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正面斜碰撞下列车脱轨行为与机理研究

铁道科学与工程学报 2023年第5期20卷 1821-1832页

作者：王成全周雄飞刘磊刘凯敬霖西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

随着列车提速和高速化发展,列车运行安全性和可靠性保障要求愈发受到关注和重视。尽管列车具有一系列主动安全保障措施,但如果发生意外碰撞脱轨事故,将造成灾难性后果和巨大经济损失。为进一步揭示列车碰撞脱轨机理、提升列车碰撞被动... 详细信息

随着列车提速和高速化发展,列车运行安全性和可靠性保障要求愈发受到关注和重视。尽管列车具有一系列主动安全保障措施,但如果发生意外碰撞脱轨事故,将造成灾难性后果和巨大经济损失。为进一步揭示列车碰撞脱轨机理、提升列车碰撞被动安全性能,建立包含车体、转向架、悬挂系统及缓冲吸能装置的三编组列车碰撞有限元模型,考虑材料、几何和接触等典型的碰撞动力学非线性特征,仿真模拟正面斜碰刚性墙引起的车体结构动态响应与列车脱轨行为,讨论列车碰撞速度(36,50和72 km/h)、碰撞角度(30°~65°)和轮轨摩擦因数(0.1,0.2,0.3,0.4)等关键参量对列车碰撞脱轨行为的影响规律与机理。研究结果表明,车体头部界面碰撞力通过悬挂系统传递至轮对,引起轮轨纵向、横向和垂向接触力剧烈振荡,导致头车前、后转向架轮对均以爬轨/侧滚组合的形式脱离轨道,且轮轨横向力随着列车碰撞速度的增大显著增加;头车碰撞界面横向力随着碰撞角度的增大呈现先增大后减小的趋势,而纵向及垂向界面碰撞力均随着碰撞角度的增大而增大;较高的轮轨摩擦因数容易引起列车碰撞过程中车轮跳轨,但会抑制车轮爬轨行为。研究结果可为列车碰撞被动安全设计与脱轨防护提供理论和技术支持。

关键词：列车碰撞刚性墙有限元仿真车体响应脱轨机理

道岔护轨间隔和翼轨间隔限值合理性分析与优化

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交通运输工程学报 2024年第2期24卷 102-111页

作者：王璞赵振华葛晶马俊琦王树国刘孝寒中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 铁科(北京)轨道装备技术有限公司北京102202 柏林工业大学设计建造环境学院柏林13355

针对近年来多次出现的普速铁路道岔护轨位置脱轨问题,研究了脱轨过程与机理,分析了目前护轨间隔、翼轨间隔限值与计算方法的合理性;在全国范围内选取19个车站、124组道岔开展了系统的现场试验研究,探讨了护轨间隔、翼轨间隔限值的优化... 详细信息

针对近年来多次出现的普速铁路道岔护轨位置脱轨问题,研究了脱轨过程与机理,分析了目前护轨间隔、翼轨间隔限值与计算方法的合理性;在全国范围内选取19个车站、124组道岔开展了系统的现场试验研究,探讨了护轨间隔、翼轨间隔限值的优化方法。研究结果表明:道岔护轨位置脱轨的主要原因为车轮冲击护轨开口段导致护轨螺栓松动、护轨低头、顶部磨耗,最终造成车轮爬上护轨脱轨;现场养护维修中,护轨、翼轨间隔分布较离散,合格率较低,为68.97%~73.83%;目前的翼轨间隔限值安全裕量较大,可适当放松,为现场维修提供方便;与同号码复式交分道岔相比,单开道岔护轨开口段轮轨冲击概率略小;随着道岔号码的增大,护轨开口段冲击概率呈减小趋势;目前的护轨间隔限值设置可将车轮冲击直向护轨以及侧向护轨跟端开口段的概率控制在12%以内,但并不能有效防止侧向护轨趾端开口段的轮轨冲击,概率仍高达53.85%~75.00%;实际养护维修过程中,建议将护轨间隔限值修改为1365 mm,可满足大部分主型道岔的需求,有效减少和避免护轨趾端开口段的轮轨冲击。

关键词：铁道工程普速铁路道岔脱轨机理护轨间隔翼轨间隔现场试验

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高速列车碰撞动力学响应与脱轨机理研究

高速列车碰撞动力学响应与脱轨机理研究

作者：王成全西南交通大学

学位级别：硕士

列车提速和高速化的迫切需求及其高安全性和可靠性保障要求,给列车运行安全提出了更苛刻的条件。尽管铁路客运列车具有系列的主动安全保障措施,但列车服役中的意外碰撞事故仍不能完全避免,并且一旦发生,将造成严重的人员伤亡和巨大的经... 详细信息

列车提速和高速化的迫切需求及其高安全性和可靠性保障要求,给列车运行安全提出了更苛刻的条件。尽管铁路客运列车具有系列的主动安全保障措施,但列车服役中的意外碰撞事故仍不能完全避免,并且一旦发生,将造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失。列车碰撞安全与碰撞防护问题愈发受到关注和重视。本文采用了有限元模拟研究方法,开展了列车碰撞动态响应与碰撞脱轨行为及防护研究。主要内容与成果包括以下几个方面:(1)建立了8编组列车正面碰撞有限元分析模型,研究了不同速度(36、50、72、108 km/h)下列车碰撞纵向动力学行为,从列车速度、界面力、应力/应变等方面分析了列车碰撞动力学响应,揭示了列车碰撞过程中的能量分配与耗散规律。结果表明,两列车碰撞接触头车头部、转向架连接处以及门框、车窗位置应力较大,且Mises应力沿着碰撞方向呈现出递减趋势;运动列车与静止列车头车司机室及乘客区域变形较为严重,其余车辆乘客生存空间沿纵向变化较小;各车体的能量吸收主要依靠碰撞接触的两列车头车,其中碰撞速度为36、50、72、108 km/h时,两列车碰撞接触头车吸能量分别占对应速度下列车车体总吸能量的75.6%、67.3%、84.9%、82.8%,且底架吸收能量值明显高于车顶、侧墙及端墙部位。(2)建立了考虑轮轨滚动接触的3编组列车碰撞有限元模型,研究了列车分别碰撞刚性墙和障碍物引起的轮轨动态接触响应和脱轨行为,分析了列车速度、碰撞角度和轮轨摩擦系数等关键参量对列车碰撞脱轨行为的影响规律。结果表明,在列车斜碰刚性墙和障碍物工况下,车轮抬升量和横移量能够较好地评判列车碰撞后的脱轨行为;列车碰撞产生的较大横向、纵向和垂向冲击力会依次通过车体、转向架悬挂系统传递至轮对,导致车轮产生横移和垂向抬升,从而引起列车失稳并以爬轨/侧滚组合的形式脱离轨道。(3)基于列车碰撞脱轨行为分析,提出了高速列车碰撞脱轨情形下垂向–横向耦合限位的防脱轨装置设计方案,对比分析了列车在斜碰可移动障碍物和斜碰刚性墙两种工况下安装防脱轨装置前后的动力学响应特性,从防脱轨装置应力状态、轮轨接触力、轮对抬升量、轮对横移量和轮对侧滚角等几方面验证了该装置防脱轨的有效性。结果表明,在列车碰撞后防脱轨装置可以有效地承受轮轨垂向及横向力并减缓轮对侧滚的趋势,可以使轮轨在短时间内重新恢复正常的接触状态。本文开展了列车碰撞动态响应与碰撞脱轨行为研究,探究了列车碰撞能量传递及耗散规律,分析了列车碰撞后的脱轨行为评价依据,揭示了列车碰撞后的脱轨机制,提出了列车碰撞防脱轨装置设计方案,研究结果可为列车被动安全性设计与评估提供理论依据和技术支持,具有重要的学术价值和工程意义。

关键词：列车被动安全动态响应碰撞能量管理脱轨机理脱轨防护

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列车脱轨机理与脱轨分析理论研究

中国铁道科学 2008年第1期29卷 127-129页

作者：向俊曾庆元中南大学土木建筑学院博导湖南长沙410075

The major problems existing in the derailment studies are summarized according to analysis of the research status about train derailment in China and other countries of the world.(1) The current criteria for preventing derailment cannot assure that derailment will not occur.(2) It is not clear for train derailment mechanism.(3) There exist three fundamental problems in the calculation of train derailment as follows: ① The connecting condition of displacement between wheel and rail cannot be satisfied in establishment and solution of vibration equation group of train-track(bridge) time-variant system.② Only the lateral track irregularity is regarded as the exciting source of lateral vibration of train-track(bridge) time-variant system.The true exciting source,i.***.the wheel and rail contact status is neglected.③ The random lateral vibration of train-track (bridge) time-variant system is analyzed according to the random track irregularity and analysis theory of random vibration of time-invariant system.But the maximum responses of lateral vibration of train-track(bridge) time-variant system cannot be calculated,and furthermore train deraiment cannot be forecasted.The thinking and methods for solving these problems are also introduced.The train derailment mechanism,which is the result of losing stability in lateral vibration status of train-track(bridge) time-variant system,is proposed for the first time by analysis of characteristics of self-excitation of train vibration and losing stability in self-excitation vibration status of train derailment.So the key to analyzing train derailment is to analyze the stability of lateral vibration of train-track(bridge) time-variant system.The following conclusions are made by summarizing the existing analysis theory of stability of static and dynamic system.(1) Because of the characteristics of time-variant and self-excitation of train-track(bridge) system,the stability of lateral vibration of the system cannot directly be analyzed by the existing analysis theory of stability o

关键词：列车脱轨脱轨机理能量增量准则构架蛇形波脱轨控制预防措施预防标准脱轨报警器脱轨预警系统

编组站驼峰下6号对称道岔脱轨机理及应对措施研究

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编组站驼峰下6号对称道岔脱轨机理及应对措施研究

作者：王猛中国铁道科学研究院

学位级别：硕士

编组场驼峰下使用的主型对称道岔脱轨事故时有发生,严重影响运输生产秩序,并大幅增加了养护维修工作量。常规的几何尺寸保养、驼峰纵断面线形优化等措施不能有效规避风险。本文通过对脱轨案例的梳理,归纳总结发生脱轨事故的共性因素及特... 详细信息

编组场驼峰下使用的主型对称道岔脱轨事故时有发生,严重影响运输生产秩序,并大幅增加了养护维修工作量。常规的几何尺寸保养、驼峰纵断面线形优化等措施不能有效规避风险。本文通过对脱轨案例的梳理,归纳总结发生脱轨事故的共性因素及特征,基于准静态轮轨接触理论对道岔区脱轨事故的作用机理进行分析时发现,车辆通过6号对称道岔转辙器区时,当车轮接触尖轨前部时轮轨接触点位于轮缘顶部,轮轨接触角较小,尖轨尖端至尖轨顶宽15mm范围内脱轨系数临界值小于区间线路,是较为危险的区域。不利的轮轨接触状态是导致溜放车辆在6号对称道岔区发生脱轨的根本原因。通过建立车辆-道岔动力学模型仿真分析列车通过道岔转辙器区时的动力学响应,以车轮动态抬升量为指标分析车辆、道岔及环境等参数对爬轨性能的影响特性,结果表明:减小尖轨降低值使尖轨提前承载、减小尖轨转辙角、提高轨道弹性、保持轴箱弹性定位、润滑尖轨、道岔前设置长度不低于3m的夹直线等均有利于降低脱轨风险。通过理论仿真分析与动力学性能试验研究结论,提出道岔区增设防脱轨装置、优化尖轨与基本轨匹配关系、降低轨道结构横向刚度、钢轨表面摩擦系数控制等四个方面的主要防脱轨措施。其中,为避免因车轮贴靠尖轨运行引起的爬轨脱轨事故,从限制车辆横向偏移量的角度研究设计了防脱轨装置,防脱轨装置平直段与基本轨的轮缘槽设置为50mm,建议轮缘槽大于54mm时需进行调整。防脱轨装置平直段长度为600mm,起点在尖轨尖端前410mm处,终点在尖轨10mm断面,缓冲段开口值为80mm,开口段开口值95mm。动力学性能测试与长期观测结果表明:防脱轨装置可有效避免尖轨顶宽20mm前侧面与车轮轮缘接触,避免脱轨事故的发生。图75幅,表12个,参考文献47篇。

关键词：对称道岔降低值脱轨机理车轮动态抬升量防脱轨装置

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车辆脱轨机理及预防脱轨的对策

华东交通大学学报 2005年第5期22卷 5-8页

作者：郑明新肖矜何志勇胡永乐蒋金平华东交通大学道桥与岩土工程研究所江西南昌330013 南昌铁路局江西南昌330000

通过现场调研,在阐述三种脱轨机理,即爬轨脱轨、滑轨脱轨和跳轨脱轨的基础上,系统总结分析了目前各种车辆脱轨的安全评判标准及有待解决的问题,进而通过对脱轨试验情况分析并提出了五种车辆脱轨的类型及其脱轨预防对策.

关键词：脱轨机理安全评判标准脱轨类型预防对策

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大风灾害引起的货物列车脱轨全过程分析

铁道科学与工程学报 2015年第6期12卷 1296-1303页

作者：龚凯向俊余翠英毛建红中南大学土木工程学院湖南长沙410075 华东交通大学土木建筑学院江西南昌330009

针对货物列车在大风灾害下的安全运行问题,基于列车-轨道系统空间振动计算模型及列车脱轨能量随机分析理论,提出大风灾害下列车脱轨全过程计算方法。以我国常见的大风灾害为对象,计算运营速度下货物列车在8~10级大风环境中的脱轨全过程... 详细信息

针对货物列车在大风灾害下的安全运行问题,基于列车-轨道系统空间振动计算模型及列车脱轨能量随机分析理论,提出大风灾害下列车脱轨全过程计算方法。以我国常见的大风灾害为对象,计算运营速度下货物列车在8~10级大风环境中的脱轨全过程,对脱轨机理、轮轨几何接触状态及轮轨相对位置进行分析。研究结果表明：大风灾害引起的列车-轨道系统输入能量的增加是导致货物列车脱轨的主要原因;随着风速及车速的增大,系统输入能量随之增加,转向架与钢轨的横向相对位移增大明显,但转向架摇头角变化较小;另外,曲线线路上列车横向振动更加剧烈,其中转向架与钢轨横向相对位移及转向架摇头角均大于直线上的相应值,其最大分别为87.3 mm和4.59°。上述机理及数据可为列车车轮脱轨掉道检测装置提供参考,确保列车在脱轨瞬间及时停车。

关键词：铁路轨道大风灾害脱轨机理能量随机分析理论轮轨几何接触状态

列车脱轨分析理论与控制脱轨的桥梁横向刚度限值研究

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中国铁道科学 2009年第1期30卷 136-138页

作者：周智辉曾庆元中南大学土木建筑学院湖南长沙410075

针对我国既有线部分桥梁横向刚度不足引发列车脱轨的情况,进行列车脱轨机理、列车脱轨分析理论以及铁路桥梁横向刚度限值研究.主要研究内容和结论如下.

关键词：列车脱轨脱轨机理预防脱轨桥梁横向刚度脱轨控制安全系数

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牵引动力国家重点实验室的成就及发展

学术动态报道 1997年第3期 3-4页

作者：沈志云西南交通大学牵引动力国家重点实验室

牵引动力国家重点实验室(Traction Power State Key Laboratory),1988年申报,1993年初步建成,1995年通过国家验收,成为151个国家重点实验室之一,是铁道部唯一的国家重点实验室。实验室以轮轨相互作用这一基础性研究为主,直接为研究开发... 详细信息

牵引动力国家重点实验室(Traction Power State Key Laboratory),1988年申报,1993年初步建成,1995年通过国家验收,成为151个国家重点实验室之一,是铁道部唯一的国家重点实验室。实验室以轮轨相互作用这一基础性研究为主,直接为研究开发我国自己的高速、重载用机车车辆服务。在铁道部和学校的领导下,通过几年来全体成员(共17人)和客座人员(约

关键词：高速机车车辆牵引动力国家重点实验室脱轨机理试验台试验设备临界速度铁道部