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钢轨打磨廓形设计在朔黄重载铁路道岔上的应用

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铁道建筑 2021年第10期61卷 117-119,125页

作者：张一刘永乾吴潇郭贝侨国能朔黄铁路发展有限责任公司肃宁分公司河北肃宁062350 中铁物总运维科技有限公司北京100036

依托朔黄铁路,分析道岔钢轨廓形设计打磨后其廓形、轨面状态、轮轨几何接触关系和动力学性能的变化,并与修理性打磨进行对比。结果表明:廓形设计打磨后,钢轨打磨质量指数整体明显提升;钢轨表面病害明显去除,光带明显收窄且位置居中、宽... 详细信息

依托朔黄铁路,分析道岔钢轨廓形设计打磨后其廓形、轨面状态、轮轨几何接触关系和动力学性能的变化,并与修理性打磨进行对比。结果表明:廓形设计打磨后,钢轨打磨质量指数整体明显提升;钢轨表面病害明显去除,光带明显收窄且位置居中、宽度合理;轮轨关系明显改善,轨距角接触情况得到明显优化;轮轨横向力、纵向蠕滑率、横向蠕滑率以及磨耗指数降低明显。修理性打磨后道岔钢轨状态未见明显改善,甚至有所恶化。廓形设计打磨效果明显优于修理性打磨。

关键词：重载铁路钢轨廓形设计现场试验数值模拟道岔钢轨打磨打磨质量指数

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重载线路过度磨耗钢轨的打磨廓形设计

重载线路过度磨耗钢轨的打磨廓形设计

作者：邓卓鑫华东交通大学

学位级别：硕士

随着重载铁路技术在我国运用越来越广,兼具时效性与载运量的重载货车有效缓解国内铁路货运供需矛盾。重载铁路在运营过程中会难以避免的产生大量钢轨轨头严重磨损的过度磨耗钢轨,影响正常的轮轨关系,甚至会引起列车脱轨等严重安全事故... 详细信息

随着重载铁路技术在我国运用越来越广,兼具时效性与载运量的重载货车有效缓解国内铁路货运供需矛盾。重载铁路在运营过程中会难以避免的产生大量钢轨轨头严重磨损的过度磨耗钢轨,影响正常的轮轨关系,甚至会引起列车脱轨等严重安全事故。应对钢轨异常磨耗现象,对钢轨进行打磨廓形维护可以有效解决钢轨病害、延长钢轨的生命周期。针对过度磨耗钢轨进行打磨维护需要基于现场的测量情况进行打磨廓形设计,但现有的廓形设计方法多是以钢轨标准廓形为基础进行优化,难以适用于磨耗钢轨,亟需寻找针对过度磨耗钢轨延长钢轨使用寿命的打磨廓形设计方法。本文针对重载线路过度磨耗的外侧钢轨,提出一种以圆弧切点为表征的钢轨打磨廓形设计方法,集成遗传退火算法进行求解,获得优化钢轨廓形。研究成果如下:1、介绍了轮轨接触几何、接触力学参数以及车辆系统动力学求解方法,建立轮轨静态接触模型、钢轨磨耗模型、车辆-轨道系统动力学模型,并对动力学模型进行验证,为钢轨廓形优化设计建立了理论基础。2、为了得到代表重载线路曲线区段的钢轨廓形,采用最小二乘距离法、算术平均法、加权平均法和散点重构法得出四种钢轨代表廓形,并使用Pearson相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数得出四种算法的钢轨代表廓形与实测廓形接触点概率分布曲线的相关性,取相关性最高的代表廓形代替。3、分析国内外钢轨构成元素,提出以圆弧切点为表征的钢轨廓形设计方法,集成模拟退火算法作为寻优方法,以降低钢轨预测磨耗量及钢轨打磨切削去除量为优化目标,以边界范围、廓形曲线凹凸性、脱轨系数、轮轨横向力作为约束条件。廓形优化结果表明,R优化廓形位于R磨耗廓形曲线的下方,可通过有限次的打磨实现,R优化廓形的金属切削量是R实际打磨廓形是的0.35倍,金属切削量显著减少。对R优化廓形和R实际打磨廓形进行轮轨静态接触、动力学和有限元分析。R廓形具有更佳的轮轨匹配接触,更合理的等效锥度曲线,在重车工况下轮轨横向力、轮重减载有所降低;在空车工况下轮轨横向力则显著下降,轮重减载率略微下降,而车体横向、垂向振动加速度、轮轨垂向力、轮对横移量相差较小。综合重车与空车工况,R廓形动力学性能未明显降低,具备更佳的轮轨静态匹配性能,预测磨耗量略微增加,但金属切削量显著下降,能有效延长钢轨生命周期。

关键词：钢轨廓形设计圆弧参数模拟退火代表廓形轨道车辆动力学

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过度磨耗钢轨的打磨廓形设计方法

交通运输工程学报 2022年第2期22卷 111-122页

作者：林凤涛邓卓鑫庞华飞王松涛杨建丁军君陈道云华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室江西南昌330013 广州铁路职业技术学院广东广州510430 广东城际铁路运营有限公司广东广州510310 安徽辉瑞轨道智能设备有限公司安徽合肥230001 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

针对过度磨耗钢轨的打磨,提出一种以圆弧切点为关键参数的钢轨廓形设计方法;以轮轨接触位置为优化区域,以钢轨磨耗和打磨材料去除量作为优化目标函数,以廓形边界范围、凹凸性、脱轨系数和轮轨横向力为约束条件,建立磨耗钢轨打磨设计廓... 详细信息

针对过度磨耗钢轨的打磨,提出一种以圆弧切点为关键参数的钢轨廓形设计方法;以轮轨接触位置为优化区域,以钢轨磨耗和打磨材料去除量作为优化目标函数,以廓形边界范围、凹凸性、脱轨系数和轮轨横向力为约束条件,建立磨耗钢轨打磨设计廓形多目标函数;集成多元模拟退火寻优算法进行求解;为了得到能代表重载线路曲线区段的钢轨廓形,作为优化的输入数据,采用最小二乘距离算法、算术平均算法、加权平均算法和散点重构算法得出4种钢轨代表廓形;使用Pearson相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数计算出4种算法的钢轨代表廓形与实测廓形接触点概率分布曲线的相关性,取相关性最高的代表廓形为等效重载线路曲线区段的实际廓形;对某重载线路过度磨耗钢轨的经济性打磨廓形以及采用圆弧型廓形设计方法的优化廓形进行分析。分析结果表明:优化廓形与现场打磨廓形相较,截面廓形磨削量减少69.56mm^(2),下降64.98%,脱轨系数小幅增大,轮轨横向力基本不变,轮对横移变化较小,曲线通过性能相近,80万次通过量下的磨耗面积增加2.19mm^(2),钢轨的磨耗速率略微增大,整体仍延长了钢轨寿命。

关键词：轨道车辆动力学钢轨廓形设计圆弧参数模拟退火代表廓形轮轨接触几何

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曲线区钢轨双打磨廓形设计方法

铁道科学与工程学报 2022年第1期19卷 87-99页

作者：林凤涛庞华飞邓卓鑫吴涛邹亮朱韶光华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室江西南昌330013 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 广东城际铁路运营有限公司广东广州510310

为探究货运线路中曲线区段磨耗钢轨的打磨方法对钢轨的服役寿命及列车运行安全的直接影响,针对曲线区段钢轨打磨廓形设计方法开展研究。设计多段圆弧和半径等多参变量的平滑设计方法,构建钢轨廓形描述模型,结合车辆-轨道耦合动力学及轮... 详细信息

为探究货运线路中曲线区段磨耗钢轨的打磨方法对钢轨的服役寿命及列车运行安全的直接影响,针对曲线区段钢轨打磨廓形设计方法开展研究。设计多段圆弧和半径等多参变量的平滑设计方法,构建钢轨廓形描述模型,结合车辆-轨道耦合动力学及轮轨接触分析,设计不同权重系数,建立缓和曲线及恒定半径曲线段的磨耗钢轨打磨廓形的多目标函数,采用优化算法求解并进行对比分析。研究结果表明:与传统单一打磨廓形相比,设计廓形对缓和曲线段和恒定半径曲线段,钢轨材料去除量分别降低了39.02%和20.47%;动力学性能显著提升。在缓和曲线段和恒定半径曲线段的交接处,轮对横移量最高降低了89.45%,过渡更加平缓。轮轨接触几何分布均匀,改善了车辆入弯前后的运行性能和曲线通过性能。轮轨接触斑面积增加,且随轮对横移量变化平缓,最大Mises应力和最大法向接触应力相对于优化前均有明显改善。采用双打磨廓形设计能够有效延长曲线区段钢轨使用寿命。

关键词：钢轨打磨多目标函数钢轨廓形设计车辆-轨道耦合动力学轮轨接触几何

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不同钢轨廓形下高速铁路轮轨型面匹配研究

不同钢轨廓形下高速铁路轮轨型面匹配研究

作者：吕岩治北京建筑大学

学位级别：硕士

我国高速铁路在迅猛发展的同时也带来庞大的铁路运维问题,高速列车运行速度快,线路混跑多、车流密度大,使轮轨之间的振动和冲击加剧,加速轮轨损伤,产生车辆运行安全问题。因此,对高速铁路轮轨磨耗问题展开研究,比较不同廓形钢轨与高铁... 详细信息

我国高速铁路在迅猛发展的同时也带来庞大的铁路运维问题,高速列车运行速度快,线路混跑多、车流密度大,使轮轨之间的振动和冲击加剧,加速轮轨损伤,产生车辆运行安全问题。因此,对高速铁路轮轨磨耗问题展开研究,比较不同廓形钢轨与高铁车轮匹配的接触状态和动力学性能的影响,分析轮轨匹配的综合性能,对于调节高铁车轮镟修周期,延长高铁车轮使用寿命,降低高速列车运营成本意义深远。本文实际跟踪测试高速列车车轮型面数据,总结车轮型面的磨耗情况,研究60、60D、60N三种廓形钢轨与高速车轮型面匹配性能;结合高速列车实际运行情况,基于现有钢轨廓形的过渡区域对钢轨廓形进行设计,以达到优化轮轨匹配性能的目的。主要工作内容及结论如下:（1）运用轮轨型面测量仪,现场跟踪测量CRH3动车组一个镟修周期的车轮型面和60、60D、60N三种钢轨型面数据。分析得出车轮型面磨耗速度随运行里程数增加而增大;60D轨、60N轨是以60为原型进行设计,60N轨将60轨轨头原有的五段圆弧优化为七段圆弧,而60D轨仅对工作边轨头进行了优化。（2）建立不同匹配形式下的轮轨三维有限元弹塑性模型,施加轴重、横移量、轮周牵引力等工况。仿真结果分析,相同匹配条件下,60N轨与车轮匹配呈现椭圆形接触斑,接触斑面积最大,同时接触斑面积随车轮磨耗量增加变化较大;60N轨与标准车轮匹配的最大Mises应力值小于60、60D轨,但随车轮磨耗量的增加,Mises应力值变化幅度较大,数值上超过60、60D轨。（3）建立轮轨系统动力学模型,分析不同钢轨廓形对列车轮轨接触几何关系、列车运行平稳性、列车振动幅值特性、磨耗数等动力学参数指标,分析得出60N轨与不同磨耗阶段车轮匹配的多项动力学参数都较优,具有良好的匹配性能,接触点集中在车轮中部,轮轨接触光带居中,将导致车轮的中部磨耗加重。（4）针对不同钢轨廓形下高铁车轮在实际运行中存在的一些不足,介于60轨和60N轨之间的过渡区域,设计了两种钢轨廓形方案并进行计算分析。（5）对设计方案的轮轨接触状态和动力学性能进行综合评价,认为方案二设计的钢轨廓形在保证车辆动力学性能参数的同时,有效地降低了轮轨Mises应力随车轮磨耗量的增长幅度,增加接触区域面积,更加适合与磨耗阶段车轮型面匹配,调节车轮的镟修周期,为高速列车实际运行条件下的钢轨廓形设计提供参考。

关键词：高速列车轮轨关系型面匹配车轮磨耗钢轨廓形设计