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轨底坡变化对高速车辆运行行为的影响

西南交通大学学报 2022年第2期57卷 286-294页

作者：杜星陶功权杨城温泽峰金学松吴军西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 中国铁路成都局集团有限公司宜宾工电段四川宜宾644000 中国铁路成都局集团有限公司工务处四川成都610033

现有轨道精调和养护维修过程中往往只针对轨道的高低、方向、水平、扭曲等相关因素进行调整,对轨底坡的相关规定较少.对现有客运专线同一轨道的一段区间进行轨底坡现场测量,发现轨底坡变化较大.通过建立国内某时速250 km动车组车辆模型... 详细信息

现有轨道精调和养护维修过程中往往只针对轨道的高低、方向、水平、扭曲等相关因素进行调整,对轨底坡的相关规定较少.对现有客运专线同一轨道的一段区间进行轨底坡现场测量,发现轨底坡变化较大.通过建立国内某时速250 km动车组车辆模型,考虑LMD车轮型面与标准60 kg/m(CHN60)钢轨匹配,分析了在同一轨道具有标准轨底坡(1∶40)、对称变化轨底坡和非对称变化实测轨底坡条件下的车辆动力学行为.计算结果表明:轨底坡对称变化和非对称变化对车辆直线运行时的平稳性、舒适性影响很大,较标准轨底坡(1∶40)布置时车辆垂向平稳性指标分别增加了32.96%和34.52%,横向平稳性最大值增加了40.65%;直线段的标准、对称变化与非对称变化轨底坡布置对车轮的磨耗影响逐渐增大;直线段非对称、对称变化轨底坡情况较标准轨底坡最大磨耗指数分别增加136.71%和27.65%,最大表面损伤指数分别增加25.14%和15.86%.车辆曲线通过对称变化与非对称变化轨底坡布置时,增大车辆横向晃动;曲线段轨底坡变化对车轮磨耗和疲劳指数相对于标准布置情况影响较小,但曲线段轨底坡变化对车轮磨耗和疲劳指数均大于直线段.最后根据以上结论给出了针对轨底坡的工程化建议.

关键词：高速列车动力学轨底坡车辆平稳性表面疲劳指数磨耗

轨底坡耦合轮径差对地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响

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现代制造工程 2024年第3期 45-53页

作者：李欣朱爱华孟宇轩杨建伟白堂博北京建筑大学城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室北京100044

为了研究轨底坡耦合轮径差对于地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响规律,设置了3种轨底坡工况(1/20、1/30和1/40)和5种轮径差工况,通过建立地铁车辆动力学仿真模型和轮轨接触三维弹性有限元模型,分析轨底坡耦合轮径差对地铁车辆直... 详细信息

为了研究轨底坡耦合轮径差对于地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响规律,设置了3种轨底坡工况(1/20、1/30和1/40)和5种轮径差工况,通过建立地铁车辆动力学仿真模型和轮轨接触三维弹性有限元模型,分析轨底坡耦合轮径差对地铁车辆直线平稳性和曲线通过性能的影响。结果表明:直线路段车辆平稳性指标受到轮径差变化的影响大于轨底坡变化的影响,轮轨等效应力和接触应力会随着轮径差的增加而增大;曲线路段的各个动力学指标会随着轮径差的增加而增大;综合考虑动力学指标和轮轨接触特性,直线路段下尽量减少使用1/20轨底坡;曲线路段下,可以选择1/30轨底坡,减少轮径差对车辆的影响。

关键词：地铁车轮轨底坡轮径差动力学性能轮轨接触特性

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轨底坡对轮轨接触行为及动力学性能的影响

噪声与振动控制 2022年第6期42卷 161-167页

作者：戴佳宇李霞唐伟王安斌上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620

为探讨轨底坡对轮轨接触行为及动力学性能的影响,利用多体动力学软件SIMPACK,分析地铁B型车LM和S1002型踏面与60 kg/m钢轨在不同轨底坡下的轮轨接触点分布情况、滚动圆半径差、最大接触压力、临界速度以及车辆运行安全性和平稳性指标等... 详细信息

为探讨轨底坡对轮轨接触行为及动力学性能的影响,利用多体动力学软件SIMPACK,分析地铁B型车LM和S1002型踏面与60 kg/m钢轨在不同轨底坡下的轮轨接触点分布情况、滚动圆半径差、最大接触压力、临界速度以及车辆运行安全性和平稳性指标等,从接触几何和动力学性能两方面提出LM和S1002型面的最佳轨底坡组合。计算结果表明,轨底坡对轮轨接触行为及动力学性能均有较大影响。对于LM型面在直线段采用1/20轨底坡可减小最大接触压力且不易发生蛇行失稳,对于S1002型面在直线段采用1/40轨底坡可获得良好的接触点分布及较大的接触斑面积,对于LM和S1002型面在曲线段均宜采用1/30轨底坡以获得较好的车辆运行平稳性。

关键词：振动与波轨底坡滚动接触接触几何动力学性能

轨底坡耦合车轮损伤下地铁车辆动力学分析及最优匹配研究

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轨底坡耦合车轮损伤下地铁车辆动力学分析及最优匹配研究

作者：孟宇轩北京建筑大学

学位级别：硕士

由于车轮踏面有斜度,钢轨需要设置轨底坡来提高轮轨接触的稳定性,轨底坡设置不合理会影响车辆的动力学性能,也会对车轮和钢轨造成不同程度的破坏。车轮型面磨耗、车轮不圆等车轮损伤形式引起轮轨接触几何和接触力学性能的变化,进而影响... 详细信息

由于车轮踏面有斜度,钢轨需要设置轨底坡来提高轮轨接触的稳定性,轨底坡设置不合理会影响车辆的动力学性能,也会对车轮和钢轨造成不同程度的破坏。车轮型面磨耗、车轮不圆等车轮损伤形式引起轮轨接触几何和接触力学性能的变化,进而影响了轮轨接触的稳定性及车辆动力学性能,也使轨底坡的设置变得复杂。因此,研究轨底坡耦合车轮损伤对车辆动力学性能的影响及最优匹配,对车轮维修保养和线路设计及维护非常重要。本文以车辆-轨道耦合动力学理论为依据,根据实测地铁车辆参数和车轮损伤数据,建立了车辆-轨道耦合动力学模型,设置了9种外/内轨底坡工况和3种车轮损伤工况(车轮型面磨耗、轮径差、车轮不圆),探究轨底坡耦合车轮型面磨耗、轮径差和车轮不圆对车辆动力学性能指标的影响规律;并以直线运行平稳性和车辆曲线通过性作为综合性能评价指标,建立基于熵权法的多目标优化模型,研究不同车轮损伤工况下的最优轨底坡匹配,为地铁运营公司线路设置及车轮维护保养提供理论指导。本文的主要内容和创新点如下:(1)实测了运行里程为0万、5万、8万、14万公里时的LM型车轮磨耗型面数据(简称S0、S1、S2、S3),研究不同车轮磨耗型面与CHN60钢轨在不同轨底坡下的轮轨接触特性及车辆动力学性能;以列车直线运行平稳性和曲线通过性能为评价指标,通过熵权法计算得出不同线路工况下和不同车轮磨耗型面工况下的最优轨底坡匹配方案。结果表明:直线和R300m、R400m、R500m、R600m四种曲线下外/内轨轨底坡和车轮磨耗型面最优匹配方案分别为(1/20,1/20,S3)、(1/30,1/30,S0)、(1/20,1/40,S2)、(1/30,1/40,S2)、(1/30,1/40,S2);不同运行里程下车轮磨耗型面对应的最优外/内轨轨底坡匹配会发生变化,如R300曲线下,S0、S1、S2、S3对应的最优外/内轨轨底坡匹配分别为(1/30,1/40)、(1/20,1/30)、(1/20,1/20)、(1/40,1/20)。(2)设置5种轮径差工况,研究了不同轮径差工况下轨底坡变化对地铁车辆动力学性能的影响规律,以列车直线运行平稳性和曲线通过性能为评价指标,通过熵权法分析得出不同轮径差工况下的最优轨底坡匹配方案。结果表明:直线条件下外轨轨底坡、内轨轨底坡和轮径差最优匹配方案为(1/40,1/40,-0.5);在R300m、R400m、R500m和R600m四种曲线下,外轨轨底坡、内轨轨底坡和轮径差最优匹配方案分别为(1/20,1/40,+1)、(1/20,1/40,+1)、(1/30,1/30,-1)、(1/40,1/30,-1)。(3)研究了轨底坡耦合车轮不圆对地铁车辆动力学性能的影响,以列车直线运行平稳性和曲线通过性能为评价指标,并通过熵权法从动力学角度得出最优耦合工况,结果表明:当存在车轮不圆时,直线和R300m、R400m、R500m和R600m曲线工况下,外/内轨轨底坡最优匹配方案分别为(1/40,1/30)、(1/20,1/30)、(1/40,1/30)、(1/30,1/30)、(1/30,1/30);当无车轮不圆时,直线和R300m、R400m、R500m和R600m曲线工况下,外/内轨轨底坡最优匹配方案分别为(1/40,1/20)、(1/30,1/40)、(1/30,1/30)、(1/30,1/30)、(1/40,1/30)。

关键词：车辆-轨道耦合动力学模型轨底坡车轮损伤动力学性能熵权法

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轨底坡对高速铁路轮轨接触行为影响分析

铁道工程学报 2018年第3期35卷 18-25页

作者：钱瑶王平苏谦安博洋徐井芒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 西南交通大学成都610031

研究目的:目前关于轨底坡对轮轨接触行为影响的研究很多,但轨底坡对高速铁路轮轨接触行为影响的相关研究还未开展。为分析轨底坡对我国高速车轮与60N钢轨的轮轨接触行为影响,基于迹线法和三维非赫兹滚动接触理论,分别研究不同轨底坡下... 详细信息

研究目的:目前关于轨底坡对轮轨接触行为影响的研究很多,但轨底坡对高速铁路轮轨接触行为影响的相关研究还未开展。为分析轨底坡对我国高速车轮与60N钢轨的轮轨接触行为影响,基于迹线法和三维非赫兹滚动接触理论,分别研究不同轨底坡下高速车轮LMa、XP55、S1002G与60N匹配时的静态轮轨接触特性,包括等效锥度、接触带宽、轮轨接触应力和表面疲劳因子等。研究结论:(1)在1/10的轨底坡下,三种高速车轮型面与60N钢轨接触时表面疲劳因子大于零的情况居多,说明1/10的轨底坡易导致轮轨表面裂纹的出现,不适用于高速轮轨匹配;(2)LMa型面的接触带宽随轨底坡的减小而增大,轮轨接触应力随轨底坡变化不大,轨底坡为1/20时轮轨型面匹配较优;(3)当轨底坡为1/30时,XP55型面的等效锥度最大,使其拥有较好的轮对对中性能和曲线通过能力,轨底坡为1/30时轮轨型面匹配最优;(4)轨底坡对S1002G的等效锥度影响不大,轨底坡为1/20时的接触带宽较小,横移超过4 mm后1/20轨底坡下的轮轨法向接触应力较小,综合来看轨底坡为1/20时S1002G轮轨型面匹配较优;(5)本研究成果可为我国高速铁路轨底坡的设置提供参考。

关键词：轨底坡高速车轮滚动接触轮轨接触特性接触带宽

轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响

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中国铁道科学 2015年第1期36卷 25-32页

作者：周宇王少锋张杰姜俊楠同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 华东交通大学轨道交通学院江西南昌330013

考虑轮轨蠕滑接触关系,以及普通货车两轴转向架的导向轮对和非导向轮对分别作用在曲线两股钢轨轨头上的应力、应变,建立基于临界平面法的钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测模型,研究不同轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明... 详细信息

考虑轮轨蠕滑接触关系,以及普通货车两轴转向架的导向轮对和非导向轮对分别作用在曲线两股钢轨轨头上的应力、应变,建立基于临界平面法的钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测模型,研究不同轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明：在各种轨底坡下外轨疲劳裂纹均主要由导向轮引起,而内轨疲劳裂纹在轨底坡为1∶40-1∶25时主要由导向轮引起,在轨底坡为1∶20-1∶10时主要由非导向轮引起;线路曲线半径越小,导向轮作用下的内外轨疲劳裂纹萌生越早,反之则非导向轮作用下的内轨疲劳裂纹萌生越早;磨耗型新轮与75kg·m^-1新轨接触时,在曲线半径≤1000m条件下采用1∶20的轨底坡,在曲线半径〉1000m条件下采用1∶40的轨底坡,可以延长钢轨疲劳裂纹萌生寿命;选取不同的轨底坡,可以改变轮轨接触斑的位置、面积和黏着—滑动区的分布及蠕滑力,进而影响到钢轨疲劳裂纹萌生寿命,但改变轮轨接触斑位置的范围有限,不同轨底坡时接触斑移动距离在外轨上小于10.2mm,在内轨上小于3.0mm。

关键词：钢轨轨底坡铁路曲线疲劳裂纹寿命预测临界平面法轮轨关系

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不同曲线半径下轨底坡与轮径差最佳匹配研究

浙江工业大学学报 2024年第1期52卷 77-85页

作者：朱爱华孟宇轩张帆杨建伟郭宇轩北京建筑大学城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室北京100044

为了研究不同曲线半径下地铁车辆动力学性能最优的轨底坡与轮径差最佳匹配,运用SIMPACK软件建立了地铁车辆动力学仿真模型,设置9种轨底坡工况和5种轮径差工况,以轮轨横向力、轮对横移量、脱轨系数、轮重减载率和轮轨磨耗指数作为车辆动... 详细信息

为了研究不同曲线半径下地铁车辆动力学性能最优的轨底坡与轮径差最佳匹配,运用SIMPACK软件建立了地铁车辆动力学仿真模型,设置9种轨底坡工况和5种轮径差工况,以轮轨横向力、轮对横移量、脱轨系数、轮重减载率和轮轨磨耗指数作为车辆动力学性能的评价指标,以4种不同C型曲线半径作为研究对象,分析45种轨底坡和轮径差耦合工况下各指标的变化规律。采用熵权法对各指标进行加权求和处理,得到不同工况下的车辆动力学性能综合得分,最终分析得出车辆在不同半径曲线下轨底坡和轮径差的最佳匹配。研究结果表明:在300,400,500,600 m这4种曲线半径下,外轨轨底坡、内轨轨底坡和轮径差最优匹配方案分别为(1/20,1/40,+1),(1/20,1/40,+1),(1/30,1/30,-1),(1/40,1/30,-1)。

关键词：轨底坡轮径差动力学性能车轮磨耗熵权法

基于激光摄像式传感器的轨底坡动态检测方法研究

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振动与冲击 2018年第18期37卷 251-256页

作者：熊仕勇陈春俊王锋夏银西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

动态检测轨底坡可高效指导铁路运营维护,合理设置坡角有利于保证钢轨轨头与车轮踏面的合理接触,延长钢轨的使用寿命。提出一种基于激光摄像技术,可在线、连续提取钢轨轮廓图像的轨底坡动态检测方法;考虑摄像机镜头畸变对钢轨轮廓图像的... 详细信息

动态检测轨底坡可高效指导铁路运营维护,合理设置坡角有利于保证钢轨轨头与车轮踏面的合理接触,延长钢轨的使用寿命。提出一种基于激光摄像技术,可在线、连续提取钢轨轮廓图像的轨底坡动态检测方法;考虑摄像机镜头畸变对钢轨轮廓图像的影响,建立了用于轨底坡动态检测的两个激光摄像式传感器空间姿态关系的非线性标定解算模型;利用Kalman滤波算法的数据融合功能建立了对多传感器信号融合的状态空间模型,消除因车体振动对轨底坡计算结果的影响。选用GJ-4型轨道检测车进行实车试验,验证了轨底坡计算方法切实、可行,通过Kalman滤波后的传感器数据能很好地对轨底坡坡角计算结果进行补偿。

关键词：轨底坡动态检测激光摄像机标定 Kalman滤波

不同轨底坡下地铁车辆轮轨型面匹配的动力学分析

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铁道学报 2016年第5期38卷 16-22页

作者：陶功权温泽峰陆文教金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为了研究我国地铁车辆车轮踏面常用的LM、S1002和DIN5573型面与60 kg/m（CHN60）钢轨在不同轨底坡下的动力学性能,建立了某B型地铁车辆动力学模型,详细分析了该车辆采用3种不同车轮型面时轨底坡对车辆运动稳定性、曲线通过性能以及车轮... 详细信息

为了研究我国地铁车辆车轮踏面常用的LM、S1002和DIN5573型面与60 kg/m（CHN60）钢轨在不同轨底坡下的动力学性能,建立了某B型地铁车辆动力学模型,详细分析了该车辆采用3种不同车轮型面时轨底坡对车辆运动稳定性、曲线通过性能以及车轮磨耗和滚动接触疲劳的影响,从动力学分析的角度提出地铁车轮型面的最优轨底坡匹配.计算结果表明,轨底坡对LM型面的运动稳定性影响较小,采用现行的1/40轨底坡时车辆具有相对较优的曲线通过性能,有利于减缓车轮的磨耗和滚动接触疲劳.轨底坡对S1002型面的临界速度影响较大,轨底坡由1/30增大至1/25时临界速度出现明显突变,由228 km/h降至171 km/h,轨底坡小于1/30后车辆的综合动力学性能相对较优.DIN5573型面在轨底坡小于1/30时具有相对较优的动力学性能,轨底坡在1/40~1/30范围内轮轨型面匹配较优.

关键词：地铁车轮型面轨底坡动力学性能车轮磨耗滚动接触疲劳