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磨耗钢轨经济性打磨型面研究

铁道科学与工程学报 2020年第10期17卷 2493-2502页

作者：林凤涛胡伟豪华东交通大学机电与车辆工程学院江西南昌330013 中铁物总运维科技有限公司北京100000

磨耗钢轨的恢复原型打磨方式极易造成钢轨材料的过度去除,合理的磨耗钢轨打磨型面对于改善列车的轮轨匹配性能、提高列车运行安全及延长钢轨寿命具有重要的意义。基于NURBS曲线理论建立钢轨型面曲线的重构方法,结合钢轨型面特性,选择标... 详细信息

磨耗钢轨的恢复原型打磨方式极易造成钢轨材料的过度去除,合理的磨耗钢轨打磨型面对于改善列车的轮轨匹配性能、提高列车运行安全及延长钢轨寿命具有重要的意义。基于NURBS曲线理论建立钢轨型面曲线的重构方法,结合钢轨型面特性,选择标准60 kg/m钢轨(CN60)型面曲线上的离散化13个型值点作为设计变量,以减少打磨去除材料和减小脱轨系数为目标,以钢轨型面几何特性和降低钢轨磨耗为约束条件,基于Archard磨耗计算模型,提出货运铁路钢轨经济性打磨型面的设计方法。采用优化算法进行求解,建立轮轨接触模型和车辆-轨道耦合动力学模型进行计算。研究结果表明:设计的Rgri60打磨型面具有良好的轮轨接触特性,与LMa车轮匹配中,轨距角与车轮轮缘部分接触性能变好;与标准轨面打磨方法相比,材料的去除量减少了12.35%;脱轨系数的最大值降低了5.63%。同时,与CN60/LMa轮轨匹配相比,Rgri60/LMa匹配的左右钢轨磨耗分别减少28.19%和33.48%;导向轮对的左右车轮磨耗分别降低11.38%和33.88%。与恢复标准打磨型面方法相比,本文设计的Rgri60打磨型面具有更好的动态特性和缓磨特性。

关键词：钢轨磨耗钢轨打磨型面优化 NURBS

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客货混跑线路钢轨打磨廓形优化及磨耗预测

客货混跑线路钢轨打磨廓形优化及磨耗预测

作者：胡伟豪华东交通大学

学位级别：硕士

我国铁路建设的快速发展在推进我国社会和经济的快速进步方面有着不可替代的作用。由于我国铁路运输条件复杂,且客货运量需求巨大,客货混跑是我国运输的主要模式之一。客车和货车在运行速度、列车整体结构、动力学性能和轴重方面存在巨... 详细信息

我国铁路建设的快速发展在推进我国社会和经济的快速进步方面有着不可替代的作用。由于我国铁路运输条件复杂,且客货运量需求巨大,客货混跑是我国运输的主要模式之一。客车和货车在运行速度、列车整体结构、动力学性能和轴重方面存在巨大差异,客货混跑线路钢轨存在各种各样的问题。钢轨打磨是目前为止世界上公认的有效解决钢轨异常磨耗等问题的方法之一,钢轨的日常维修和养护对延长钢轨使用寿命,提升铁路运行品质和安全都具有重要意义。钢轨打磨廓形是否合理是影响钢轨打磨质量和钢轨打磨效率的主要因素。因此针对客货混跑线路设计合理的钢轨打磨廓形是解决钢轨在运行过程中异常磨耗问题,同时延长钢轨使用寿命的重要工作。本文在总结国内外相关行业专家和学者研究的基础上,以客货混跑线路为基础,建立三次NURBS曲线拟合模型来描述客货混跑线路的钢轨廓形。采用优化的遗传算法对其求解,完成客货混跑线路不同工况下的钢轨打磨廓形的优化。并对其进行系统的分析和验证,提升钢轨打磨质量,提高打磨效率。针对钢轨磨耗问题进行磨耗预测,探究钢轨磨耗量的大小及磨耗廓形的演变以及发展规律。主要工作内容和创新如下:（1）建立标准60kg/m钢轨廓形和磨耗钢轨廓形三次NURBS描述方法,并对此方法进行验证。结合此方法提出了以N个型值点的横、纵坐标为设计变量,以减少打磨量,降低轮轨磨耗量和减小轮轨横向力为目标函数,以钢轨廓形的单调性、凹凸性、脱轨系数以及磨耗廓形和CN60钢轨廓形为上下边界范围为约束条件的多目标优化模型,并创新性的采用优化的遗传算法进行求解计算。分别得到直线工况和曲线工况下的设计打磨廓形,同时对设计的钢轨廓形进行三维曲面拟合。（2）建立25T客车和C70货车的多体动力学模型,并在多个工况下对比分析了设计的钢轨打磨廓形和CN60钢轨打磨廓形的运行稳定性、安全性、轮轨接触特性、打磨量以及钢轨磨耗特性。发现设计的钢轨打磨廓形具有良好的动力学性能和曲线通过性,在运行过程中轮轨接触状态良好,有利于减小列车运行过程中钢轨的磨耗量,延长钢轨使用寿命,保证列车的平稳安全运行。（3）建立客车和货车轮轨接触有限元模型,并进行接触分析。同时创新性的提出基于统计学和有限元法的摩擦功磨耗计算方法,即接触斑上各节点的摩擦功等于节点上摩擦力与接触点对相对位移的乘积。并且通过新的摩擦功计算方法进行钢轨磨耗预测,与实际测量的钢轨磨耗数据进行对比分析,探究钢轨磨耗规律。

关键词：客货混跑钢轨打磨廓形型面优化摩擦功钢轨磨耗预测

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车轮扁疤对钢轨磨耗及轮轨接触的影响

铁路采购与物流 2021年第12期16卷 89-93页

作者：胡伟豪中铁物总运维科技有限公司

基于车辆轮对模态建立了车辆-轨道刚柔耦合动力学计算模型和扁疤模型,并进行了模型验证。基于赫兹接触理论、 FASTSIM计算方法以及Archard磨耗模型,计算了车轮扁疤对钢轨磨耗以及滚动接触疲劳的影响,以探究其规律。

关键词：车轮扁疤钢轨磨耗滚动接触疲劳模型验证

基于双边滤波的三维曲面重构技术在钢轨检测中的应用

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机床与液压 2021年第6期49卷 6-11页

作者：林凤涛胡伟豪杨洋李志和肖乾华东交通大学机电与车辆工程学院江西南昌330013 中铁物总运维科技有限公司山东济南250000 南昌铁路局集团有限公司江西南昌330002

钢轨廓形的测量对指导钢轨打磨、提高列车运行安全、延长钢轨寿命具有重要的意义。采用三维激光扫描重建技术,获取钢轨廓形点云数据;分别采用迭代最近邻算法、双边滤波法以及曲率精简法对钢轨点云数据进行拼接、降噪和精简处理;对比在... 详细信息

钢轨廓形的测量对指导钢轨打磨、提高列车运行安全、延长钢轨寿命具有重要的意义。采用三维激光扫描重建技术,获取钢轨廓形点云数据;分别采用迭代最近邻算法、双边滤波法以及曲率精简法对钢轨点云数据进行拼接、降噪和精简处理;对比在不同高斯滤波参数下,该技术对钢轨点云数据的滤波效果。结合UM动力学软件和有限元分析软件对三维重构后的钢轨模型进行仿真对比分析。结果表明:采用该三维重构技术可以快速地对钢轨的型面进行重构;高斯滤波参数σ_c为20时,对钢轨点云数据的滤波效果较好,能够使钢轨轨顶保持良好的细节特征。

关键词：钢轨检测三维重构双边滤波

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线路焊缝区几何不平顺动力响应仿真分析

铁道技术监督 2022年第10期50卷 49-54页

作者：胡伟豪林凤涛中铁物总运维科技有限公司北京100070 华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室江西南昌330013

为分析列车在不同焊缝形状和波深下的车辆动力响应与轮轨接触状态,建立普速客车-有砟轨道垂向耦合动力学模型和焊缝不平顺模型。将焊缝按照几何形状分为倒V形、M形、V形和W形,分析4类焊缝在不同波深、速度等工况下的垂向动力响应。发现... 详细信息

为分析列车在不同焊缝形状和波深下的车辆动力响应与轮轨接触状态,建立普速客车-有砟轨道垂向耦合动力学模型和焊缝不平顺模型。将焊缝按照几何形状分为倒V形、M形、V形和W形,分析4类焊缝在不同波深、速度等工况下的垂向动力响应。发现焊缝不平顺会引起轮轨垂向力、轴箱垂向振动加速度等参数在短时间内增幅达到30%左右,造成较大的轮轨冲击。焊缝波深越大,车速越快,车辆-轨道系统垂向动态响应越差,轮轨垂向力最大增加66.28%。根据焊缝安全限值的计算结果,发现W形焊缝安全限值最小,倒V形焊缝安全限值最大。建议优先打磨处理W形焊缝,再依次处理V形、M形焊缝,最后处理倒V形焊缝。

关键词：钢轨焊缝轮轨动力学轮轨冲击安全限值钢轨打磨

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轮轨异常磨耗对车辆动力学的影响及限值研究

铁路采购与物流 2022年第11期17卷 59-63页

作者：胡伟豪林凤涛黄琴中铁物总运维科技有限公司华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室中国铁路南昌局集团有限公司

轮轨异常磨耗对列车的平稳和安全运行造成极大的影响。基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立刚柔耦合动力学模型。分别以谐波函数、余弦函数形式将车轮多边形、钢轨波磨进行表达，仿真研究了列车车轮踏面存在车轮多边形，轨道表面出现钢... 详细信息

轮轨异常磨耗对列车的平稳和安全运行造成极大的影响。基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立刚柔耦合动力学模型。分别以谐波函数、余弦函数形式将车轮多边形、钢轨波磨进行表达，仿真研究了列车车轮踏面存在车轮多边形，轨道表面出现钢轨波磨两者都具备的轮轨异常磨耗对车辆动力学响应，提出了关于车轮多边形的安全限值，为列车、钢轨运营维护提供了技术支持。

关键词：车轮多边形钢轨波磨轮轨异常磨耗车辆动力学

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地铁曲线段钢轨非对称性廓形研究

城市轨道交通研究 2021年第10期24卷 75-81,85页

作者：林凤涛李志和胡伟豪刘保臣朱韶光华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013 中国铁道科学研究院集团有限公司北京100081 中国铁路南昌局集团有限公司鹰潭机务段南昌330013

提出多弧段钢轨廓形拟合方法:以圆弧半径以及圆弧相切点横坐标为设计变量,以轮轨接触点横向分布密度函数、轮轴横向力最小为目标函数,采用统计方法设定参数边界条件,建立非对称性钢轨廓形设计模型,并运用遗传算法对该模型进行求解,得到... 详细信息

提出多弧段钢轨廓形拟合方法:以圆弧半径以及圆弧相切点横坐标为设计变量,以轮轨接触点横向分布密度函数、轮轴横向力最小为目标函数,采用统计方法设定参数边界条件,建立非对称性钢轨廓形设计模型,并运用遗传算法对该模型进行求解,得到地铁曲线段外轨非对称性钢轨廓形。建立车辆系统动力学及轮轨接触力学模型,对设计的非对称钢轨廓形进行动力学性能评价以及磨耗分析。结果表明,与采用TB60型面钢轨廓形相比,非对称性钢轨廓形基本不影响车辆动力学性能;同时,非对称性钢轨廓形改善了轮轨接触关系;钢轨顶面横坐标为0~25 mm区间内的轮轨接触斑分布密度为86.18%,非对称性廓形钢轨较TB60型面增加了35.21%;在通过车次分别为5.0×10^(5)次和1.0×10^(6)次的条件下,非对称性廓形钢轨的磨耗深度最大位置较TB60型面向轨顶中心移动5 mm,降低了钢轨的非正常磨耗。

关键词：地铁曲线段钢轨非对称钢轨廓形

车轮多边形幅值对侧向通过道岔区振动传递特性的影响

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机床与液压 2021年第7期49卷 128-134,140页

作者：林凤涛万晟阳胡伟豪刘宝臣张海杨洋华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室江西南昌330013 南昌轨道交通集团有限公司运营分公司江西南昌330000 中铁物总运维科技有限公司山东济南250000 中国铁道科学研究院集团有限公司北京100081

道岔区的动力学性能是决定行车速度和安全的主要因素之一,而车轮多边形磨耗会显著影响轮轨相互作用力及转向架关键部位的振动特性。以18号可动心轨道岔作为研究对象,建立车辆-道岔耦合动力学模型。分析列车侧向过道岔区的实测振动数据,... 详细信息

道岔区的动力学性能是决定行车速度和安全的主要因素之一,而车轮多边形磨耗会显著影响轮轨相互作用力及转向架关键部位的振动特性。以18号可动心轨道岔作为研究对象,建立车辆-道岔耦合动力学模型。分析列车侧向过道岔区的实测振动数据,并分析不同多边形幅值车轮对车体各部位振动传递的影响。结果表明:列车通过道岔心轨区段时,增加多边形幅值对各关键部位减振效果影响较大;多边形幅值为0.14 mm时,动力学响应幅度较大,横向力接近侧向通过道岔的限值;脱轨系数最大值发生位置随多边形幅值增加而变化;一系悬挂不能有效降低多边形车轮引起的振动,二系悬挂可以消除一部分的振动能量,但在心轨区段,横向减振效果仍不理想。

关键词：高速列车多边形车轮侧向过岔轮轨力振动传递率

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地铁小半径曲线钢轨型面打磨技术及评价

城市轨道交通研究 2021年第12期24卷 21-27页

作者：林凤涛胡伟豪王瑞涛万晟阳李志和华东交通大学机电与车辆工程学院南昌330013 中铁物总运维科技有限公司北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100120 南昌轨道交通集团有限公司运营分公司南昌330224 中国铁路南昌局集团有限公司鹰潭机务段南昌335001

为了解决地铁小半径曲线钢轨非正常磨耗问题、延长曲线段钢轨使用寿命、保障列车运行的安全性和稳定性,通过实测分析小半径曲线钢轨型面数据的磨耗特点及其接触变化,设计出适用于小半径曲线轨道的钢轨打磨型面(Opt-60型面)。建立地铁B... 详细信息

为了解决地铁小半径曲线钢轨非正常磨耗问题、延长曲线段钢轨使用寿命、保障列车运行的安全性和稳定性,通过实测分析小半径曲线钢轨型面数据的磨耗特点及其接触变化,设计出适用于小半径曲线轨道的钢轨打磨型面(Opt-60型面)。建立地铁B型车动力学模型和轮轨接触有限元模型,分别对不同打磨型面在整个维护周期内的钢轨性能进行仿真计算。计算结果表明:相对于CN60打磨型面,Opt-60型面的打磨量减小了44.2%,打磨深度减小了0.646 mm;在维护周期内Opt-60型面的轮轨横向力和脱轨系数都有明显改善,安全系数有所提升,且横向平稳系数与垂向平稳性系数均得到提高;在一定列车通过量下,Opt-60型面的轮轨接触面积比CN60打磨型面的轮轨接触面积大14.63%~27.13%,接触应力减小19.27%~27.97%。计算结果已明显表明,Opt-60型面能有效减缓钢轨磨耗、抑制钢轨疲劳,还能提高列车运行的安全性和平稳性,优化了列车的动力学性能。

关键词：地铁环形线路钢轨打磨型面设计评价轮轨接触有限元仿真分析