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铁路脱轨预警的尖点突变理论

机械科学与技术 2022年第10期41卷 1490-1495页

作者：张文静张卜许莎刘学文上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620

为了能更好的预测车辆的运行安全性,现基于突变理论讨论了列车在曲线处由稳定运行到完全脱轨的状态突变过程。考虑车轮抬升量和轮轨横向力对列车运行状态的影响,建立了尖点突变模型,通过分叉集给出了列车在曲线处发生脱轨的危险区域。应... 详细信息

为了能更好的预测车辆的运行安全性,现基于突变理论讨论了列车在曲线处由稳定运行到完全脱轨的状态突变过程。考虑车轮抬升量和轮轨横向力对列车运行状态的影响,建立了尖点突变模型,通过分叉集给出了列车在曲线处发生脱轨的危险区域。应用SIMPACK软件建立车辆系统仿真模型,通过改变曲线半径的大小,分析车轮抬升量和轮轨横向力随时间的变化情况。将不同工况下获得的控制变量的值与尖点突变理论的分叉集进行对比分析,结果表明:曲线半径过小时,车轮抬升量和轮轨横向力均会超出极限值,此时,列车就会脱离轨道。由此验证了突变理论模型在列车脱轨预警上应用的有效性。

关键词：尖点突变理论列车脱轨车轮抬升量轮轨横向力分叉集

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横风作用下的列车-轨道系统随机分析方法

横风作用下的列车-轨道系统随机分析方法

作者：唐成龙中南大学

学位级别：硕士

列车-轨道耦合系统是一个强随机性动力学系统,轨道不平顺和风荷载等激励的随机性造成了系统响应也具有极强的随机性,传统的单个样本或若干个离散样本的确定性分析难以准确反映列车-轨道系统的随机特性。因此,寻求一种高效准确的随机分... 详细信息

列车-轨道耦合系统是一个强随机性动力学系统,轨道不平顺和风荷载等激励的随机性造成了系统响应也具有极强的随机性,传统的单个样本或若干个离散样本的确定性分析难以准确反映列车-轨道系统的随机特性。因此,寻求一种高效准确的随机分析方法研究列车-轨道系统在横风作用下的随机振动响应,可以更加合理的评估列车的动态性能。本文的主要研究工作和结论如下:(1)基于有限元方法,运用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的“对号入座”法则建立了可以考虑轮轨相互脱离的列车-轨道空间非线性耦合模型。采用数论选点法中的gp集合法生成多维超立方体点集,通过筛选和伸缩变换得到代表性点集。结合生成的代表性点集,采用随机谐和函数方法和谐波叠加法分别模拟得到随机轨道不平顺样本和脉动风速时程样本作为系统的激励源。而后采用分离系统的交叉迭代算法和逐步积分方法求解列车-轨道系统的动力学方程得到确定性响应。(2)根据所关注的系统响应及其导数项建立系统的广义概率密度演化方程,采用TVD格式的双边差分方法求解得到所关注响应的概率信息。将PDEM方法计算得到的计算结果与MCM方法进行对比,验证了概率密度演化方法用于双重随机因素下的列车-轨道系统随机振动分析的可行性、准确性和高效性。(3)建立了横风作用下的列车-轨道系统可靠度分析方法,以保证概率95%为例,分析了平均风速对列车运行安全性的影响,其中运行安全指标采用轮重减载率、倾覆系数、脱轨系数、车轮抬升量、轮轨相对横移量等。算例表明,随着平均风速的增加,列车运行指标增加,列车在车速300 km/h、平均风速为25 m/s时车轮抬升量超限,列车运行安全性难以保证。图92幅,表18个,参考文献96篇

关键词：横风作用概率密度演化理论列车-轨道空间振动耦合模型双重随机因素倾覆脱轨车轮抬升量

基于几何指标的高速铁路桥上列车地震安全性评判方法

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振动与冲击 2020年第17期39卷 57-63页

作者：雷虎军黄炳坤刘伟福建工程学院土木工程学院福州350118 福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福州350118

地震荷载作用下如何评判桥上列车的行车安全性关系到高速铁路线路的运营安全。基于车轮-钢轨间的几何约束关系,在原有列车-轨道-桥梁-地震分析系统TTBSAS中引入列车行车安全性评判的几何指标—接触点横移量和车轮抬升量,通过输入实测地... 详细信息

地震荷载作用下如何评判桥上列车的行车安全性关系到高速铁路线路的运营安全。基于车轮-钢轨间的几何约束关系,在原有列车-轨道-桥梁-地震分析系统TTBSAS中引入列车行车安全性评判的几何指标—接触点横移量和车轮抬升量,通过输入实测地震波系统研究了接触点横移量和车轮抬升量随地震动强度的变化规律,并提出了基于几何指标的列车地震安全性评判方法。结果表明:采用传统的脱轨系数和轮重减载率指标评判地震作用下桥上列车的行车安全性过于保守;车轮抬升量对地震动强度的变化更敏锐,更适合评判地震作用下桥上列车的行车安全性;依据车轮抬升量将列车的行车安全性划分为安全、危险和脱轨3个状态较为合理,对于该计算条件,当地震动强度为0.1 g时,其安全、危险和脱轨车速分别速为225 km/h、250 km/h、375 km/h。该研究成果为灾变荷载作用下桥上列车的行车安全性评定提供了新思路。

关键词：高速铁路桥梁车桥耦合振动行车安全性接触点横移量车轮抬升量

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动车所小半径曲线脱轨安全性研究

铁道机车车辆 2020年第4期40卷 39-46页

作者：侯茂锐秦娟兰中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081 湖北铁道运输职业学院武汉430064

车辆以较低的速度通过小半径曲线时常会发生脱轨事故,为了研究动车组在动车所内小半径曲线脱轨的特性,应用多体动力学软件建立了8辆编组的CRH5型动车组仿真模型,考虑了悬挂参数和车钩缓冲装置的非线性特性。在某动车所半径250 m的曲线... 详细信息

车辆以较低的速度通过小半径曲线时常会发生脱轨事故,为了研究动车组在动车所内小半径曲线脱轨的特性,应用多体动力学软件建立了8辆编组的CRH5型动车组仿真模型,考虑了悬挂参数和车钩缓冲装置的非线性特性。在某动车所半径250 m的曲线进行了仿真模型的验证试验,应用MiniProf钢轨廓形仪和轨道几何状态测试手推车分别测试了钢轨磨耗和线路的轨道几何状态,将其作为仿真模型的输入参数;在钢轨轨腰粘贴应变片,利用应变片测试原理进行地面轮轨垂直力和水平力测试,应用现场测试数据对仿真模型进行验证,发现计算结果与试验结果吻合较好。应用该仿真模型分析了曲线连续正矢差、轨道几何状态及轮轨型面对车辆脱轨的影响,结果表明:(1)曲线连续正矢差对脱轨系数和横向力影响较大,对轮重减载率影响较小;(2)新车轮与磨耗钢轨接触时的脱轨系数增大约40%;(3)较大的轨道高低不平顺容易引发车辆爬轨脱轨,应严格控制小半径曲线外股的高低偏差;(4)对于CRH5型动车组,由于5车质量较轻,5车的车轮抬升量较其他车增大约35%,使得通过曲线的脱轨安全裕度减小。

关键词：铁路小半径曲线脱轨安全性曲线正矢车轮抬升量

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曲线上轨道缺陷对高速列车安全性的影响

铁道建筑 2018年第5期58卷 106-110页

作者：赵鑫孙丽霞姚建伟孙加林中国铁道科学研究院北京100081 中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心北京100081

应用多刚体动力学软件建立列车-轨道耦合动力学模型,研究8辆编组的CRH380B型高速列车通过有轨道缺陷存在的S形曲线时的安全性。分析工况为在缓和曲线区段、圆曲线区段和夹直线区段设置轨距突变、三角坑以及两者组合缺陷。研究结果表明:... 详细信息

应用多刚体动力学软件建立列车-轨道耦合动力学模型,研究8辆编组的CRH380B型高速列车通过有轨道缺陷存在的S形曲线时的安全性。分析工况为在缓和曲线区段、圆曲线区段和夹直线区段设置轨距突变、三角坑以及两者组合缺陷。研究结果表明:轨道缺陷的类型及其所在的位置对高速列车通过曲线时的安全性有影响;缓和曲线和圆曲线区段的轨距突变和三角坑缺陷幅值为5 mm时,高速列车以最高限速通过轨道缺陷位置时,脱轨系数和轮重减载率均超限。

关键词：轨道缺陷高速列车仿真分析曲线脱轨车轮抬升量脱轨系数轮重减载率

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车辆－轨道耦合动力学在脱轨分析中的应用

车辆－轨道耦合动力学在脱轨分析中的应用

作者：杨春雷西南交通大学

学位级别：硕士

列车脱轨是危及铁路行车安全的重大事故。列车脱轨是许多综合因素造成的，是车辆子系统和轨道子系统相互耦合作用产生的结果。研究车辆脱轨的内在机理，分析脱轨事故发生的确切原因，防止脱轨事故的再次发生，保证铁路运输安全是国内外... 详细信息

列车脱轨是危及铁路行车安全的重大事故。列车脱轨是许多综合因素造成的，是车辆子系统和轨道子系统相互耦合作用产生的结果。研究车辆脱轨的内在机理，分析脱轨事故发生的确切原因，防止脱轨事故的再次发生，保证铁路运输安全是国内外铁路科技工作者一直追求的目标。我国目前仍主要以脱轨系数、轮重减载率等指标进行脱轨分析和评判，存在一定的局限性和不确定性。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论，采用货车-轨道空间耦合模型，以轮轨空间接触几何关系为核心，针对现行脱轨评判准则存在的一些不足，提出了以轮轨接触点位置作为车辆脱轨仿真分析时的直观指标，并采用车轮抬升量和轮轨接触点为脱轨评判准则，进行了C货车的直线和曲线运行仿真分析。论文重点分析了车辆运行速度、轮轨摩擦系数、车辆载重、轨道几何不平顺、偏载、轨距大小、车轮踏面形状等因素对脱轨的影响。文中结合现阶段我国大力推广使用的转8AG转向架，对装用此转向架的C货车和装用转8A转向架的C货车进行了详细的直线和曲线脱轨仿真对比分析，结果表明，对原转8A转向架加装交叉支撑拉杆装置、使用双作用弹性滚子旁承后，其直线抗脱轨性能明显改善，而曲线通过能力基本相当。根据以上的分析，结合铁路运营实际，论文最后提出了现阶段我国预防列车脱轨的一些基本对策，并就脱轨研究方向提出了自己的设想。

关键词：车辆-轨道耦合动力学脱轨脱轨评判准则车轮抬升量轮轨接触点脱轨预防

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弹性车轮对地铁列车碰撞安全性的影响

机械制造与自动化 2018年第6期47卷 16-19,34页

作者：杨皓杰肖守讷高天阳西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为了研究弹性车轮在碰撞过程中对地铁列车安全性的影响,以某4节编组地铁列车为研究对象,建立了分别采用弹性车轮和刚性车轮的地铁车辆有限元模型。设计了载客量为空载和定员载荷的情况下,地铁列车以25 km/h速度分别在直线轨道和半径为80... 详细信息

为了研究弹性车轮在碰撞过程中对地铁列车安全性的影响,以某4节编组地铁列车为研究对象,建立了分别采用弹性车轮和刚性车轮的地铁车辆有限元模型。设计了载客量为空载和定员载荷的情况下,地铁列车以25 km/h速度分别在直线轨道和半径为800 m的曲线轨道上碰撞另一列相同的静止列车的8种碰撞场景,使用LS-DYNA显示动力学软件模拟碰撞过程。研究结果表明:和刚性轮相比,弹性车轮的车轮抬升量在空载工况下能够大幅度地减少,而在定员载荷工况下其略有增加;在不同的载荷工况下,弹性轮都能够在一定程度上减少轮重减载超过限值0.65的最大作用时间,并大大降低了曲线轨道上脱轨系数的最大值及其超过限值1.0的最大作用时间。

关键词：弹性车轮安全性车轮抬升量脱轨系数轮重减载率

大准铁路老牛湾站列车脱轨原因分析和防范措施研究

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中小企业管理与科技 2017年第33期1卷 190-193,196页

作者：李俊成神华准能大准铁路公司内蒙古鄂尔多斯010300

根据大准铁路老牛湾站列车脱轨事故发生的线路条件、车辆状态、操纵方法等因素开展计算机仿真分析,并根据仿真结果进行必要的现场试验研究,从而得出造成列车脱轨的原因,有效掌握风险事故产生的机理和规律,对风险事故的应对提供科学的理... 详细信息

根据大准铁路老牛湾站列车脱轨事故发生的线路条件、车辆状态、操纵方法等因素开展计算机仿真分析,并根据仿真结果进行必要的现场试验研究,从而得出造成列车脱轨的原因,有效掌握风险事故产生的机理和规律,对风险事故的应对提供科学的理论依据支持,从而进一步有针对性地制定具体的防范措施。

关键词：动力制动轮对横向位移车轮抬升量轮轨横向力脱轨系数

基于载荷辨识技术的轨道-车辆系统状态安全综合评判

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中国铁路 2017年第10期 11-15页

作者：孙善超刘金朝中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

随着我国高速铁路的快速发展,如何对轨道-车辆安全运行状态进行评判是一个复杂课题。结合动力学仿真及数据分析,提出基于轮对抬升量及脱轨系数的综合指标对轨道-车辆安全运行状态进行实时监测、评估。考虑到车轮抬升量不好获取的问题,... 详细信息

随着我国高速铁路的快速发展,如何对轨道-车辆安全运行状态进行评判是一个复杂课题。结合动力学仿真及数据分析,提出基于轮对抬升量及脱轨系数的综合指标对轨道-车辆安全运行状态进行实时监测、评估。考虑到车轮抬升量不好获取的问题,基于载荷辨识技术,提出车轮抬升量的辨识方法并提出整套轨道-车辆安全运行状态监测、评判流程。基于评判流程对轨道-车辆的安全运营状态进行初步评估。

关键词：车辆安全运行状态接触参数辨识车轮抬升量安全综合评判