3年增幅可超60%;普通地带无砟道岔铁垫板静刚度最大可增加30%,刚度变化小于有砟道岔;高寒、多风沙地带无砟道岔铁垫板静刚度变化较快;高速道岔弹性铁垫板刚度的逐渐劣化会对动力性能产生影响;刚度劣化状态下岔区钢轨变形减小,轮轨动力冲击作用增大,安全性参数均有提高;车辆和轮对的运动轨迹基本不变,但轮对振动加剧,车体振动也有加剧的趋势;高速道岔弹性铁垫板刚度劣化状态下,运营速度的提升会导致车辆-道岔系统动力性能进一步劣化,安全和疲劳性能裕量进一步减小,刚度劣化会使高速道岔对提速的适应性下降。扩大提速范围须重点关注道岔区弹性铁垫板刚度劣化情况,对弹性铁垫板进行适当更换,确保行车安全平稳。     

国内外高速列车动力学评价标准综述

针对高速列车的动力学性能评价标准中所涉及的评价内容、评价方法、评价指标及限值展开综述,围绕蛇行运动稳定性、脱轨安全性和运行平稳性展开标准分析和对比,包括ISO系列、UIC系列、EN系列、TSI系列、FRA系列、APTA系列和中国国标等法律规范、行业标准、技术规范等,指出不足或改进建议; 对具有代表性的动力学标准进行详细对比,包括新旧版本国标《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》(GB/T 5599)、国际铁路联盟Testing and Approval of Railway Vehicles from the Point of View of Their Dynamic Behaviour—Safety—Track Fatigue—Running Behaviour (UIC 518)、俄罗斯Railway Multiple Units—Durability and Dynamics Requirements (GOST/R 55495)等; 对北美FRA和APTA系列标准规定的理想轨道激励下动态响应、准静态性能评价方法等进行应用示范。研究结果表明：蛇行运动稳定性均通过构架横向加速度、构架力或轮轨力进行评判,而数值仿真、台架和线路试验需选择对应适用的方法; 结合现阶段中国高速列车的长期服役动力学性能,若列车以400 km·h^-1及以上速度运行时,建议加速度滤波带宽仍采用0.5~10.0 Hz,幅值限值建议7 Hz以内为8 m·s^-2,而7~9 Hz放宽至10 m·s^-2,并持续10次、2 s或100 m; 针对爬轨脱轨安全性评估,现有标准均基于轮轨力和车轮抬升量进行动态和静态评判,但在指标限值、持续作用时间或运行距离上存在差异,建议采用车轮脱轨系数和轮重减载率的联合评判方法; 新版GB/T 5599删除了倾覆系数和轮轨横向力指标,放宽了轮重减载率限值,轮轴横向力限值维持不变; GOST/R 55495评价方法不区分车辆类型,采用构架力而非轮轨力对运行安全性进行评价,横垂向平稳性指标计算时采用相同的频域加权,且低频段加权带宽及幅值显著比GB/T 5599大,不对平稳性指标进行分级评价; 复兴号CR400BF动车组的运行安全性指标和平稳性指标同时满足GB/T 5599和GOST/R 55495标准要求; 采用北美标准对某160 km·h^-1客车进行理想轨道激励下动态响应分析,8类不平顺激扰中的重复高低和单次高低不平顺工况较为恶劣,6个评价指标中的轮重减载率和车体垂向加速度容易超限。     

齿轨铁路导入装置动力学特性

利用大型有限元商业软件ABAQUS建立了车辆-齿轨铁路导入装置耦合动力学有限元模型;仿真了齿轨车辆通过齿轨铁路导入装置的过程,分析了车辆与齿轨铁路导入装置的动态相互作用;考虑不同参数的影响,研究了齿轨铁路导入装置振动响应、结构应力、动态接触力等动态特性响应规律。研究结果表明：随着支撑弹簧预紧力的增大,齿轮转速能更快达到与车速匹配的速度,且总体上同步装置振动与动态应力会增大,入齿装置振动和动态应力将减小,校正装置振动也将减小;确定合理的支撑弹簧预紧力,应综合考虑结构应力及振动水平,在本文计算工况中,建议预紧力取3 kN;齿轨铁路导入装置的最大振动速度为5.66 m·s^-1,振动速度最大均方根为1.31 m·s^-1,最大振动加速度为5 657.82 m·s^-2,振动加速度最大均方根为479.36 m·s^-2,都出现在支撑弹簧预紧力1 kN工况下;随着齿轮初始转速增加至车速,总体上同步装置垂向振动变化不大,纵向振动减小,齿轮初始转速越接近车速越好;列车通过速度越大,齿轮对整个齿轨铁路导入装置的冲击力越大,因此,确定合理的列车通过速度,应综合考虑冲击振动及行车效率,在计算的5和10 km·h^-1的速度中,建议通过速度为5 km·h^-1或者低于5 km·h^-1。     

城市轨道交通高架桥箱梁结构振动特性分析

随着轨道交通快速发展,其引起的振动噪声问题日益突出。为了研究高架轨道箱梁结构振动特性,基于车桥耦合动力学分析模型,利用多体动力学与有限元法求解箱梁结构的振动响应,并从时域和频域两个角度对轨道箱梁结构的振动特性进行分析,研究发现:(1)列车以80 km/h的速度过桥,车致振动自上而下在轨道结构间传递时,扣件全频段减振效果明显,CA砂浆层的减振效果不佳。(2)箱梁桥的翼板竖向振动响应水平最大,腹板次之,顶板和底板较小,在进行箱梁振动控制研究时应重点关注翼板和腹板的振动。(3)箱梁桥不同截面位置振动的模态贡献存在差异,跨中截面以1阶竖弯振动为主,2阶竖弯振型对1/4截面振动贡献最大,3阶竖弯振型对梁端截面的振动响应贡献最大。     

机车车辆轨道耦合几何结构基于面向对象的建模分析研究

将可视化、三维建模等技术引入机车车辆轨道耦合动力学仿真中, 从系统工程的观点, 在机车车辆—轨道耦合动力学计算核心模块的基础上, 提出了基于面向对象的机车车辆—轨道耦合动力学的计算机仿真方法及相应的模型解释和标识机制, 成功地形成了一个以三维可视输入输出, 并与核心模块有机结合的机车车辆轨道动力学分析综合仿真平台。     

路面动态特性分析

综合分析了行车荷载的动态作用模式、路面结构的动态力学效应、以及路面材料的动态参数特征, 为进一步研究路面的动荷载激励和响应特性提供了基础。     

高速货车车轮扫掠力检测的动力学仿真速度影响因子的研究

以轮轨相互作用为研究对象,针对列车车轮扫掠通过有限监测区间时,车重检测值会变小这一特有现象进行动力学仿真研究.在多体动力学分析软件Marc中建立轮轨接触的有限元模型,并在仿真系统中引入速度因子,在不同车速条件下进行轮轨接触的仿真分析.通过仿真计算并且与静力学计算的结果对比,结果表明:随行车速度提高,以应变原理监测的轮重值变小.     

基于双弓受流动力学的弓网接触电弧分布

针对双弓受流情况下发生的电弧问题,基于经典电接触理论分析了弓网接触面微观结构与弓网接触电弧的产生机理,提出了接触电弧发生率算法;考虑双弓受流条件下接触网波动传播规律分析了双弓耦合系统动力学模型,建立接触网有限元模型与受电弓多体动力学模型,获取不同后弓静态抬升力下的前后弓接触力;结合接触电弧发生率算法与获取的前后弓接触力,计算多工况下前后弓接触电弧发生率,分析其在对应的接触力下接触电弧分布规律,并提出减小接触电弧发生率的措施。研究结果表明：在前弓上发生的接触电弧发生率远小于后弓上的概率,前弓均值仅为后弓的32%;后弓静态抬升力的变化对前弓接触电弧发生率影响很小,4种工况下前弓接触电弧发生率均在1.5×10^-3~5.0×10^-3内波动,无明显变化规律;后弓接触电弧发生率随后弓静态抬升力的增大显著减小,随着抬升力从55 N升高至85 N,后弓接触电弧发生率平均降低了42%;前弓上接触电弧发生次数随接触力的变化无明显变化规律,后弓静态抬升力越大其分布越均匀;后弓上接触电弧发生次数分布随接触力增大而减少,主要分布于接触力低值区间内;接触力在70~80 N以及大于170 N时可有效抑制前弓接触电弧的发生,接触力大于70 N时可以有效抑制后弓接触电弧的发生。     

前馈多源信息下异构动力学卡车队列协同控制系统

针对目前卡车队列动力学异构性所导致的系统弦稳定性、内部稳定性以及队列耦合性降低的问题,提出了一种异构协同自适应巡航系统控制器设计方法,建立了基于前馈多源信息的异构动力学卡车队列闭环耦合系统;考虑由异构车型所构成的卡车队列存在发动机执行器的饱和态异构问题,建立了发动机饱和性和状态约束条件;在上层协同控制器的基础上,建立了一种非线性下层异构发动机扭矩输出控制模型,用于控制车辆动力学仿真软件TruckSim中的真实车辆模型;建立了基于三维燃油特性图的车辆能耗模型,用于计算实时车辆油耗和节能性分析;通过频域分析法,结合已知异构动力学参数量化标定了协同自适应巡航系统控制器的增益,确保系统满足弦稳定条件。分析结果表明：相比同构动力学控制器,异构协同自适应巡航系统控制器可以确保距离误差在-0.01~0.15 m内,优于同构控制器作用下的-0.3~0.5 m,且当领航车进入匀速行驶状态时,跟随车辆能立刻收敛至相同的行驶状态,收敛性能优于同构协同自适应巡航控制系统;卡车队列节油率最大可达8.15%,随着车头时距减小至0.5 s,平均节油率最大可达8.10%。由此可见,多源前馈信息异构控制系统能有效降低车辆的状态误差传递,设计的前馈多源信息下异构动力学卡车队列协同控制系统能提升队列的弦稳定性,也能保证系统的燃油经济性。     

车轮型面动态高速曲线通过性比较

为了有效选择高速车轮型面, 通过车辆轨道系统动力学仿真得到轮对高速通过曲线的运动状态, 利用运动状态参量进行三维轮轨接触几何特性与蠕滑率计算, 用Contact程序进行轮轨非赫兹滚动接触计算, 分析了LMa、S1002和XP55车轮型面高速曲线通过匹配特点。分析结果表明: LMa和XP55型面轮对运动参数曲线平滑, S1002型面出现大幅度波动, 并产生蛇行运动; 当轮对横移量为3. 0~3. 5 mm时, S1002型面轮轨接触点对产生约11 mm跳跃, 正好处于钢轨型面R300、R80 mm圆弧过渡区; S1002型面接触斑基本处于滑动状态, LMa型面接触应力最小, XP55型面接触应力最大。可见S1002型面与中国60 kg·m^-1钢轨不匹配, LMa型面匹配效果最理想, XP55型面匹配相对较好。