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基于微观蠕滑饱和的地铁线路钢轨波磨发生概率及发展特征

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北京理工大学学报 2024年第5期44卷 458-467页

作者：王志强雷震宇同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804

聚焦轮轨接触行为,从微观角度研究了地铁线路上钢轨波磨的发生概率和发展特性.利用车辆−轨道多体动力学数值模型,并结合Modified-Fastsim切向接触算法,提出了蠕滑率饱和临界值用于分析轨面光滑和粗糙条件下不同曲率半径线路上的波磨发... 详细信息

聚焦轮轨接触行为,从微观角度研究了地铁线路上钢轨波磨的发生概率和发展特性.利用车辆−轨道多体动力学数值模型,并结合Modified-Fastsim切向接触算法,提出了蠕滑率饱和临界值用于分析轨面光滑和粗糙条件下不同曲率半径线路上的波磨发生概率.同时,采用Archard模型计算了轮轨接触斑的平均磨耗深度,进而分析了钢轨波磨的演化特征.结果显示,内外侧轮轨接触蠕滑在线路曲线半径小于450 m时均趋近于饱和,说明内外侧钢轨均具有发生波磨的可能性,而当线路曲线半径大于450 m时,钢轨波磨发生概率降低.轨面不平顺的存在能够导致轮轨接触产生反馈振动,从而提高轮轨系统钢轨波磨的发生概率.随着线路曲线半径的增加,轮轨接触斑平均磨耗深度趋于减小,且平均磨耗深度减小速率表现为先增大后降低,说明曲线半径越小,钢轨波磨磨耗程度越大,磨耗速率越快.内外侧(左右侧)接触斑的平均磨耗深度变化相似,外侧接触斑的平均磨耗深度在小半径曲线上略高于内侧,表明内外侧(左右侧)钢轨的磨耗程度和磨耗速率基本相似,但考虑到内外侧轮轨接触几何关系有所差异,外轨倾向于轨侧波磨,内轨则主要为轨顶波磨.

关键词：地铁线路钢轨波磨微观接触蠕滑特性磨耗

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扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响

表面技术 2024年第1期53卷 78-86,95页

作者：朱琪谢俊张威庹军波重庆工商大学制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室重庆400067 重庆工商大学机械工程学院重庆400054

目的研究扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响,获得抑制钢轨波磨的有效措施。方法建立小半径曲线DTVI2扣件的轮轨系统有限元模型,对扣件系统进行实体化建模,考虑轨下垫板之间的接触情况,同时模拟扣件系统中弹条预紧作用。采用复特征... 详细信息

目的研究扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响,获得抑制钢轨波磨的有效措施。方法建立小半径曲线DTVI2扣件的轮轨系统有限元模型,对扣件系统进行实体化建模,考虑轨下垫板之间的接触情况,同时模拟扣件系统中弹条预紧作用。采用复特征值分析和瞬时动态分析研究轮轨系统的摩擦自激振动特性,并将预测结果与现场测试结果对比,揭示该区段钢轨波磨产生的原因。最后开展轨下垫板材料属性以及扣件结构参数的影响分析,获得其对钢轨波磨的影响。结果轮轨间饱和蠕滑力引起轮轨系统发生频率为500Hz的不稳定振动,会导致波长为30 mm的钢轨波磨。轨下垫板杨氏模量在10~50 MPa区间,等效阻尼比先从-0.015 2减小到-0.016 9又增大到-0.014 2;阻尼系数在0~0.000 1区间内,等效阻尼比从-0.016 9增大到-0.010 2;轨下垫板泊松比的变化没有引起系统等效阻尼比发生明显的变化;扣件间距在575~675 mm区间内,等效阻尼比从-0.016 3降低到-0.019 0;等效阻尼比随着弹条预紧力的增大而增大。结论选取合适的轨下垫板杨氏模量可以减轻由轮轨摩擦自激振动导致的钢轨波磨;提高阻尼系数对轮轨系统的自激振动具有较强的抑制作用;而轨下垫板的泊松比对钢轨波磨的影响较小;适当减小扣件间距可以略微降低钢轨波磨的产生趋势;增大弹簧预紧力可以抑制由轮轨系统摩擦自激振动导致的钢轨波磨。

关键词：钢轨波磨摩擦自激振动扣件结构弹条预紧力数值仿真

高速铁路钢轨波磨地段轴箱振动加速度时频特征分析

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铁道科学与工程学报 2024年第4期21卷 1275-1285页

作者：和振兴刘旭麒王玉魁封全保王淑珍兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 清华大学天津高端装备研究院天津300300

钢轨波磨是一种常见的高速铁路轨道病害。为了研究钢轨波磨参数与轴箱加速度响应时频特征之间的对应关系,从理论上探索通过轴箱振动加速度识别钢轨波磨的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立了考虑车辆主要部件柔性化的刚柔耦合动... 详细信息

钢轨波磨是一种常见的高速铁路轨道病害。为了研究钢轨波磨参数与轴箱加速度响应时频特征之间的对应关系,从理论上探索通过轴箱振动加速度识别钢轨波磨的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立了考虑车辆主要部件柔性化的刚柔耦合动力学模型。通过与实测数据的对比,验证了模型的准确性;在研究了钢轨波磨参数与轴箱振动加速度时域信号之间因应关系的基础上提出了一种基于VMD-SPWVD的钢轨波磨时频分析方法,并验证了该方法的有效性。研究结果表明,钢轨波磨会对轴箱振动加速度信号产生较大影响;不同波深和波长下的轴箱振动加速度最大值在时域信号中的位置具有随机性;钢轨波磨参数与轴箱振动加速度均方根之间的规律性较为明显,但其作为一种时域指标无法准确定位波磨区段的位置和严重程度;相较于时域分析方法,本文提出的基于VMD-SPWVD的时频分析方法能有效反映钢轨波磨参数与轴箱振动加速度之间的因应关系,时频分析结果能准确得到钢轨波磨的特征频率且不存在干扰成分,能量幅值与钢轨波磨波深之间呈正相关,该方法可以定位波磨存在的区段并能够体现同一区段不同位置波磨的严重程度。最后采用该方法对实测数据进行分析,进一步验证了本文所述方法通过轴箱振动加速度信号识别钢轨波磨的有效性。

关键词：高速铁路钢轨波磨轴箱加速度动力学响应时频特征

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钢轨波磨激励下的e型弹条振动疲劳断裂机理

西南交通大学学报 2024年

作者：董丙杰陈光雄冯晓航任文娟宋启峰梅桂明西南交通大学牵引动力国家重点实验室西南交通大学摩擦学研究所

为了探究地铁小半径曲线轨道上e型弹条异常断裂的机理，本文通过长期跟踪和测量成都地铁X号线钢轨波磨的发展情况，并基于摩擦自激振动理论，建立了轮对-轨道-扣件系统的全实体单元有限元模型，并结合包含e型弹条的扣件系统模型的谐响... 详细信息

为了探究地铁小半径曲线轨道上e型弹条异常断裂的机理，本文通过长期跟踪和测量成都地铁X号线钢轨波磨的发展情况，并基于摩擦自激振动理论，建立了轮对-轨道-扣件系统的全实体单元有限元模型，并结合包含e型弹条的扣件系统模型的谐响应分析，研究了短波长波磨、长波长波磨对e型弹条振动疲劳寿命的影响。研究表明，这两种类型的钢轨波磨都会导致地铁e型弹条振动疲劳寿命寿命的减小；波磨的幅值越大，导致弹条的振动疲劳寿命越小。钢轨波磨不仅能够引起e型弹条产生与钢轨波磨“同频”的受迫振动，还容易激发弹条产生该频率的倍频振动。对于短波长波磨而言，由于2倍频的存在，在相同波深幅值的短波长波磨的影响下，25 mm 和40 mm波长的钢轨波磨最容易导致e型弹条产生振动疲劳断裂；波长为120 mm的长波长波磨的波深幅值较大时，激发出的6倍频振动导致弹条的振动疲劳寿命急剧减小。由于振动强度的减弱，波长为240 mm的长波长波磨对弹条振动疲劳寿命的影响有限。

关键词：地铁e型弹条疲劳寿命钢轨波磨谐响应分析有限元方法

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钢轨波磨水平对轮轨噪声影响研究

城市轨道交通研究 2024年第S1期27卷 67-72,78页

作者：周月上海地铁维护保障有限公司工务分公司上海200233

[目的]针对国内某地铁线路运营过程中频繁出现噪声超标现象,研究钢轨波磨水平对轮轨噪声的影响,以解决线路的波磨不平顺导致轮轨匹配度下降、波磨导致轮轨噪声增大的问题。[方法]根据实测不同区段波磨特征及噪声情况,建立了波磨不平顺... 详细信息

[目的]针对国内某地铁线路运营过程中频繁出现噪声超标现象,研究钢轨波磨水平对轮轨噪声的影响,以解决线路的波磨不平顺导致轮轨匹配度下降、波磨导致轮轨噪声增大的问题。[方法]根据实测不同区段波磨特征及噪声情况,建立了波磨不平顺下的噪声发展预测模型;分析了波磨1/3倍频程特征与产生噪声主频率,得出了易激发噪声波磨波长特征;分析了钢轨质量和列车运行速度与钢轨噪声间的关系。[结果及结论]轮轨噪声由钢轨噪声和车轮噪声叠加构成。频率在2000 Hz以内时,轮轨噪声由钢轨噪声主导;频率在2000 Hz以上时,轮轨噪声由车轮噪声主导。波磨不平顺会加剧轮轨噪声,轮轨噪声的敏感波长为25~55 mm,波谷越大则噪声越大,打铣磨可以降低轮轨噪声。轨道质量对轮轨噪声的影响较小,但列车运行速度对轮轨噪声有着显著的影响,车速越快则轮轨噪声越大,因此,在居民区等公共场合,可以通过适当限速来降低噪声对周边环境的影响。

关键词：地铁钢轨波磨轮轨关系轮轨噪声粗糙度水平

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高速铁路车轮多边形和钢轨波磨相关性及影响

振动.测试与诊断 2024年

作者：崔晓璐卜涵徐晓天尹越徐佳杨红娟重庆交通大学机电与车辆工程学院成都理工大学机电工程学院

基于轮轨系统摩擦耦合振动会引发车轮多边形和钢轨波磨的问题,以高速铁路长大坡道直线区段作为研究对象,建立了高速铁路轮轨系统的有限元模型,研究长大坡道直线区段轮轨系统的摩擦耦合振动特性,阐明了车轮多边形和钢轨波磨的耦合特性。... 详细信息

基于轮轨系统摩擦耦合振动会引发车轮多边形和钢轨波磨的问题,以高速铁路长大坡道直线区段作为研究对象,建立了高速铁路轮轨系统的有限元模型,研究长大坡道直线区段轮轨系统的摩擦耦合振动特性,阐明了车轮多边形和钢轨波磨的耦合特性。研究结果表明:高速铁路长大坡道区段趋于饱和的轮轨蠕滑力,容易诱导轮轨系统的摩擦耦合振动,从而引发具有频率相关性的车轮多边形和钢轨波磨。具有频率相关性的车轮多边形和钢轨波磨均会加剧轮轨系统的摩擦耦合振动,其中车轮多边形的影响更为明显。无频率相关性的车轮多边形和钢轨波磨相互作用时,并未体现出相互促进的关系,且实际情况中难以出现完全吻合的具有频率相关性的车轮多边形和钢轨波磨,因此二者在后续发展中关联性较弱。

关键词：高速铁路车轮多边形钢轨波磨摩擦耦合振动耦合特性关联性

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科隆蛋扣件直线路段钢轨波磨形成机理研究

铁道科学与工程学报 2024年

作者：汪梦寒顾晓菡王安斌上海轨道交通振动与噪声控制技术工程研究中心上海工程技术大学城市轨道交通学院

在国内地铁科隆蛋扣件直线路段发现了钢轨表面出现了短波长波磨的现象，用CAT波磨仪测试了钢轨波磨静态特征，通过力锤敲击法测试了轨道结构的频率响应函数以及轮轴的模态特性。考虑簧下质量用ABAQUS软件建立了轮轨耦合有限元模型并基... 详细信息

在国内地铁科隆蛋扣件直线路段发现了钢轨表面出现了短波长波磨的现象，用CAT波磨仪测试了钢轨波磨静态特征，通过力锤敲击法测试了轨道结构的频率响应函数以及轮轴的模态特性。考虑簧下质量用ABAQUS软件建立了轮轨耦合有限元模型并基于此建立了三维瞬态滚动有限元模型，分析了轮轨耦合条件下轨道的模态特性以及轮轨瞬态滚动特性，并基于轨道结构振动理论与瞬态滚动理论分析了轮轨耦合系统动态特性与钢轨波磨的相关性。结果表明在直线路段左右轨钢轨磨损的程度几乎一致，钢轨波磨主要波长为30～40mm，在运营车速为80km/h的车速下波磨波长的通过频率为555～740Hz；轮轨耦合系统在波磨波长通过频率范围内振动的模态振型主要表现为钢轨相对于轨道板的垂向弯曲振动；在25～50mm短波长凹坑的激励下轮轨垂向力差值显著频率和轮轨耦合系统的垂向弯曲振动频率与波磨波长通过频率相吻合，钢轨波磨的产生与该路段钢轨的垂向Pinned-Pinned频率关系不大，主要是轮轨耦合系统570～710Hz内钢轨的垂向中高频固有特性被钢轨表面损伤激发导致的。轨道结构波磨的产生主要与轨道结构中高频固有特性相关，轮轨耦合中高频模态特征被激发是诱发和加剧钢轨波磨发展的根本原因。研究成果可为解释科隆蛋扣件直线路段钢轨波磨的形成奠定理论基础。

关键词：科隆蛋扣件钢轨波磨轮轨耦合动态特性凹坑激励中高频模态

山地地铁小半径曲线路段车辆/轨道参数对钢轨波磨的影响

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润滑与密封 2024年第1期49卷 98-106页

作者：崔晓璐李靖晨何志强漆伟李童重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 重庆市轨道交通(集团)有限公司重庆401120

针对山地地铁小半径曲线轨道钢轨波磨频发问题,根据现场调研建立车辆-轨道系统的动力学模型,探究车辆通过小半径曲线时轮轨间的接触特性。根据动力学分析结果建立半车车体-转向架-轨道系统的有限元模型,采用复特征值分析法研究半车车体... 详细信息

针对山地地铁小半径曲线轨道钢轨波磨频发问题,根据现场调研建立车辆-轨道系统的动力学模型,探究车辆通过小半径曲线时轮轨间的接触特性。根据动力学分析结果建立半车车体-转向架-轨道系统的有限元模型,采用复特征值分析法研究半车车体-转向架-轨道系统摩擦自激振动特性,并研究车辆悬挂参数和轨道扣件参数对整体系统摩擦自激振动的影响规律。采用神经网络结合遗传算法对影响整体系统摩擦自激振动的关键参数进行多参数拟合,并求得车辆/轨道结构关键参数的优化解。结果表明:小半径曲线路段轮轨间的饱和蠕滑力导致半车车体-转向架-轨道系统的摩擦自激振动,从而引起钢轨波磨;车辆结构参数中一系悬挂横向刚度以及轨道结构参数中扣件垂向刚度、扣件横向刚度、扣件垂向阻尼对整个系统的摩擦自激振动具有明显影响。设置一系悬挂横向刚度为5.34 MN/m,扣件垂向刚度为25.45 MN/m,扣件横向刚度为6.9 MN/m,扣件垂向阻尼为6.06 kN·s/m时,能够有效抑制山地地铁小半径曲线轨道上钢轨波磨的产生。

关键词：钢轨波磨复特征值分析拟合寻优神经网络遗传算法

基于图像处理技术的车载钢轨波磨自动识别与预警系统

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城市轨道交通研究 2024年第1期27卷 66-72页

作者：崔霆锐李宇杰刘畅霍苗苗北京交通大学电气工程学院北京100044 北京市地铁运营有限公司北京100079

[目的]目前地铁轨道日常巡检采用的人工检测和轨道检查车方式存在效率低、成本高等问题,已无法满足日益发展的轨道交通安全运营需求。对此,需要基于图像处理识别技术,研究车载钢轨波磨自动识别与预警系统。[方法]阐明了钢轨波磨自动识... 详细信息

[目的]目前地铁轨道日常巡检采用的人工检测和轨道检查车方式存在效率低、成本高等问题,已无法满足日益发展的轨道交通安全运营需求。对此,需要基于图像处理识别技术,研究车载钢轨波磨自动识别与预警系统。[方法]阐明了钢轨波磨自动识别的总方案,从钢轨表面图像的去噪与光照不均校正问题及钢轨表面图像的定位与分割、钢轨波磨区间的定位、钢轨波磨周期估计等方面,详细阐述了基于图像处理的钢轨波磨自动识别与评估方法。基于系统构成和逻辑架构从软硬件角度分别描述了病害自动识别与预警系统的构建,并介绍了该系统在北京地铁的示范应用情况。[结果及结论]该系统能实现对轨道波磨病害的实时检测、定位、评估及预警。示范应用测试结果表明:该系统的钢轨波磨病害识别准确率达到97%以上;与传统人工巡检和专用轨道检测车相比,检测效率极具优势。

关键词：地铁车辆钢轨波磨图像处理自动识别