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风载对高速列车蛇行运动稳定性影响

中国铁道科学 2023年第4期44卷 177-186页

作者：孙丽霞王友彪胡晓依李红梅成棣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高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心轮轨关系实验室

采用空气动力学和车辆动力学2种分析方法,建立考虑横风作用的高速列车空气动力学模型,分析不同风速及车速条件下列车所受的气动载荷特性变化规律;建立车辆-轨道耦合动力学模型,对高速列车在不同风速横风和轨道不平顺组合作用下头车、尾... 详细信息

采用空气动力学和车辆动力学2种分析方法,建立考虑横风作用的高速列车空气动力学模型,分析不同风速及车速条件下列车所受的气动载荷特性变化规律;建立车辆-轨道耦合动力学模型,对高速列车在不同风速横风和轨道不平顺组合作用下头车、尾车和中间车的蛇行失稳临界速度、蛇行振动极限环幅值、蛇行振动频率、蛇行失稳特征等进行对比分析。结果表明:高速列车通过横风区段时产生的气动载荷对其蛇行失稳临界速度有明显影响,头车的蛇行临界速度较无风时明显下降,尾车及中间车的降幅次之;无风与风载工况下车辆的蛇行失稳形式存在本质区别,无风工况下车辆易发生二次蛇行,风载作用下车辆易发生一次蛇行;风载作用下,车辆发生蛇行失稳的最不利工况为较大的等效气动横向力和较大的气动升力共同作用的组合工况;风载和轨道不平顺的持续时间对车辆蛇行运动极限环振动幅值会产生影响,因此在评估高速列车在大风工况下的运行安全性时,有必要考虑实际的风载和轨道不平顺激励的大小和持续时间。

关键词：风载高速列车蛇行运动稳定性蛇行失稳气动力轨道不平顺

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(一)--水介质条件下黏着特性

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中国铁道科学 2022年第5期43卷 96-103页

作者：常崇义陈波蔡园武王俊彪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 高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心轮轨关系实验室北京100081

300~400 km·h^(-1)速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速... 详细信息

300~400 km·h^(-1)速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法,探究100~400 km·h^(-1)速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平(Ra为0.4~0.6µm)且有水介质条件下纵向蠕滑率为0~30%时的制动黏着特性。结果表明:在纵向蠕滑率从0.5%增至5%~8%过程中,黏着力系数出现了减小的现象,此阶段不利于黏着的利用;纵向蠕滑率增至一定数值后(一般为5%~8%),若继续增加,则出现黏着力系数再上升的现象;试验速度为200 km·h^(-1)时,当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰,在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”;试验速度在300~400 km·h^(-1)范围内,当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰,此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍;加载和卸载过程中的黏着力系数再上升阶段都属于稳定阶段,有利于提高轮轨黏着的利用。

关键词：高速制动大蠕滑黏着特性曲线黏着再上升黏着系数黏着利用水介质

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风载作用下高速列车曲线通过性能研究

中国铁道科学 2024年第2期45卷 146-154页

作者：白鑫孙丽霞王友彪周春阳池长欣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 高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心轮轨关系实验室北京100081

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线... 详细信息

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线路激励情况,建立瞬态风载模型、横风作用下高速列车空气动力学模型及车辆动力学模型;对高速列车在不同车速和风速作用下的气动载荷变化规律进行分析,并对其以不同速度通过不同欠超高曲线线路时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等车辆关键动力学参数的变化规律进行分析,研究风载和曲线欠超高对高速列车脱轨和倾覆的影响。结果表明:风速变化引起的侧向力系数变化幅度大于车速;在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,除轮重减载率安全裕量明显降低外,轮轴横向力的安全裕量也降低,且车辆关键悬挂部件工作状态恶化,其中二系横向止档的位移迅速增大且工作状态接近压并,左右两侧空气弹簧压力差也迅速增大,车辆动力学性能的安全裕量明显下降。

关键词：高速列车风载曲线通过性能曲线欠超高侧向力系数脱轨系数轮重减载率轮轴横向力

基于改进FMEA的高铁CTC系统自律机风险评价

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：孙延浩张涛袁志明丁舒忻杨生良中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心高速铁路行车调度实验室中国铁道科学研究院研究生部

为解决高速铁路调度集中（CTC）系统自律机在故障模式及影响分析（FMEA）中存在的模糊性、不确定性以及权重忽视等诸多问题。以传统FMEA基本原理为指导，提出一种基于区间二元语义的加权逼近理想解排序（TOPSIS）风险评价模型。该模型... 详细信息

为解决高速铁路调度集中（CTC）系统自律机在故障模式及影响分析（FMEA）中存在的模糊性、不确定性以及权重忽视等诸多问题。以传统FMEA基本原理为指导，提出一种基于区间二元语义的加权逼近理想解排序（TOPSIS）风险评价模型。该模型首先利用区间二元语义来对故障的发生的概率、危害程度和检测的难易度3种风险属性进行评价。然后分别计算风险属性的主观和客观权重，再结合博弈论思想对风险属性的主观和客观权重进行博弈组合得到组合权重。接着根据群决策一致性的特点对FMEA专家团队的权重进行动态的自适应调整。在此基础上，利用属性权重和专家团队权重对评价信息进行加权集结，然后对加权集结信息进行比较遴选得到正、负理想解，最后根据不同故障模式和正、负理想解间的相似度，来获取故障模式的相对贴进度，再通过相对贴进度的大小对自律机的故障模式进行风险排序。研究结果表明：对于高速铁路CTC系统自律机而言，风险程度最高的3种故障模式分别为双机同步数据故障、主备倒机切换故障、通信通道故障，排序结果与工程实际具有较好的一致性。通过与其他模型方法的对比分析，进一步验证了改进模型的有效性和可行性。研究结果可以为进一步优化高速铁路CTC系统自律机的可靠性设计提供参考。

关键词：自律机故障模式及影响分析区间二元语义权重逼近理想解排序

横向地震作用下高速铁路CRTSⅢ型无砟轨道-桥梁系统震致轨道不平顺研究

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铁道科学与工程学报 2023年第8期20卷 2773-2784页

作者：周旺保彭东航蒋丽忠刘丽丽余建中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

为探究高速铁路轨道−桥梁系统震后轨道不平顺的产生机理,以桥面铺设CRTSⅢ型无砟轨道结构的高速铁路轨道−桥梁系统为对象,考虑钢轨、扣件、轨道板、自密实混凝土层、隔离层土工布、弹性橡胶垫、底座板等轨道结构部件,建立非线性动力仿... 详细信息

为探究高速铁路轨道−桥梁系统震后轨道不平顺的产生机理,以桥面铺设CRTSⅢ型无砟轨道结构的高速铁路轨道−桥梁系统为对象,考虑钢轨、扣件、轨道板、自密实混凝土层、隔离层土工布、弹性橡胶垫、底座板等轨道结构部件,建立非线性动力仿真模型,分析轨道−桥梁系统在不同地震动强度下各关键构件的损伤规律及震致轨道残余位移分布规律,建立映射轨道不平顺计算模型,并将其与震致轨道不平顺有限元计算结果进行对比。研究结果表明:地震将引起显著的轨道不平顺,恶化钢轨的平顺程度,在设计地震和罕遇地震作用下,钢轨在梁缝处有明显折角,行车安全设计时应重点关注梁缝处的钢轨变形。钢轨的应力峰值出现在梁缝处,其应力大于钢轨的容许屈服应力。单元板式轨道结构的扣件极易在梁缝位置损坏,远离梁缝的扣件均处于健康状态。自密实混凝土与底座板不会相对滑动,二者的层间残余位移极小。在设计地震和罕遇地震下,固定支座以及滑动支座均产生显著的残余位移,而桥墩残余位移较小。隔离层以及桥墩的残余位移对于震致轨面几何形态变位的贡献可以忽略不计,震致轨道不平顺主要由扣件以及支座的残余变形引起。

关键词：高速铁路桥梁 CRTSⅢ型轨道系统残余位移轨道不平顺损伤规律映射关系

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基于轮轨黏着大滑移机理的防滑黏着利用控制策略研究

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铁道学报 2024年第5期46卷 30-37页

作者：张波周军蔡田常崇义齐政亮动车组和机车牵引与控制国家重点实验室北京100081 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 北京纵横机电科技有限公司北京100094 高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心轮轨关系实验室北京100081

随着列车运行速度的提高,轮轨界面湿滑条件下存在制动黏着利用需求与黏着系数下降的矛盾,因此急需突破制动防滑及黏着利用关键技术瓶颈。在深入分析高速制动黏着-滑移特性规律以及黏着再上升影响因素的基础上,提出一种基于分层滑动速度... 详细信息

随着列车运行速度的提高,轮轨界面湿滑条件下存在制动黏着利用需求与黏着系数下降的矛盾,因此急需突破制动防滑及黏着利用关键技术瓶颈。在深入分析高速制动黏着-滑移特性规律以及黏着再上升影响因素的基础上,提出一种基于分层滑动速度判据的黏着大滑移机理的防滑黏着利用控制策略。该策略通过维持一定的滑动速度获得滑动能量进而改善轮轨黏着系数,并根据测量的轮轨接触点切向力和防滑阀下游的制动缸压力实时计算滑行过程的轮轨可用黏着系数判断轮轨黏着改善程度。在此基础上,进行基于1∶1高速轮轨关系试验台的不同黏着条件下的高速防滑模拟试验,结果表明:该控制策略可自适应地追踪不同轮轨黏着条件下(水、防冻液)的可用黏着,提高了防滑控制系统对铁路复杂运用环境和轮轨黏着特性的适应性。

关键词：黏着利用大滑移分层滑动速度滑动能量可用黏着系数

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扁平箱梁阻力波动现象及其潜在机理

工程力学 2023年

作者：闫渤李欢李玲瑶梁铭实何旭辉中南大学土木工程学院高速铁路建造技术国家工程研究中心

扁平箱梁逐渐在高速铁路中得到广泛应用，桥上高速行车对大跨度桥梁抗风性能要求更高，扁平箱梁气动特性精细化研究十分必要。以国内某大跨度高铁桥梁为工程背景，在风攻角α=[-12°，12°]范围内系统研究了风嘴角度θ对宽高比B/D=7的... 详细信息

扁平箱梁逐渐在高速铁路中得到广泛应用，桥上高速行车对大跨度桥梁抗风性能要求更高，扁平箱梁气动特性精细化研究十分必要。以国内某大跨度高铁桥梁为工程背景，在风攻角α=[-12°，12°]范围内系统研究了风嘴角度θ对宽高比B/D=7的扁平箱梁气动特性的影响。试验结果表明：当θ=30°、45°、52.5°(工程实际)和60°时，扁平箱梁出现了阻力波动现象，即随α增加，扁平箱梁平均阻力系数■出现了不增反减的现象，其中θ=60°时阻力波动现象最为显著，且波动的临界风攻角αcr≈5°；当θ增大到75°时，阻力波动现象消失；此外，扁平箱梁断面上下非对称性对阻力波动现象影响较弱。流场可视化和大涡模拟结果共同表明：扁平箱梁阻力波动现象的潜在流动机理为风嘴斜腹板上分离泡随α的演化规律，即当α增大时，来流驻点沿前缘风嘴下斜腹板方向移动，并在上斜腹板前端产生分离泡，导致该区域出现较大的负压区，从而产生阻力波动现象。

关键词：扁平箱梁气动特性风洞试验阻力波动流动机理

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(三)——水介质条件下制动黏着系数

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中国铁道科学 2024年第6期45卷 168-174页

作者：常崇义陈波李兰李果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 高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心轮轨关系实验室北京100081

虽然对200~400 km·h^(-1)速度范围内轮轨黏着再上升特性已有一定认识,但对不同速度和黏着阶段轮轨黏着力系数极大值(黏着系数)的分布规律仍不明确,认识的不足制约了400 km·h^(-1)速度等级列车制动黏着效率的提升。通过进行1∶1高速轮... 详细信息

虽然对200~400 km·h^(-1)速度范围内轮轨黏着再上升特性已有一定认识,但对不同速度和黏着阶段轮轨黏着力系数极大值(黏着系数)的分布规律仍不明确,认识的不足制约了400 km·h^(-1)速度等级列车制动黏着效率的提升。通过进行1∶1高速轮轨关系试验台系统试验,研究50~440 km·h^(-1)速度范围内轮轨间水介质条件下轮轨制动大蠕滑黏着系数的分布。结果表明:在制动大蠕滑率加载过程中,出现的第1个峰值点(A点)的制动黏着系数与牵引黏着系数之间存在一致性,出现的第2个峰值点(B点)的制动黏着系数约为A点的2~3倍,并随速度的增加呈近似线性减小的趋势;在制动大蠕滑率卸载过程中,出现的第3个峰值点(C点)的制动黏着系数显著高于B点,高出约1倍,并在300~440 km·h^(-1)速度范围内随速度的增加而减小,C点处优异的制动黏着性能对提高列车的制动性能和稳定性起到了关键作用;轮轨低粗糙度接触表面在水介质条件下,制动黏着系数较中等粗糙度时低,且在大蠕滑率卸载过程中较难出现“卸载峰”(C点),将会显著影响列车的制动效率和安全性能。

关键词：黏着再上升加卸载控制蠕滑率保持表面粗糙度黏着力系数

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大功率制动盘紧固连接设计及拧紧技术研究

铁道机车车辆 2022年第1期42卷 39-45页

作者：曹建行北京纵横机电科技有限公司北京100094 中国铁道科学研究院集团有限公司高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心北京100081

为了提升高速列车制动盘螺栓预紧力的准确性和一致性,研究了高速动车组轮装制动盘的紧固原理,以VDI2230高强度螺栓连接理论为基础,建立了适用于轮装制动盘的紧固连接计算模型,明确了紧固螺栓的目标预紧力;通过扭拉试验,研究了紧固件的... 详细信息

为了提升高速列车制动盘螺栓预紧力的准确性和一致性,研究了高速动车组轮装制动盘的紧固原理,以VDI2230高强度螺栓连接理论为基础,建立了适用于轮装制动盘的紧固连接计算模型,明确了紧固螺栓的目标预紧力;通过扭拉试验,研究了紧固件的扭拉特性和初步的扭矩—转角工艺参数,提出了以试验为基础的工艺参数修正方法;通过工厂组装试验,确定了最终的扭矩—转角法工艺参数及监控扭矩,验证了工艺参数的适用性。该研究成果,形成了以紧固连接计算结果为依据,以扭拉试验结果为基础的螺纹紧固件扭矩—转角法组装工艺开发流程,对实际工程应用具有一定的指导意义。

关键词：高速动车组大功率制动盘紧固连接扭矩—转角法