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CRH3高速列车多边形磨耗车轮通过钢轨波磨区段的轮轨力研究

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铁道科学与工程学报 2021年第7期18卷 1706-1714页

作者：林凤涛黄琴张海肖乾许自强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

车轮多边形磨耗和钢轨波磨磨耗普遍存在于服役列车和典型线路上,针对这2种磨耗形式下的轮轨力学特性开展研究。建立柔性轮对的CRH3型高速列车刚柔耦合模型,构建车轮多边形与钢轨波磨的数学模型,分析200~350 km/h速度级下,波深、幅值均为... 详细信息

车轮多边形磨耗和钢轨波磨磨耗普遍存在于服役列车和典型线路上,针对这2种磨耗形式下的轮轨力学特性开展研究。建立柔性轮对的CRH3型高速列车刚柔耦合模型,构建车轮多边形与钢轨波磨的数学模型,分析200~350 km/h速度级下,波深、幅值均为0.01~0.04 mm,20~24阶车轮多边形磨耗与120~150 mm波长的钢轨波磨磨耗下对轮轨力的影响。研究结果表明:不同速度级下,车轮多边形阶次为20阶时,轮轨垂向力随着速度的增加而增大;改变车轮多边形的阶数、幅值,轮轨垂向力的大小随着多边形的阶次、幅值增大而增大;在考虑通过钢轨波磨区段的车轮多边形磨耗影响下,轮轨垂向力会出现明显的拍振现象,并且出现2个主频;当多边形阶次增加,轮轨垂向力的大小有所增大,但随着钢轨波磨波长的增加呈减小的趋势;当列车运行速度为300 km/h,车轮多边形幅值达到0.04 mm,车轮多边形阶数大于20阶,需要及时对车轮或钢轨进行镟修打磨工作,建议车轮多边形阶数为22阶、23阶、24阶分别对应钢轨波磨波深限值为0.04,0.03和0.024 mm。

关键词：高速列车车轮多边形钢轨波磨刚柔耦合动力学轮轨垂向力

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摩擦调节剂抑制钢轨波磨的机理研究

振动与冲击 2013年第8期32卷 166-170页

作者：肖祥龙陈光雄莫继良朱旻昊西南交通大学牵引动力实验室摩擦学研究所成都610031

基于轮轨之间的摩擦耦合自激振动引起钢轨波磨的观点,建立了车辆稳态通过小半径曲线时由轮对-钢轨-轨枕组成的轮轨系统有限元弹性振动摩擦自激振动有限元模型,用ABAQUS软件对该模型的运动稳定性进行了分析,重点研究了轮轨摩擦系数和蠕滑... 详细信息

基于轮轨之间的摩擦耦合自激振动引起钢轨波磨的观点,建立了车辆稳态通过小半径曲线时由轮对-钢轨-轨枕组成的轮轨系统有限元弹性振动摩擦自激振动有限元模型,用ABAQUS软件对该模型的运动稳定性进行了分析,重点研究了轮轨摩擦系数和蠕滑力-蠕滑率曲线负斜率对轮轨系统摩擦自激振动的影响。计算结果显示,轮轨摩擦系数对轮轨摩擦自激振动有重要影响,当控制摩擦系数μ≤0.27时可以消除钢轨磨耗型波磨,蠕滑力-蠕滑率曲线负斜率对钢轨波磨有显著影响。

关键词：摩擦蠕滑力自激振动轮轨钢轨波磨

高速铁路钢轨波磨对车辆—轨道动态响应的影响

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中国铁道科学 2015年第4期36卷 27-31页

作者：谷永磊赵国堂金学松王衡禹吴磊北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国铁道科学研究院铁道建筑研究所北京100081 中国铁路总公司北京100844 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 西南交通大学峨眉校区机械工程系四川峨眉614202

在对高速铁路钢轨波磨现场调查、测试的基础上,根据铁道车辆—轨道耦合系统动力学理论,建立高速铁道车辆—板式无砟轨道动力学数值分析模型,采用现场测试得到的高速铁路钢轨波磨数据作为系统激励,研究不同深度的钢轨波磨对高速铁路轮轨... 详细信息

在对高速铁路钢轨波磨现场调查、测试的基础上,根据铁道车辆—轨道耦合系统动力学理论,建立高速铁道车辆—板式无砟轨道动力学数值分析模型,采用现场测试得到的高速铁路钢轨波磨数据作为系统激励,研究不同深度的钢轨波磨对高速铁路轮轨相互作用、车辆运行稳定性的影响。结果表明:不同深度的钢轨波磨虽不会改变轮轨力波动的相位特征,但随着钢轨波磨深度的增加,轮轨垂向作用力、轮重减载率和轮对振动加速度均有明显增加,而构架和车体的振动加速度增加很小,可忽略不计;高速铁路钢轨波磨虽不影响乘坐舒适度,但会加速车辆簧下部件的伤损和破坏。

关键词：钢轨波磨轮轨关系运行稳定性动力学模型高速铁路

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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钢轨波磨对无砟道床动态响应的影响

铁道建筑 2022年第6期62卷 1-6页

作者：赵国堂陈帅王衡禹赵磊中国国家铁路集团有限公司北京100844 西南交通大学土木工程学院成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中国铁道科学研究院集团有限公司北京100081

为掌握无砟道床在钢轨波磨影响及损伤条件下的动态响应,建立了高速铁路钢轨波磨对轨道板和CA砂浆动态响应的影响评价模型。利用车辆-轨道垂向耦合动力学获取高速列车通过钢轨波磨区段时的扣件力,并将其作为可考虑层间离缝的无砟轨道有... 详细信息

为掌握无砟道床在钢轨波磨影响及损伤条件下的动态响应,建立了高速铁路钢轨波磨对轨道板和CA砂浆动态响应的影响评价模型。利用车辆-轨道垂向耦合动力学获取高速列车通过钢轨波磨区段时的扣件力,并将其作为可考虑层间离缝的无砟轨道有限元模型的初始激励,计算了高速列车通过波磨波长60~160 mm、谷深5~100μm钢轨时轨道结构的振动响应。结果表明,钢轨波磨导致扣件、轨道板和CA砂浆的动态响应出现高频波动,其频率与波磨通过频率一致;钢轨波磨波长主要影响轨道系统的激励频率;随着钢轨波磨谷深的增大,无砟道床动态响应先缓慢增大,超过40μm后迅速增大,计算结果分析得到的波长与谷深影响规律与最新的钢轨打磨标准一致;层间存在离缝时无砟道床动态响应受波磨的影响更显著,使轨道板离缝进一步扩展,且易导致CA砂浆层碎裂伤损等病害。

关键词：高速铁路钢轨波磨数值模拟轨道结构动态响应层间离缝

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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年第9期21卷 3595-3607页

作者：汪梦寒顾晓菡王安斌上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海轨道交通振动与噪声控制技术工程研究中心上海201620

为研究国内地铁科隆蛋扣件直线路段钢轨表面出现的短波长波磨现象,用CAT波磨仪测试钢轨波磨静态特征,通过力锤敲击法测试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软件建立轮轨耦合有限元模型,并基于此建立三维... 详细信息

为研究国内地铁科隆蛋扣件直线路段钢轨表面出现的短波长波磨现象,用CAT波磨仪测试钢轨波磨静态特征,通过力锤敲击法测试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软件建立轮轨耦合有限元模型,并基于此建立三维瞬态滚动有限元模型,分析轮轨耦合条件下轨道的模态特性以及轮轨瞬态滚动特性。基于轨道结构振动理论与瞬态滚动理论,分析轮轨耦合系统动态特性与钢轨波磨的相关性。研究结果表明: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30~40 mm,在运营车速为80 km/h的车速下波磨波长的通过频率为555~740 Hz;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570~710 Hz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有关理论基础。

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

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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摩擦学研究所西南交通大学牵引动力国家重点实验室

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

钢弹簧浮置板轨道振动特性与钢轨波磨关系研究

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铁道科学与工程学报 2022年第12期19卷 3636-3644页

作者：唐伟李霞李伟戴佳宇王安斌上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

地铁线路钢轨上出现波磨现象会引发轮轨噪声等问题,曲线线路上更容易产生钢轨波磨。为研究某地铁曲线半径为300 m钢弹簧浮置板轨道线路上钢轨波磨的成因,对现场钢轨波磨进行调查测试,得到钢轨表面的不平顺测试结果并分析钢轨波磨特性;... 详细信息

地铁线路钢轨上出现波磨现象会引发轮轨噪声等问题,曲线线路上更容易产生钢轨波磨。为研究某地铁曲线半径为300 m钢弹簧浮置板轨道线路上钢轨波磨的成因,对现场钢轨波磨进行调查测试,得到钢轨表面的不平顺测试结果并分析钢轨波磨特性;参考该钢弹簧浮置板轨道结构建立有限元模型,基于轨道结构振动理论分析波磨的形成机理。利用该模型分析轨道结构的振动特性与波磨通过频率的内在联系,通过模态分析,得出该轨道结构与波磨通过频率相对应的固有频率和振型,通过对该轨道结构进行简谐激励和白噪声激励,得到钢轨和轨道板在不同频率下的响应,分析轨道振动频率与钢轨波磨之间的联系,得出钢轨可能产生波磨的原因。研究结果表明:该区段车辆行驶速度大约为40 km/h,此波磨的主波长为160~200 mm,其通过频率为55~69 Hz;次波长为100 mm和40 mm,其通过频率为111 Hz和278 Hz;通过对模型施加不同的激励,在62,111,280~310 Hz处会产生共振,这些共振频率分别与钢轨波磨通过频率相对应。当车辆通过该波磨区段时,该轨道结构容易发生垂向弯曲振动,车辆簧下质量与轨道结构在62 Hz处产生的P2共振是160~200 mm波长波磨形成的重要原因,钢轨同轨道板一起作垂向弯曲振动引发了100 mm波长波磨,钢轨相对轨道板的垂向弯曲振动是40 mm波长波磨形成的原因。

关键词：钢弹簧浮置板轨道钢轨波磨振动簧下质量 P2共振

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钢轨波磨测量及评价标准的制定

都市快轨交通 2013年第6期26卷 27-32页

作者：张厚贵刘维宁王菁孙京健北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055 北京市轨道交通建设管理有限公司北京100037

钢轨波磨的产生机理复杂、治理困难,是引起列车运行时产生啸叫、轮轨在固有频率范围内产生接触共振的主要原因,带来轨道及车辆部件过快伤损,环境振动与噪声超标等问题。而针对钢轨波磨的准确测量及评价,是研究钢轨波磨问题的基础,也是... 详细信息

钢轨波磨的产生机理复杂、治理困难,是引起列车运行时产生啸叫、轮轨在固有频率范围内产生接触共振的主要原因,带来轨道及车辆部件过快伤损,环境振动与噪声超标等问题。而针对钢轨波磨的准确测量及评价,是研究钢轨波磨问题的基础,也是制定合理的钢轨波磨维修养护策略的重要前提。通过对国际上有关钢轨波磨的测量及评价标准进行论述,对标准中的各种规定及指标进行比较分析,为制定适用于我国城市轨道交通的钢轨波磨及评价指标提供参考。

关键词：城市轨道交通钢轨波磨测量评价标准