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高速车轮踏面逆向设计快速递推算法

机械工程学报 2024年

作者：张笑池茂儒谢雨辰蔡吴斌李奕潇代亮成西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室

LMA车轮型面与60钢轨匹配时动力学性能优良，与60N钢轨匹配时等效锥度较低，易导致车辆低频晃车，且车辆的小半径曲线通过能力不足。因此有必要对LMA踏面进行优化设计，使踏面匹配60N钢轨时能具备与LMA踏面匹配60轨相同的动力学性能。... 详细信息

LMA车轮型面与60钢轨匹配时动力学性能优良，与60N钢轨匹配时等效锥度较低，易导致车辆低频晃车，且车辆的小半径曲线通过能力不足。因此有必要对LMA踏面进行优化设计，使踏面匹配60N钢轨时能具备与LMA踏面匹配60轨相同的动力学性能。为此，基于轮轨接触关系和车辆系统动力学理论，在车轮型面逆向设计法的基础上，解决踏面设计过程中轮径差与接触点分布之间的矛盾问题，提出一种线性递推的车轮踏面逆向设计改进方法。应用该方法对LMA踏面进行优化，得到LMA04N踏面，并对踏面优化前后的轮轨关系和动力学性能进行对比分析。结果表明：LMA04N踏面与60 N钢轨匹配名义等效锥度提升至0.04，锥度曲线与LMA匹配60钢轨的锥度相近，轮轨接触点分布更加均匀，同时优化轮轨应力，有利于改善车轮凹磨；LMA04N踏面与60N轨匹配时临界速度比LMA踏面提高20%，低锥度晃车得到有效抑制，小半径曲线通过安全性提高。综上所述，车轮型面逆向设计快速递推算法可以有效实现踏面优化设计，优化后的LMA04N踏面实现了与60 N轨的良好匹配，可以更好地保障车辆的动力学性能。

关键词：车轮型面逆向设计轮轨接触关系车辆系统动力学等效锥度

高速铁路大跨度连续斜拉桥上梁端一体化装置性能研究

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铁道标准设计 2024年第4期68卷 63-69,87页

作者：周智强邢书科王兆刚孙洪斌董昆灵杨荣山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 中铁上海工程局集团有限公司上海201906 山东省路桥集团有限公司济南250101 山东铁路投资控股集团有限公司济南250101

目前大跨度斜拉桥上铺设无缝线路,梁端处需设置梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器以降低钢轨产生较大的附加应力,但此结构无法协调较大的梁轨相对位移,应用范围有限。为此,提出了一种梁端一体化装置结构,能适用于较大的梁缝伸缩情况且伸缩... 详细信息

目前大跨度斜拉桥上铺设无缝线路,梁端处需设置梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器以降低钢轨产生较大的附加应力,但此结构无法协调较大的梁轨相对位移,应用范围有限。为此,提出了一种梁端一体化装置结构,能适用于较大的梁缝伸缩情况且伸缩阻力较小,经过现场应用效果良好。针对时速350 km下高速列车能够平稳通过大跨度斜拉桥无缝线路梁端的要求,建立了相关三维梁端车-线-桥耦合模型,确定了轮轨接触关系,验证该结构在大跨度斜拉桥下对于高速列车平稳运行的适用性。结果表明:温度和梁端转角作用下钢轨会产生一定变形,钢轨垂向变形大于横向变形,最大垂向位移达到15.71 mm。对比仅施加德国低干扰不平顺谱,叠加温度或梁端转角变形后行车过程中的梁端一体化装置动力响应增大,且对钢枕振动垂向加速度的影响较为明显,从38.92 m·s^(-2)上升至48.69 m·s^(-2),增加25.1%。相比之下,极限拉伸状态比极限压缩状态下行车过程中的梁端一体化装置结构响应大,钢枕垂向加速度从40.64 m·s^(-2)上升至62.39 m·s^(-2),增加53.5%,应在高温拉伸状态下对梁端一体化装置性能进行定期检测。梁端一体化装置在以上工况下的响应均满足标准规范要求,本研究可为其在列车高速运行通过大跨度斜拉桥梁端时的铺设提供参考。

关键词：高速铁路铁路桥连续斜拉桥无缝线路钢轨伸缩调节器梁端一体化装置车-线-桥耦合轮轨接触关系动力响应

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固定辙叉区轮轨静态接触几何关系计算

福建工程学院学报 2015年第6期13卷 520-525页

作者：赵卫华福建工程学院土木工程学院福建福州350118 福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福建福州350118

针对固定辙叉特殊的轨线布置及复杂的轮轨接触关系,建立固定辙叉区轮轨接触几何关系算法,分析固定辙叉区沿辙叉走行方向主要接触参数的变化规律以及各关键断面轮轨接触点变化情况。结果表明:在辙叉轮载过渡段轮轨接触参数变化规律复杂,... 详细信息

针对固定辙叉特殊的轨线布置及复杂的轮轨接触关系,建立固定辙叉区轮轨接触几何关系算法,分析固定辙叉区沿辙叉走行方向主要接触参数的变化规律以及各关键断面轮轨接触点变化情况。结果表明:在辙叉轮载过渡段轮轨接触参数变化规律复杂,结构不平顺变化幅值最大且波长较短;轮对横移量增加,轮轨接触几何参数增大,轮轨动力作用增强;辙叉咽喉区和轮载过渡段辙叉侧轮轨接触点变化存在突变。提出应合理设计辙叉区轮载过渡段结构参数,优化轮轨接触几何关系,进而改善列车通过时辙叉的受力性能。

关键词：固定辙叉轮轨接触关系结构不平顺等效锥度

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基于钢轨廓形下的钢轨打磨技术应用研究

山西建筑 2024年第17期50卷 123-126页

作者：金能龙张庆海李波湖南高速铁路职业技术学院湖南衡阳421002

钢轨作为与列车直接接触部分,在列车动荷载作用下,容易产生钢轨磨损,文章从钢轨磨损机理出发,探讨了利用对钢轨廓形进行优化设计,再通过打磨成设计的目标廓形,来解决减少钢轨磨损、提升轨道整体性能的方法。详细阐述了从钢轨廓形测量开... 详细信息

钢轨作为与列车直接接触部分,在列车动荷载作用下,容易产生钢轨磨损,文章从钢轨磨损机理出发,探讨了利用对钢轨廓形进行优化设计,再通过打磨成设计的目标廓形,来解决减少钢轨磨损、提升轨道整体性能的方法。详细阐述了从钢轨廓形测量开始,对测量后钢轨廓形进行拟合出该线路段的钢轨代表廓形,用钢轨代表廓形与车轮踏面廓形进行耦合分析,得出打磨目标廓形,利用打磨车等设备按照打磨目标廓形进行打磨,最终得到良好的钢轨廓形。以武广铁路某段的实际案例验证了上述方法的有效性,通过打磨前后对比,钢轨GQI指数显著提升,证明了优化钢轨廓形能有效改善轮轨接触,达到既定的维护标准。

关键词：钢轨廓形钢轨打磨轮轨接触关系

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小半径曲线钢轨打磨周期分析及工艺优化

智能城市 2024年第9期10卷 4-6页

作者：马占生黄祖泽姜兴湖南高速铁路职业技术学院湖南衡阳421001 中国铁路广州局集团有限公司工务部广东广州510088

以客货共线铁路常见小半径曲线为分析对象,基于数值分析方法,研究钢轨表面状态发展和钢轨廓形质量变化周期。结果显示,实施钢轨廓形打磨后,列车过曲线时的轮轨横向力、冲角、脱轨系数、磨耗指数分别下降了17.6%、8.4%、14.0%、24.2%,但1... 详细信息

以客货共线铁路常见小半径曲线为分析对象,基于数值分析方法,研究钢轨表面状态发展和钢轨廓形质量变化周期。结果显示,实施钢轨廓形打磨后,列车过曲线时的轮轨横向力、冲角、脱轨系数、磨耗指数分别下降了17.6%、8.4%、14.0%、24.2%,但10个月后已基本退化到打磨前的状态;在刚打磨时,轮轨接触关系得到较大改善,但在10个月后此种改善已基本消失,轮轨接触关系基本与打磨前轮轨接触情况相同;钢轨打磨周期保持在7~10个月时,其安全性与经济性最佳。

关键词：钢轨伤损钢轨打磨打磨周期评估动力学分析轮轨接触关系

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普铁曲线段伤损发展规律及打磨周期研究

智能城市 2024年第8期10卷 9-11页

作者：马占生黄祖泽姜兴湖南高速铁路职业技术学院湖南衡阳421001 中国铁路广州局集团有限公司工务部广东广州510088

以焦柳线铁路常见小半径曲线为研究对象,基于现场测试和打磨效果跟踪分析方法,研究钢轨表面状态发展和钢轨廓形质量变化周期。结果显示,打磨后掉块和斜裂纹基本去除,曲线上股打磨前轨面状态良好,轨面无明显肉眼可见病害;在打磨后的7个月... 详细信息

以焦柳线铁路常见小半径曲线为研究对象,基于现场测试和打磨效果跟踪分析方法,研究钢轨表面状态发展和钢轨廓形质量变化周期。结果显示,打磨后掉块和斜裂纹基本去除,曲线上股打磨前轨面状态良好,轨面无明显肉眼可见病害;在打磨后的7个月内,钢轨曲线上股和下股的轨面伤损均得到较好控制,钢轨服役状况良好;在打磨后7~10个月内,钢轨伤损发展迅速,钢轨服役状况迅速恶化;在打磨10个月后,轨面状态基本与打磨前一致,病害较为严重;钢轨廓形打磨到位后,轮轨间的蠕滑力及应力集中现象大幅减少,故轮轨磨耗更小,廓形更易保持,病害不易扩展;钢轨打磨周期保持在7~10个月时,既能保持钢轨具有良好的服役状态,又能避免因频繁打磨造成的线路养护成本过高。

关键词：钢轨伤损钢轨打磨打磨周期评估动力学分析轮轨接触关系

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高速列车轮轨匹配关系改进研究

机械工程学报 2018年第4期54卷 93-100页

作者：李国栋曾京池茂儒宋春元干锋西南交通大学牵引动力国家重点实验室中车长春轨道客车股份有限公司

针对某型动车组运营过程中出现的转向架蛇行失稳报警和车体低频晃动等问题,结合S1002CN型车轮踏面与实测钢轨打磨前和打磨后轨面的轮轨接触特征,将车轮踏面接触区分为踏面喉根圆接触区、常工作区和踏面端部接触区三部分,并对其外形进行... 详细信息

针对某型动车组运营过程中出现的转向架蛇行失稳报警和车体低频晃动等问题,结合S1002CN型车轮踏面与实测钢轨打磨前和打磨后轨面的轮轨接触特征,将车轮踏面接触区分为踏面喉根圆接触区、常工作区和踏面端部接触区三部分,并对其外形进行改进设计（称为LMB10型车轮踏面）。改进的LMB10型车轮踏面保持工作区的轮轨接触关系,减小轮缘厚度并平缓轮缘根部,降低了由于高等效锥度带来的转向架蛇行失稳报警风险;同时增大踏面端部斜率,降低了由于低等效锥度带来的车体低频晃动风险。仿真分析和线路试验结果表明,改进的LMB10型车轮踏面与标准CH60型轨面匹配的等效锥度降低至0.105,增大了轮轨间隙,与打磨前后轨面匹配适应性增强,改善了车辆的蛇行运动稳定性、运行平稳性和曲线通过性能。在线路运营考核中,改进的LMB10型车轮踏面镟轮周期最长达39万公里,在整个运行过程中始终具有良好的动力学性能。

关键词：车轮踏面设计轮轨接触关系等效锥度车辆稳定性

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轮缘槽宽度对固定辙叉轮轨关系影响研究

铁道科学与工程学报 2020年第12期17卷 3190-3198页

作者：赵卫华曹洋王启云康晶晶马彬斌福建工程学院地下工程福建省高校重点实验室福建福州350118 福州大学土木工程学院福建福州350108

为明确固定辙叉轮缘槽宽度对辙叉区轮轨关系的影响,基于轮轨接触理论和车辆—道岔耦合振动理论,提出以轮载过渡断面等轮轨接触几何参数为主要评价指标的轮缘槽宽度优化方法,分析轮缘槽宽度对固定辙叉区轮轨接触几何关系和轮轨动力相互... 详细信息

为明确固定辙叉轮缘槽宽度对辙叉区轮轨关系的影响,基于轮轨接触理论和车辆—道岔耦合振动理论,提出以轮载过渡断面等轮轨接触几何参数为主要评价指标的轮缘槽宽度优化方法,分析轮缘槽宽度对固定辙叉区轮轨接触几何关系和轮轨动力相互作用的影响。研究结果表明:在轮载过渡区,合理减小轮缘槽宽度可增大实际轮载过渡断面心轨轨头宽度且降低等效锥度发生突变几率;辙叉轮缘槽宽度变化对轮轨动力相互作用影响不大,各动力学指标幅值变化极小,进一步验证了以轮轨接触几何参数为主要评价指标的轮缘槽优化方法的可靠性。

关键词：固定辙叉道岔轮缘槽轮轨接触关系轮轨动力相互作用

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基于逆向法的变轨距列车踏面优化设计

中国机械工程 2023年第22期34卷 2746-2757页

作者：张笑池茂儒谢雨辰王欢声蔡吴斌代亮成西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

通过研究中俄变轨距列车动力学问题发现,一种车轮踏面可能无法适配多种轨道,可能造成低锥度晃车、临界速度降低、磨耗性能变差等问题。为此,基于轮轨接触关系、车辆动力学理论、车轮型面逆向设计递推算法,提出了匹配多种钢轨的均良化踏... 详细信息

通过研究中俄变轨距列车动力学问题发现,一种车轮踏面可能无法适配多种轨道,可能造成低锥度晃车、临界速度降低、磨耗性能变差等问题。为此,基于轮轨接触关系、车辆动力学理论、车轮型面逆向设计递推算法,提出了匹配多种钢轨的均良化踏面设计方法,并在此基础上对LMA踏面进行优化,得到LMAopt踏面,LMAopt踏面匹配P65钢轨等效锥度从0.026提高至0.04,匹配CHN60钢轨等效锥度维持在0.038,保留了匹配两种钢轨交错的接触区,有利于减轻凹磨。LMAopt踏面与俄罗斯P65钢轨匹配时,低锥度晃车现象得到有效抑制,横向平稳性指标明显得到改善,车辆临界速度提高22%;LMAopt踏面与中国标准CHN60钢轨匹配时,其动力学性能与LMA踏面处于同一水平。在两种钢轨共同作用下,LMAopt的磨耗性能也有所改善,可以确保车辆服役周期内的动力学性能。综上,LMAopt踏面是更适合变轨距列车应用的优化踏面。

关键词：车轮踏面逆向设计变轨距列车车辆系统动力学轮轨接触关系