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扣件弹性垫层劣化对高速列车-道岔系统动力特性的影响

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振动与冲击 2023年第21期42卷 101-109页

作者：侯明扬徐井芒王平闫正马前涛西南交通大学土木工程学院成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031

随着高速铁路运营时长的增加,道岔区扣件弹性垫层会发生劣化,对列车过岔的动力学性能产生不利影响。为研究扣件弹性垫层劣化对高速列车道岔系统动力特性的影响,考虑道岔区钢轨的柔性变形,以高速铁路18号无砟道岔为研究对象,建立车辆-道... 详细信息

随着高速铁路运营时长的增加,道岔区扣件弹性垫层会发生劣化,对列车过岔的动力学性能产生不利影响。为研究扣件弹性垫层劣化对高速列车道岔系统动力特性的影响,考虑道岔区钢轨的柔性变形,以高速铁路18号无砟道岔为研究对象,建立车辆-道岔刚柔耦合动力学模型,通过时域和频域分析,研究扣件弹性垫层劣化位置、劣化程度、劣化个数及行车速度对列车道岔系统动力特性的影响。研究结果表明:扣件弹性垫层劣化位置影响较大,其中尖轨顶宽40 mm处为扣件弹性垫层劣化的最不利位置;随劣化程度的增加,车岔系统各动力学指标呈增大趋势,其中垂向指标影响更为显著;扣件弹性垫层劣化个数的增加对尖轨尖端的横向动力学指标产生不利影响,9组扣件连续劣化时横向力较1组扣件弹性垫层劣化时增大21.3%;当车辆以250 km/h速度过岔时,扣件弹性垫层劣化对列车道岔系统动力特性的影响最为显著。轴箱振动加速度对扣件弹性垫层劣化较敏感,可在一定程度上反映扣件弹性垫层的劣化。研究成果可为道岔区刚度优化和养护维修提供一定的理论指导。

关键词：扣件弹性垫层劣化高速道岔刚柔耦合动力学动力特性轴箱振动加速度

轮径差对道岔区轮轨接触几何和车辆过岔走行性能的影响

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铁道学报 2018年第5期40卷 123-130页

作者：陈嵘陈嘉胤王平高原徐井芒西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

高速列车车轮磨耗或加工误差引起不同车轮名义滚动圆半径偏差,在道岔区固有结构不平顺作用下,轮径差加剧轮轨系统动力性能。为揭示轮径差对高速道岔区车辆走行性能的影响,以某型高速动车组和客运专线12号道岔为主要研究对象,在综合考虑... 详细信息

高速列车车轮磨耗或加工误差引起不同车轮名义滚动圆半径偏差,在道岔区固有结构不平顺作用下,轮径差加剧轮轨系统动力性能。为揭示轮径差对高速道岔区车辆走行性能的影响,以某型高速动车组和客运专线12号道岔为主要研究对象,在综合考虑不同轮径差对岔区轮轨接触几何关系影响的基础上,建立了高速车辆-道岔耦合动力学模型,系统分析了高速车辆存在不同类型和幅值轮径差时通过道岔的稳定性、安全性和平稳性。结果表明,轮径差使轮载过渡位置提前;小轮径车轮位于尖轨侧时,轮对侧滚角增大,道岔固有横向结构不平顺变化剧烈。等值同相轮径差显著恶化车辆过岔走行性能,等值同相轮径差达2mm时,轮轨横向力和脱轨系数快速增大,车辆过岔易发生失稳,平稳性指标达到峰值。建议将同相分布同轴轮径差2 mm或反相分布同轴轮径差3mm作为运用限度,将同轴轮径差1.5mm作为一、二级检修限度。

关键词：轮径差高速铁路道岔轮轨接触几何走行性能

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地铁道岔轨顶坡对尖轨磨耗的影响

中南大学学报（自然科学版） 2014年第8期45卷 2899-2904页

作者：徐井芒王平曾晓辉肖杰灵西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031

针对地铁道岔磨耗严重及使用寿命短等问题,利用有限元方法建立道岔区三维弹塑性轮轨接触计算模型,通过计算尖轨接触应力、接触斑面积及内部应力等,分析轨顶坡对尖轨磨耗的影响。模型中车轮型面采用实测磨耗状态LM型车轮型面。研究结果表... 详细信息

针对地铁道岔磨耗严重及使用寿命短等问题,利用有限元方法建立道岔区三维弹塑性轮轨接触计算模型,通过计算尖轨接触应力、接触斑面积及内部应力等,分析轨顶坡对尖轨磨耗的影响。模型中车轮型面采用实测磨耗状态LM型车轮型面。研究结果表明:设置轨顶坡时,尖轨接触应力及内部应力均比不设置轨顶坡的小;以尖轨顶宽35.5 mm断面为例,当轨顶坡从1/40增大到1/20时,其接触应力最大值从904.267 MPa减小至686.266 MPa,Von Mises应力最大值从552.123 MPa降低至493.755 MPa,状态由塑性变形转变为弹性变形,有利于减小尖轨磨耗;增大尖轨断面顶面宽度可以提高其受力状态,延长道岔使用寿命;综合考虑尖轨受力状态,1/20轨顶坡优于其他轨顶坡。

关键词：尖轨磨耗有限元法轨顶坡接触应力 Von Mises应力弹塑性

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铁路道岔轮轨非赫兹滚动接触算法对比与分析

机械工程学报 2019年第18期55卷 95-103页

作者：马晓川王平徐井芒冯青松华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心南昌330013 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031

为研究不同轮轨非赫兹滚动接触算法对道岔轮轨滚动接触行为的影响,以转辙器部件为例,建立能够考虑尖轨和基本轨相对运动的轮轨滚动接触模型,对比分析Kalker三维滚动接触理论、Kik-Piotrowski、Ayasse-Chollet和Sichani四种非赫兹滚动接... 详细信息

为研究不同轮轨非赫兹滚动接触算法对道岔轮轨滚动接触行为的影响,以转辙器部件为例,建立能够考虑尖轨和基本轨相对运动的轮轨滚动接触模型,对比分析Kalker三维滚动接触理论、Kik-Piotrowski、Ayasse-Chollet和Sichani四种非赫兹滚动接触算法在求解轮轨法向和切向接触行为时的计算精度和效率。结果表明,与Kalker三维滚动接触理论相比,采用Sichani方法在求解道岔轮轨法向和切向接触行为时的计算精度最高,最大计算误差均在10%以内,而由于条带理论自身的缺陷,在轮轨纯自旋蠕滑情况下,Sichani方法求解切向接触应力最大值的计算精度有所下降,计算误差为30%左右;采用Kik-Piotrowski方法的计算效率最高,Ayasse-Chollet和Sichani方法次之,Kalker三维方法所需的计算时间最长。综合计算精度和效率,Sichani方法是求解铁路道岔轮轨滚动接触行为较为合理的接触模型。

关键词：铁路道岔非赫兹滚动接触法向切向尖基轨相对运动

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高速铁路道岔系统理论与工程实践研究综述

西南交通大学学报 2016年第2期51卷 357-372页

作者：王平陈嵘徐井芒马晓川王健西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室

为了促进高速道岔行业的发展,系统梳理了各国高速铁路道岔领域(包括部件选型与结构设计理念、高速列车/道岔耦合动力分析理论、不同线下基础道岔无缝化设计方法、合理刚度及均匀化设计方法、长大轨件转换计算理论、关键联结部件动静力... 详细信息

为了促进高速道岔行业的发展,系统梳理了各国高速铁路道岔领域(包括部件选型与结构设计理念、高速列车/道岔耦合动力分析理论、不同线下基础道岔无缝化设计方法、合理刚度及均匀化设计方法、长大轨件转换计算理论、关键联结部件动静力强度分析、动力学性能测试技术、道岔侧股平面线型与结构设计、制造与铺设、维护与管理等)的学术研究现状、存在问题、具体对策及发展趋势.要适应未来轨道交通技术的发展,高速道岔仍面临着严峻的技术挑战,例如,更高速度的下一代高速道岔在复杂环境下的适应性、全寿命周期设计、轮轨匹配与车/岔动态性能优化、新材料和结构的研发与应用、状态实时获取与性能评估、健康管理及故障预测、能效保持等问题,需要深度融合先进材料与制造、智能与自动化、大数据与云计算、精密测控与效能提升等前沿技术,着力提升我国高速铁路道岔技术领域的原始创新能力.通过现状剖析、问题导向,以期为铁道工程学科的学术研究与技术创新提供新的视角和基础资料.

关键词：高速铁路道岔设计理论平面线型结构部件制造与铺设维护与管理

不同车轮踏面与高速60N钢轨道岔静态接触特性研究

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中南大学学报（自然科学版） 2021年第4期52卷 1358-1370页

作者：闫正陈嘉胤徐井芒王平陈嵘秦艳西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 中铁上海设计院集团有限公司上海200070

为研究不同车轮踏面与高速60N钢轨道岔断面的静态接触特性,针对我国高速动车组常用的LMA,S1002CN和XP55这3种车轮踏面,选择顶宽35 mm曲尖轨所在的60N钢轨道岔断面,根据MATLAB编写迹线法程序以及通过Kalker非赫兹滚动接触CONTACT软件,分... 详细信息

为研究不同车轮踏面与高速60N钢轨道岔断面的静态接触特性,针对我国高速动车组常用的LMA,S1002CN和XP55这3种车轮踏面,选择顶宽35 mm曲尖轨所在的60N钢轨道岔断面,根据MATLAB编写迹线法程序以及通过Kalker非赫兹滚动接触CONTACT软件,分别计算轮轨静态接触时的接触几何参数与接触力学参数,以此分析轮轨的匹配性能,同时探讨不同轨道参数对接触几何的影响。研究结果表明:当LMA踏面与该60N钢轨道岔断面接触时,其匹配性能最好,能够有效延长基本轨的承载效应,减缓尖轨的疲劳损伤;S1002CN踏面的匹配性能次之,其接触状态随轮对向曲线外侧的偏移而逐渐改善,具有较强的侧向过岔能力;XP55踏面的匹配性能在三者中最差,其廓形需要优化,以此提高轮轨匹配性能,减少接触应力的集中;适当增大轨距与轨底坡、减小轮背内侧距有利于改善轮轨接触状态,以提高轮轨匹配性能。

关键词：接触几何接触力学轨道参数迹线法非赫兹滚动接触

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60N钢轨高速道岔与磨耗车轮接触特性分析

铁道学报 2022年第12期44卷 73-81页

作者：郑兆光徐井芒闫正陈嘉胤王平西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究速度350 km/h 60N钢轨18号高速道岔与LMA磨耗车轮间的静态接触特性,根据迹线法和三维非赫兹接触理论,计算道岔转辙器区尖轨不同顶宽截面和磨耗车轮匹配时接触几何及力学参数,与CHN60钢轨高速道岔对比。研究表明,60N钢轨上接触点... 详细信息

为研究速度350 km/h 60N钢轨18号高速道岔与LMA磨耗车轮间的静态接触特性,根据迹线法和三维非赫兹接触理论,计算道岔转辙器区尖轨不同顶宽截面和磨耗车轮匹配时接触几何及力学参数,与CHN60钢轨高速道岔对比。研究表明,60N钢轨上接触点分布更加集中且靠近钢轨中心,等效锥度更小;当轮对横移量在6~10 mm时,60N钢轨上的法向接触应力普遍更小,不易出现接触疲劳;随着车轮磨耗量的增加,接触点在60N钢轨上的分布越来越分散,等效锥度越来越大;在尖轨顶宽35 mm处,标准轮轨的接触点集中在尖轨顶部,接触应力较大且容易发生滚动接触疲劳;车轮磨耗量增大或在较大的轮对横移量下都易导致钢轨进入表面滚动接触疲劳区。

关键词： 60N钢轨磨耗车轮高速道岔轮轨接触 CHN60钢轨

变摩擦条件下高速钢轨焊缝处轮轨滚动接触-冲击行为研究

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铁道学报 2024年第9期46卷 111-120页

作者：杨健徐井芒王凯刘晨何傲男王平西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

采用变摩擦系数能够较为准确地刻画轮轨滚动接触行为。为研究变摩擦系数对钢轨焊缝处轮轨滚动接触行为的影响,建立三种不同钢轨焊缝工况的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,通过对比库伦型摩擦系数的结果,计算分析变摩擦系数对轮轨力、... 详细信息

采用变摩擦系数能够较为准确地刻画轮轨滚动接触行为。为研究变摩擦系数对钢轨焊缝处轮轨滚动接触行为的影响,建立三种不同钢轨焊缝工况的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,通过对比库伦型摩擦系数的结果,计算分析变摩擦系数对轮轨力、接触斑内的微滑以及黏滑分布等接触行为的影响。结果表明:变摩擦系数接触斑内的滑动区域占比会更大且在滑动区域会引起黏滑振荡现象,当轮轨界面滑动现象越明显时,黏滑振荡越剧烈;变摩擦系数对法向接触解的影响不大,切向接触解会因接触状态的改变显著受到影响,造成凸形1焊缝的不均匀磨耗;变摩擦系数会影响von Mises应力分布,其最大von Mises应力发生的位置会向轨底移动,对伤损出现的位置产生影响。

关键词：变摩擦系数钢轨焊缝三维瞬态滚动接触显式有限元轮轨滚动接触解

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地铁12号道岔线形优化设计研究

铁道工程学报 2017年第10期34卷 87-92页

作者：熊维田春香徐井芒王平中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031

研究目的:为提高地铁12号道岔的侧向通过能力,本文基于质点运动基本参数法提出4种平面线形设计方案,建立地铁车辆道岔耦合动力学模型,对比分析地铁道岔既有方案和优化方案下车辆-道岔系统的动态相互作用特性。研究结论:(1)地铁道岔直线... 详细信息

研究目的:为提高地铁12号道岔的侧向通过能力,本文基于质点运动基本参数法提出4种平面线形设计方案,建立地铁车辆道岔耦合动力学模型,对比分析地铁道岔既有方案和优化方案下车辆-道岔系统的动态相互作用特性。研究结论:(1)地铁道岔直线段尖轨长度、转辙角、导曲线半径是影响侧向通过能力的主要因素,既有方案的导曲线半径较小,是限制其侧向通过能力的主要原因;(2)较大的导曲线半径一方面能够提高车辆侧向通过道岔的能力,另一方面则会增大道岔长度,不符合城市地铁发展的要求;(3)推荐使用方案一提高道岔侧向通过能力,方案一导曲线半径为400 m,道岔全长37.8 m,该方案能够提升道岔侧向通过能力且不会增大道岔长度;(4)本研究成果能够为提升地铁道岔侧向通过能力提供依据。

关键词：地铁道岔线形优化动力性能