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作者：袁密奥重庆交通大学

学位级别：硕士

轨道车辆在坡道路段行驶比在平直路段行驶时需要更大的前进牵引能力以及制动能力,由此产生了在齿轨铁路（Rack Railway,亦称Cog Railway）上行驶的齿轨车辆。齿轨铁路在普通铁路轨道的两侧钢轨之间铺设一条类似于齿条的钢结构轨道,并与... 详细信息

轨道车辆在坡道路段行驶比在平直路段行驶时需要更大的前进牵引能力以及制动能力,由此产生了在齿轨铁路（Rack Railway,亦称Cog Railway）上行驶的齿轨车辆。齿轨铁路在普通铁路轨道的两侧钢轨之间铺设一条类似于齿条的钢结构轨道,并与齿轨车辆转向架上装备的驱动齿轮组成齿轮-齿轨啮合系统,使用齿轮-齿轨啮合力补充车辆上坡时不足的轮轨黏着力或替代轮轨黏着力。齿轨铁路系统种类较多,其配备齿轮-齿轨啮合系统也因此具有多样性,而不同的齿轮-齿轨啮合系统也受其结构上的差异以及独特的安装方式对运行过程中的齿轨车辆引入不同的动态激扰,进而使齿轨车辆产生不同的动态特性,因此分析不同齿轨铁路系统齿轨车辆的动态特性研究是有必要的。本文在解析齿轮-齿轨啮合激扰产生机理的基础上,考虑齿轮-齿轨啮合冲击,根据车辆耦合动力学建立两类Strub系统、双排齿Abt系统以及Locher系统四种典型齿轨车辆动力学模型,并对模型进行了实验验证;采用所建立的模型,分析齿轨车辆在坡道啮合路段运行时的齿轮-齿轨啮合行为,探究线路不平顺对齿轨车辆齿轮-齿轨啮合误差的影响;在此基础上研究齿轨车辆的轮轨作用以及车辆加速度,由此分析齿轨车辆的各部件动态响应以及整车的动态特性,为我国山地齿轨铁路系统选型设计及安全运维提供理论支撑。首先,根据同轴Strub齿轨铁路系统、双排齿Abt齿轨铁路系统、异轴Strub齿轨铁路系统与Locher齿轨铁路系统四种典型齿轨车辆的机械结构,基于齿轮系统动力学以及车辆-轨道耦合动力学建立了齿轮-齿轨啮合模型与齿轨车辆动力学模型,并建立了线路不平顺模型,然后给出了模型的数值积分求解方法,对模型进行了实验验证,最后发现建立的该齿轨车辆动力学模型是可靠的。其次,采用建立的齿轮-齿轨啮合系统模型,分别对四种典型齿轨车辆齿轮-齿轨啮合系统的齿轮-齿轨啮合力、齿轮-齿轨时变啮合刚度、齿轮-齿轨啮合系统振动响应特性以及线路不平顺下齿轮-齿轨啮合系统的啮合中心距误差展开分析。齿轮与车轴连接的同轴Strub齿轨铁路系统与双排齿Abt齿轨铁路系统的齿轮-齿轨啮合力存在多处冲击,且同轴Strub齿轨铁路系统的齿轮-齿轨啮合力最大值为29.8k N;同轴Strub齿轨铁路系统、双排齿Abt齿轨铁路系统与异轴Strub齿轨铁路系统的齿轮-齿轨啮合系统啮合稳定性较差,啮合冲击更明显;同轴Strub齿轨铁路系统,双排齿Abt齿轨铁路系统,异轴Strub齿轨铁路系统的齿轮垂向振动幅值维持在0.18 mm,其主要振动频率为3.9 Hz,其齿轮时程曲线波形相似,可以认为三种垂向啮合布置的齿轮齿条振动规律一致;Locher齿轨铁路系统齿轮-齿轨啮合中心距浮动最平稳,而同轴Strub齿轨铁路系统与双排齿Abt齿轨铁路系统的齿轮-齿轨啮合中心距误差受线路不平顺影响浮动较大,最大值为0.037 m。然后,采用所建立的齿轨车辆动力学模型,对四种典型齿轨车辆的轮对、构架与车体的动态响应展开了研究,并进行了对比分析。发现同轴Strub齿轨铁路系统,双排齿Abt齿轨铁路系统齿轨车辆由于簧下质量较大,轮对垂向振动较大,存在较明显的冲击,最大振幅为0.002 mm,加速度为32 mm·s,异轴Strub齿轨铁路系统齿轨车辆轮对垂向振动加速度变化较为平缓,各齿轨铁路系统齿轨车辆轮对振动频率均为3.9 Hz;异轴Strub齿轨铁路系统齿轨车辆转向架构架与齿轮-齿轨啮合系统直接进行弹性连接,其转向架构架与车体振动较大,转向架最大振幅为0.13 mm,最大振动加速度为97 mm·s,车体振动最大值为0.063 mm,最大振动加速度为0.33 m·s;Locher齿轨铁路系统齿轨车辆齿轮-齿轨啮合系统对齿轨车辆各部件的动态响应的影响几乎为零。最后,研究了不同坡度下,以不同速度运行的齿轨车辆的轮轨作用性能、车辆运行安全性以及运行平稳性,并通过对比分析得出了动力学性能最优与最差的齿轨车辆所对应的齿轨铁路系统。同轴Strub齿轨铁路系统、双排齿Abt齿轨铁路系统与异轴Strub齿轨铁路系统齿轨车辆在运行时,其轮轨作用性能受齿轮-齿轨啮合激扰影响明显,双排齿Abt齿轨铁路系统齿轨车辆受影响最大,最大轮轨垂向力达到51.47 k N,轮轴横向力达1309 N,齿轨车辆轮轨垂向力随线路坡度的增加而减小,随运行速度的增加而增大;同轴Strub齿轨铁路系统、双排齿Abt齿轨铁路系统与异轴Strub齿轨铁路系统齿轨车辆运行安全性受齿轮-齿轨啮合激扰影响明显,Locher齿轨铁路系统齿轨车辆几乎不受影响,双排齿Abt齿轨铁路系统齿轨车辆轮重减载率最大,各齿轨车辆轮重减载率随线路坡度以及运行速度的增大均呈增长趋势;异轴Strub齿轨铁路齿轨车辆运行平稳性最差,当线路坡度为200‰,运行速度为30 km/h时,达到最大值车体垂向加速

关键词：齿轨车辆齿轨铁路系统齿轮-齿轨啮合模型齿轨车辆动力学模型啮合行为基本动态特性

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齿轨车辆牵引电机布置模式及系统耦合振动特性

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振动工程学报 2024年第4期37卷 612-622页

作者：陈兆玮李世辉袁密奥陈志辉杨吉忠重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

为探究牵引电机布置模式对齿轨车辆动态特性及齿轮-齿轨啮合特性的影响,在考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为及其动态时变激扰和轮轨非线性接触关系的条件下,分析了不同电机布置模式下的车辆动力学特性。以Strub齿轨系统为原型,建立了齿轨车... 详细信息

为探究牵引电机布置模式对齿轨车辆动态特性及齿轮-齿轨啮合特性的影响,在考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为及其动态时变激扰和轮轨非线性接触关系的条件下,分析了不同电机布置模式下的车辆动力学特性。以Strub齿轨系统为原型,建立了齿轨车辆-轨道垂纵耦合动力学模型,研究了三种不同电机驱动形式对齿轨车辆动态特性的影响规律,并在此基础上提出了适用于齿轨车辆的牵引电机布置方案。研究表明:牵引电机双置工况下齿轮啮合力和垂向、纵向振动加速度更小;其中电机双置时齿轮齿轨啮合力约为电机后置和前置时的50%,平直段齿轮垂向和纵向加速度的最大幅值差分别为4.04和6.01 m/s^(2),爬坡段电机后置时齿轮振动加速度最大,其垂向、纵向加速度幅值比电机双置时大45%;平直线路上电机后置与前置时齿轨车辆的舒适性较好,而爬坡段牵引电机双置模式下更好;鉴于齿轨车辆主要应用于爬坡线路,且爬坡时电机双置齿轨车辆的动力学指标最好,因此建议牵引电机双置为最优布置模式。

关键词：车辆-齿轨耦合动力学齿轨铁路牵引电机布置模式 Strub齿轨系统齿轮齿条啮合车辆舒适性

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桥梁错台现象下齿轨-桥梁系统力学性能研究

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工程力学 2024年

作者：陈兆玮李长林王浪张梦琪李世辉袁密奥重庆交通大学机电与车辆工程学院西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室重庆交通职业学院

桥上齿轨铁路在服役过程中难免会出现桥梁错台现象，从而导致齿轨变形异常，进而使齿轨和连接部件的局部应力激增，极有可能对齿轨结构造成破坏，最终严重威胁车辆的运行安全与稳定性。本文构建桥梁错台下车辆-齿轨(轨道)-桥梁系统非线... 详细信息

桥上齿轨铁路在服役过程中难免会出现桥梁错台现象，从而导致齿轨变形异常，进而使齿轨和连接部件的局部应力激增，极有可能对齿轨结构造成破坏，最终严重威胁车辆的运行安全与稳定性。本文构建桥梁错台下车辆-齿轨(轨道)-桥梁系统非线性动力相互作用模型，研究齿轨车辆在错台现象下通过大坡度桥梁时齿轨变形、应力、加速度及连接螺栓应力变化规律，并在此基础上提出了桥梁错台的安全控制阈值。结果表明：在齿轮齿轨啮合作用和轮轨作用等多荷载综合作用下，错台现象极有可能导致齿轨连接螺栓发生断裂。针对本文研究参数，桥梁跨中位置处的齿轨最大变形达11.15 mm；当错台量为7.07 mm时，螺栓达到其许用剪切强度；桥梁错台对齿轨振动和应力的影响不大。研究结果可为桥上齿轨铁路设计及后运维提供理论参考。

关键词：齿轨铁路列车-轨道-桥梁动力相互作用错台现象大坡度桥梁安全阈值

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重心偏置下齿轨车辆系统的动态行为

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北京工业大学学报 2024年第6期50卷 651-664页

作者：陈兆玮袁密奥李世辉杨吉忠陈志辉重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院成都610031

针对大坡度下车辆动态特性受齿轨车辆重心偏置影响的问题,在解析齿轮齿轨啮合激扰产生机理的基础上,考虑齿轮齿轨啮合冲击与轮轨动态接触行为的扰动效应,建立齿轨系统车轨耦合动力学模型,并经过现场实验验证了模型的有效性;采用所建立... 详细信息

针对大坡度下车辆动态特性受齿轨车辆重心偏置影响的问题,在解析齿轮齿轨啮合激扰产生机理的基础上,考虑齿轮齿轨啮合冲击与轮轨动态接触行为的扰动效应,建立齿轨系统车轨耦合动力学模型,并经过现场实验验证了模型的有效性;采用所建立的模型,探究平直段以及坡道段车体重心横纵偏置对驱动齿轮动态接触行为以及齿轨车辆运行安全平稳性的影响。结果表明:齿轨车辆存在重心偏置时,齿轮齿轨啮合激扰对车辆运行特性有显著影响;车体重心横向偏置对轮轨垂向力与轮重减载率呈线性影响,当重心横向偏置达到0.3 m时,轮轨垂向力达到75 kN,轮重减载率达到0.44;轮轨作用力除受车体重心偏置作用产生增减载外,亦受齿轮齿轨动态啮合影响产生剧烈振动;轮重减载率、车体垂向加速度与车体平稳性对车体重心纵向偏置较敏感,当车体重心后置0.2 m时,平直段的车体垂向加速度增大1.8倍,坡道段增大3.7倍,车体重心后置1 m时,车体平稳性达到最优。研究结论可为我国山地齿轨铁路设计及安全运维提供理论支撑。

关键词：车辆工程齿轨车辆重心偏置车辆动力学齿轮齿轨啮合力学特性

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不同形式齿轨车辆动态特性研究

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振动工程学报 2024年第9期37卷 1564-1574页

作者：陈兆玮袁密奥李世辉易虹雨杨吉忠陈志辉重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院四川成都610031

为了提高轨道车辆的爬坡能力,齿轨车辆在传统轨道车辆的基础上加入了齿轮-齿轨啮合系统。针对目前世界上的齿轨铁路系统种类较多,其配备齿轮-齿轨啮合系统多样性所导致的齿轨车辆动态特性差异的问题,本文在解析齿轮-齿轨啮合激扰产生机... 详细信息

为了提高轨道车辆的爬坡能力,齿轨车辆在传统轨道车辆的基础上加入了齿轮-齿轨啮合系统。针对目前世界上的齿轨铁路系统种类较多,其配备齿轮-齿轨啮合系统多样性所导致的齿轨车辆动态特性差异的问题,本文在解析齿轮-齿轨啮合激扰产生机理的基础上,考虑齿轮-齿轨啮合冲击,建立了两类Strub系统、双排齿Abt系统以及Locher系统四种不同形式的齿轨车辆动力学模型,并对模型进行了实验验证;采用所建立的模型,分析了齿轨车辆以不同速度在坡道啮合路段运行时的齿轮-齿轨啮合行为,并探究了线路不平顺对齿轨车辆齿轮-齿轨啮合中心距误差的影响;在此基础上研究了齿轨车辆的轮轨作用以及车辆加速度,由此分析了齿轨车辆的安全性与平稳性。结果表明:不同形式的齿轨车辆动态特性存在显著差异,Locher系统齿轨车辆动态特性最佳;同轴Strub系统与双排齿Abt系统的齿轮啮合行为较差且受线路不平顺影响明显,齿轮-齿轨啮合力最大冲击值达20.3 kN,啮合中心距误差达3.73 cm;同轴Strub系统与双排齿Abt系统车辆安全性较差,双排齿Abt系统的轮轨垂向力最大达51.7 kN;异轴Strub系统的车辆平稳性最差,最大车体垂向加速度为0.033 m/s2,平稳性指标为1.27。

关键词：齿轨车辆车辆动力学齿轨铁路系统齿轮-齿轨啮合动力学性能

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齿轨铁路超大坡度桥梁-齿轨系统匹配及安全性研究

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机械工程学报 2023年第18期59卷 312-326页

作者：陈兆玮王浪袁密奥李世辉蒲前华杨吉忠陈志辉重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院成都610031

我国新规划山区齿轨铁路中存在超大坡度桥梁结构,在其运营过程中(特别是温度作用下),由于桥梁与齿轨的结构连续性不同,桥梁端部纵向伸缩变形远大于齿轨变形,引发齿轨局部应力过大,导致结构损伤,威胁车辆运行安全。针对温度荷载引起的车... 详细信息

我国新规划山区齿轨铁路中存在超大坡度桥梁结构,在其运营过程中(特别是温度作用下),由于桥梁与齿轨的结构连续性不同,桥梁端部纵向伸缩变形远大于齿轨变形,引发齿轨局部应力过大,导致结构损伤,威胁车辆运行安全。针对温度荷载引起的车辆-齿轨(轨道)-桥梁系统非线性动力相互作用问题,基于车辆-轨道耦合动力学理论,详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为和轮轨非线性接触行为,构建温度荷载下车辆-齿轨(轨道)-桥梁系统非线性动力作用研究方法和理论模型;在此基础上研究温度荷载、齿轮-齿轨作用、轮轨作用及多荷载耦合对齿轨变形、振动及应力等力学特性影响,提出保证超大坡度桥梁-齿轨系统匹配和行车安全性方法。研究表明,不同荷载下,桥梁间隙附近齿轨与桥梁变形存在不协调性,齿轨及螺栓出现断裂,严重威胁齿轨系统安全性;齿轨振动主频在100 Hz左右;齿轨应力主要为拉压应力及弯曲应力,最大应力为898 MPa,超过齿轨抗拉强度;紧固件螺栓最大剪切应力为1.51×10^(3)MPa,达到剪切强度643%。建议采用弹性扣件连接齿轨和轨枕能够有效降低齿轨和螺栓的应力,保障齿轨系统安全性。研究成果可为我国齿轨铁路前期设计及后期运维提供理论依据。

关键词：车辆-轨道-桥梁相互作用齿轨铁路超大坡度桥梁运行安全动态特性

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齿轨车辆-轨道(齿轨)系统耦合动力学模型及其基本振动特性

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 940-954页

作者：陈兆玮李世辉袁密奥王浪李长林杨吉忠陈志辉杨武重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 重庆艾博瑞威轨道交通设备有限公司重庆402365

为研究齿轨车辆-轨道(齿轨)系统动态特性,基于车辆-轨道耦合动力学理论和齿轮动力学原理建立了考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为和轮轨非线性接触特性的齿轨车辆-轨道(齿轨)系统空间耦合动力学模型,并开展工程线路动力学试验验证了本模型的... 详细信息

为研究齿轨车辆-轨道(齿轨)系统动态特性,基于车辆-轨道耦合动力学理论和齿轮动力学原理建立了考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为和轮轨非线性接触特性的齿轨车辆-轨道(齿轨)系统空间耦合动力学模型,并开展工程线路动力学试验验证了本模型的有效性.在此基础上,研究了齿轨车辆-轨道(齿轨)系统的基本振动特性以及轨道随机不平顺对齿轮-齿轨系统动态啮合行为的影响机制.研究结果表明,本文建立的齿轨车辆-轨道(齿轨)系统动力学模型具有良好的准确性和可靠性;轨道随机不平顺对齿轨车辆振动有较大影响,齿轮-齿轨系统垂向和纵向振动受不平顺激励影响较小,而横向振动则受到明显影响;齿轮-齿轨系统对轨道高低和水平不平顺敏感程度较低,而方向和轨距不平顺则明显使齿轮-齿轨系统啮合不稳定,因此建议通过减小轨道横向不平顺来提高齿轮-齿轨系统稳定性,以保证齿轨车辆的安全平稳运行.

关键词：齿轨铁路车辆动力学轮轨动态接触齿轮动力学轨道不平顺齿轮-齿轨系统稳定性

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桥墩沉降下齿轨-超大坡度桥梁系统适应性及安全性研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 93-103页

作者：陈兆玮张梦琪王浪李世辉袁密奥陈志辉杨吉忠重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院成都610031

我国规划了多条含有超大坡度桥梁的齿轨铁路线路,随着服役时间增长,桥墩沉降问题难以避免,易造成齿轨结构局部应力过大,严重时还会导致连接螺栓断裂,威胁齿轨系统的安全性和稳定性。针对该问题,详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为、轮轨... 详细信息

我国规划了多条含有超大坡度桥梁的齿轨铁路线路,随着服役时间增长,桥墩沉降问题难以避免,易造成齿轨结构局部应力过大,严重时还会导致连接螺栓断裂,威胁齿轨系统的安全性和稳定性。针对该问题,详细考虑齿轮-齿轨非线性啮合行为、轮轨非线性接触行为以及桥墩沉降等复杂因素,建立桥墩沉降下齿轨车辆-齿轨(轨道)-超大坡度桥梁系统耦合动力学模型,研究列车通过时桥墩沉降对齿轨垂/纵向变形、应力、加速度以及连接螺栓应力的影响,最终提出山区大坡度齿轨铁路桥墩沉降安全控制值。研究表明:在齿轮齿轨啮合作用和轮轨作用等多荷载综合作用下,桥墩沉降极有可能导致齿轨连接螺栓发生断裂;当桥墩沉降量达到6.76 mm时,连接螺栓剪切应力达到其许用剪切强度235 MPa,可能发生断裂,严重威胁结构稳定性和行车安全;齿轨结构应力远小于齿轨抗拉强度;齿轨最大变形量可达桥墩沉降量的140%;齿轨振动主频位于70~80 Hz;桥墩沉降对连接螺栓应力和齿轨变形的影响较为显著,而对齿轨振动、应力的影响较小。

关键词：车辆-轨道-桥梁相互作用齿轨铁路超大坡度桥梁桥墩沉降运行安全

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极端温度荷载下齿轨铁路超大坡度桥上齿轨系统可靠性研究

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机械工程学报 2023年

作者：陈兆玮王浪李世辉袁密奥蒲前华杨吉忠陈志辉重庆交通大学机电与车辆工程学院中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院

我国西南山区规划了多条齿轨铁路，由于西南山区地势起伏大，导致齿轨铁路中存在很多超大坡度桥梁；同时考虑到山区温度起伏波动大，引起齿轨系统与桥梁系统变形不协调，导致齿轨系统出现连接失效等不可靠现象。针对极端温度荷载引起的... 详细信息

我国西南山区规划了多条齿轨铁路，由于西南山区地势起伏大，导致齿轨铁路中存在很多超大坡度桥梁；同时考虑到山区温度起伏波动大，引起齿轨系统与桥梁系统变形不协调，导致齿轨系统出现连接失效等不可靠现象。针对极端温度荷载引起的车辆-齿轨(轨道)-超大坡度桥梁系统相互作用问题，基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论，考虑齿轨动态啮合行为与轮轨非线性接触行为，构建极端温度下车辆-齿轨(轨道)-超大坡度桥梁系统动力作用研究方法和动力学模型；在此基础上研究紧固件和传统弹条式扣件连接下齿轨系统的连接可靠性，然后根据传统弹条式扣件进行针对齿轨系统的优化，提出优化弹条式扣件关键参数安全域。研究表明零下45℃的极端温度荷载下，齿轨与轨枕采用不同连接方式对齿轨系统应力影响巨大；采用紧固件连接时，齿轨及紧固件螺栓应力最大值分别为1 095 MPa和1 980 MPa，均超过其材料强度；采用传统弹条式扣件连接时，齿轨及紧固件螺栓应力最大值分别为203MPa和38MPa，均未超过其材料强度，但齿轨与轨枕的弹性位移超过传统弹条式扣件允许范围；采用优化弹条式扣件连接时，可满足齿轨系统可靠性需求。文章研究成果可为我国齿轨铁路前期设计及后期运维提供理论依据。

关键词：极端温度齿轨铁路弹条式扣件力学特性可靠性

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融合注意力的异构信息网络嵌入学习综述

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计算机科学与探索 2025年第1期 1-29页

作者：屠佳琪张华常晓洁王佶袁书宏浙江大学信息技术中心

近年来，图嵌入学习已成为信息网络分析领域最常用的技术之一，其将网络对象嵌入到低维稠密向量空间的同时保留网络结构和内容特征并应用于下游分析任务。然而大多数现实网络是由多种对象类型、对象间的关系以及对象内容特征所组成的异... 详细信息

近年来，图嵌入学习已成为信息网络分析领域最常用的技术之一，其将网络对象嵌入到低维稠密向量空间的同时保留网络结构和内容特征并应用于下游分析任务。然而大多数现实网络是由多种对象类型、对象间的关系以及对象内容特征所组成的异构信息网络（HIN）。因此为了学习更有效的嵌入表达，研究者开始将注意力机制融入到异构信息网络嵌入学习中，用以区分不同层面的异构性对嵌入表达的影响程度。对现有融合注意力的异构信息网络嵌入模型进行综述，全面回顾异构信息网络嵌入在过去五年的研究历程，总结其在解决网络异构性时所面临的内容异构性、结构异构性与语义异构性三大挑战，并概括出一种通用的注意力融合模型框架；针对上述挑战，将现有注意力融合方式分为基于元路径、基于图神经网络以及面向应用场景三大类，并详细对比阐述了各类代表性模型；介绍常用的数据集、基准平台工具和评测指标；总结和探讨异构信息网络嵌入学习未来的研究方向。

关键词：异构信息网络图嵌入学习注意力机制元路径图神经网络

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