轮对-曲线轨道非线性接触系统垂向振动分析

轨道超高是高速列车曲线行驶的主要参数之一,直接影响到车辆的安全性和轨道的耐久性。为研究轮轨垂向振动状态下曲线轨道超高的影响规律,基于动力学理论建立轮轨三维实体非线性接触的有限元模型,采用瞬态动力学分析方法,在曲线轨道高低不平顺激励下研究曲线轨道超高对轮对-曲线轨道非线性接触系统的动力影响。研究结果:低速在较大超高的轨道上行驶会增大车体横向振动,不同超高的舒适速度为190 km/h;车体垂向振动随着速度的增大受超高的影响逐渐减小;倾覆系数随着速度的增大呈非线性增大,内外侧轮轨脱轨系数差异在低速较大超高轨道中最大,且随着超高的增大差异逐渐减小;速度超过160 km/h时,轨距动态扩大量会迅速增大,超高会增加轨距动态扩大量,建议采取拉杆等措施予以加固;钢轨、轨枕及道床垂向振动随着车速增大而增大,超高影响较小,可忽略;超高引起内外侧轮轨接触应力完全不一致,法向接触应力以内侧轮轨较大,切向接触应力以外侧轮轨较大;速度超过160 km/h时,轮轨接触斑动态总滑动量会迅速增大,轨道超高会引起内侧轮轨接触斑动态滑动量大于外侧,其差值随着超高的增大而增大。     

基于低动力作用的高速铁路客货共运的货车选型研究

针对某高速铁路宽轨距和客货共运的货车选型问题,基于车辆-轨道耦合动力学理论,运用TTISIM仿真软件,计算分析了不同工况下高速动车、三大件式转向架货车和构架式转向架货车与轨道的动态响应,并重点对比了2种货车作用下的轮轨力和钢轨振动位移,为货车选型提供了理论依据。研究结果表明:三大件式货车作用下的轮轨安全性指标明显高于构架式转向架货车,且轮轨垂向力存在超标情况;与三大件式转向架货车相比,构架式转向架货车对轨道的动力作用明显减小,更符合客货共运线路的要求。     

套靴刚度和阻尼对高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动的影响

采用轨段单元模拟弹性支承块式无砟轨道结构。钢轨模拟为弹性点支承Euler梁；钢轨下面的支承块视为刚体；道床板视为弹性薄板，并且采用横向有限条与板段单元法对其进行位移插值；钢轨扣件和支承块下胶垫和套靴模拟为线性弹簧和阻尼器；道床板与混凝土底座下的路基模拟为连续分布面弹簧和阻尼器。基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的“对号入座”法则，建立了高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动矩阵方程，得到了系统振动响应，进一步分析了套靴刚度和阻尼对此系统竖向振动响应的影响规律。     

断簧对浮置板轨道结构振动特性的影响分析

为研究钢弹簧隔振器断裂对浮置板轨道结构振动特性的影响,通过有限元软件建立车辆-轨道耦合模型,利用有限元模拟方法,研究分析了钢弹簧断裂对轨道结构振动特性的影响规律。研究结果表明,不同数量和不同位置的钢弹簧失效对车体和浮置板振动加速度的影响较小且各种工况下的各个加速度指标皆满足规范要求。钢弹簧失效数量越多,浮置板垂向位移、钢轨垂向位移和钢弹簧支点力就越大。钢弹簧失效数量相等情况下,随着钢弹簧失效位置沿线路纵向距离的增加,浮置板垂向位移幅值就越小。板端钢弹簧失效时钢轨垂向位移比板中钢弹簧失效时的大,而板端钢弹簧失效时的钢弹簧支点力比板中钢弹簧失效时的小。     

修复材料性能对框架板式无砟轨道板角离缝的影响研究

分析了框架板式无砟轨道板角离缝原因，建立了含维修材料的框架板式无砟轨道有限元模型，研究了维修材料弹性模量对无砟轨道受力和变形的影响规律，提出了板角离缝维修材料建议。研究结果表明，施工因素、服役环境和长期列车荷载作用是导致单元框架板式无砟轨道发生板角离缝的主要原因；钢轨和轨道板的垂向位移、CA砂浆层压应力随板角离缝面积的增大而增大，轨道板的拉应力则先增大后减小；正温度梯度作用下轨道板的拉应力随维修材料弹性模量的增大而增大，轨道结构位移则随维修材料弹性模量的增大而减小；当维修材料弹性模量从50 MPa增加至1 000 MPa时，列车荷载作用下维修材料的压应力增大了3.25倍；从维修材料受力角度考虑，建议框架板式无砟轨道板角离缝维修材料采用树脂材料，且弹性模量宜为100～300 MPa。     

路基沉降对低地板有轨电车动力学性能的影响

路基沉降会导致轨道变形,进而改变轨面的几何平顺性,并最终影响车辆动力学性能。基于车辆-轨道耦合动力学理论,详细考虑各车辆之间的耦合作用,建立了考虑路基沉降的低地板有轨电车-轨道垂向耦合动力学模型,研究了路基沉降对低地板有轨电车动力学性能的影响。研究结果表明:路基沉降会明显增大低地板有轨电车系统的振动;车体垂向振动加速度、钢轨位移、轮轨垂向力受沉降波深和波长的影响,增大沉降幅值或减小波长均会加剧车辆系统的动力学响应。     

轨撑对轨道力学行为的影响

当列车通过小半径曲线地段时,钢轨产生较大的横向位移和扭转,严重影响行车安全,现场多采用轨撑对轨道结构进行加强,而轨撑对轨道结构的力学行为影响规律尚不清晰。建立精细化的有轨撑扣件系统有限元模型,对不同荷载垂横比下轨头横移量、轨底平移量、钢轨扭转量以及轨下垫板应力进行分析。结果表明,增设轨撑后轨头横移量、钢轨扭转量、钢轨轨底平移量明显减小;当荷载垂横比低于0.2时,轨撑对减小钢轨扭转量和钢轨轨底平移量作用不明显;当荷载垂横比超过0.2时,轨撑可减小0.8～2.1 mm的钢轨轨头横移,并降低0.5～1.35 mm的钢轨扭转量,轨撑的存在减小了垫板应力峰值,但垫板的应力仍呈非均匀分布。     

交通荷载诱发振动传播规律和减振控制

为探究钢轨弹性包覆材料对减小轻轨电车诱发地面环境振动的效果,在采用适合的列车移动荷载模拟方法和合理设置模型参数后,运用ANSYS有限元分析软件建立不同工况下的轨道-地基土结构三维模型,分析在模拟环境下轻轨电车以30 km/h运行产生的环境振动,进行时域分析、竖向振级分析和1/3倍频程分析,并与实测数据进行对比。结果表明:关于列车移动荷载模拟方法,实测分析法获得的模拟数据更贴近实测值;在距轨道中心线8 m内双块式钢轨包覆材料的减振效果最好,当距离超过8 m后不同钢轨包覆材料的减振效果不明显;钢轨弹性包覆材料对于抑制低频环境振动有较好的效果,对于抑制高频振动效果较差,截面形状对于材料的减振性能有较大影响。     

高频振动下轮轨噪声的特性分析

为了探究高频振动下无砟轨道的轮轨噪声，进行轮轨耦合动力学分析，利用结构导纳结果与轨道不平顺求解频域下竖向轮轨力，将此力作为外部激励求解车轮与轨道有限元模型的振动响应，然后将此振动响应作为声学边界条件并利用边界元法得到轮轨的结构噪声辐射。研究表明，轮轨噪声主要集中在100～4 000 Hz,在2 500 Hz以下时，钢轨对总噪声的贡献量最大，在2 500～4 000 Hz时，车轮的贡献量最大，且列车行驶速度增大，轮轨的最大声压级也逐渐增大；在低频和高频时钢轨质量对轮轨噪声有影响；扣件垂向阻尼越大，轮轨的最大声压级越小。     

基于相机垂直拍摄的机车轮轨相对横移检测系统

为了检测机车动力学性能参数及监测机车运行状态,当前通常采用了基于传感器的 接触式测量方法,因而存在动态测量困难、零漂大和抗干扰能力差等缺点。轮轨接触点位置变 化能直观的反映出机车运行状态,所以设计了一套基于相机垂直拍摄的机车轮轨相对横移检测 系统。该系统将相机垂直安装在转向架上,利用相机相对于转向架保持相对静止的特点,通过 轨道在图像中的坐标变化来测量轮轨的相对横向位移,并分别在无砟和有砟轨道两种不同条件 下实现了机车轮轨相对横移检测、数据显示和存储。实验结果表明,该系统不仅能显示轮轨相 对横向位移,而且对检测环境有较强的适应性,这对进一步探索和评价机车运行安全性机理有 重要意义。     

层间离缝下车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合系统动力特性研究

随着CRTSⅡ型板式无砟轨道结构服役时间的延长,层间离缝发生发展对轨道结构和行车安全的影响成为迫切需要解决的问题之一。为厘清不同程度的层间离缝对车辆-无砟轨道系统动力特性的影响程度,建立了考虑层间离缝的车辆-CRTSⅡ型轨道板的耦合动力学模型,用ABAQUS和Simpack联合仿真,研究了不同尺寸的单一离缝以及多离缝不同位置组合对车辆及轨道结构动力响应的影响。结果表明,单一离缝横向深度和纵向长度分别在522 mm、1.275 m及以上时,离缝发展明显加快;多离缝的不同位置组合中板端与板边组合为最不利情况。研究结论为高速铁路轨道结构运维提供参考价值。     

路基上双块式无砟轨道结构的参数影响分析

针对路基上双块式无砟轨道的结构形式,建立钢轨-扣件-轨下垫板-双块式轨枕-道床板-混凝土底座-弹性基础的有限元分析模型,应用大型国际通用有限元分析软件ABAQUS,对比分析不同的扣件刚度、不同的支承层厚度以及支承层弹性模量的变化对于路基上双块式无砟轨道结构的影响,为我国无砟轨道的结构设计和工程实践提供依据.     

CRTSⅡ型板式无砟轨道抬轨更换轨道板施工参数研究

在CRTSⅡ型板式无砟轨道进行抬轨更换轨道板施工过程中，需选择合理的作业轨温、抬升方式、扣件松开范围等施工参数，以避免施工中钢轨失稳和弯折及扣件损伤。针对该问题，建立钢轨抬升模型，计算分析钢轨抬升过程中不同施工参数对钢轨失稳、钢轨及钢轨扣件受力与变形的影响，总结相关规律并提出合理的施工参数。结果表明，钢轨抬升施工时，抬升间距建议为7.2 m;温差超过20℃可适当增大两抬升点间距。钢轨的抬升量为10 cm时，扣件的松开范围宜为51组扣件，抬轨量每增加1 cm,扣件松开范围宜增加1组扣件；当温差超过20℃时，可适当按照温差每增加1℃,扣件松开数量减少2组扣件进行施工。     

基于仿真的铁路车轮不圆度安全限值研究

为了研究高速列车车轮踏面不圆度的安全限值,基于车辆轨道垂横向耦合动力学理论,采用车辆动力学仿真分析软件ADAMS/Rail,建立了考虑车轮非圆化状态下的整车车辆/轨道空间耦合动力学模型。分析计算高速运行状态下常见车轮踏面不圆顺问题所导致的车辆轨道系统轮轨冲击振动特征,及其随列车运行速度的变化规律,给出了车速200～350 km/h 时轮轨作用力响应峰值与车轮不圆度之间的关系,确定了高速行车条件下车轮不圆度的临界范围。该研究可为基于轮轨作用力监测的车轮不圆顺状态识别提供理论指导。     

上,下行两桥连接抑制桥梁横向振动理论研究

通过数值计算,从理论上对上、下行两桥连接抑制桥梁横向振动的效果进行了深入的研究。结果表明,两桥连接之后桥梁横向振幅将明显减小（减振率接近５０％）。此项研究,在列车提速过程中,为抑制类似桥梁的横向振动提出了一种简便而有效的方法。     

带锯条掉齿前后横向振动位移及主频率变化规律

以MJ345A型木工带锯机为研究对象,在空载下利用振动分析仪和振动信号采集、处理、分析软件对带锯条的横向振动进行测试及信号采集,通过锯条横向振动位移、自功率谱分析,找出不同条件下锯条振动位移和主振型频率的变化规律.通过正交试验分析可知：锯轮主轴转速是对锯条横向振动位移影响最为显著的因素,其次为锯条张紧力,皮带张紧力为不明显因素.对带锯条掉齿前后的分析表明：如果测定带锯条横向振动位移范围在0.56~0.68μm,振动主频率范围在450~465 Hz,则说明锯条已经产生至少2个掉齿,为保证带锯机锯切安全及锯切质量需要及时更换新的带锯条;明确了带锯条掉齿前后横向振动位移、频率的变化规律.研究结果可为实际生产中充分合理利用带锯条,防止加工质量严重下降和危害人身安全事故的发生,适时更换锯条提供前期试验基础和判断的初步依据.     

郑西客运专线无砟轨道铺设施工测量技术

随着我国铁路客运专线和高速铁路的发展,无砟轨道铺设施工技术得到应用。高速铁路对无砟轨道铺设施工提出了严格的限制,要求无砟轨道具有可靠的稳定性和高精度平顺性。就无砟轨道铺设施工测量技术,利用三维绝对位置坐标有效控制平顺度进行论述,为保证无砟轨道的安全施工提供参考和借鉴。     

一种架空轨道穿梭车的参数优化与仿真分析

研究了一种架空轨道穿梭车,可用于多种工业场合的物料运输。为了提高穿梭车的工作效率,减小轨道垂向不平顺引起的车身垂向振动,基于H2优化确定了悬架的最优参数,使车身垂向振动的能量最小。为验证悬架参数的合理性,分别对1/4车模型和整车模型进行仿真。对1/4车模型进行数值仿真,仿真结果验证了参数的合理性。基于Simpack建立了整车的多体动力学模型,利用根轨迹法计算了整车模型在美国六级轨道谱下失稳的临界速度,仿真结果满足设计要求,再次验证了参数的合理性。     

轮毂电机驱动汽车半主动悬架自适应最优控制

针对轮毂电机驱动汽车非簧载质量增加和轮毂电机不平衡电磁力带来的振动负效应,提出了一种自适应线性二次型调节器(LQR)半主动悬架控制策略,以提升轮毂电机驱动汽车的性能。考虑路面随机激励与轮毂电机不平衡电磁力的耦合作用,建立了轮毂电机驱动汽车系统的垂向、纵向与扭转振动的动力学模型。以垂向振动性能最优为目标,提出了LQR最优控制策略,将自适应遗传算法应用于确定LQR最优控制权重矩阵,以获取控制器的最优反馈悬架控制力。仿真结果表明:带有自适应LQR控制器的系统能有效提高系统的垂向与纵向性能,对簧载质量垂向与纵向振动加速度均方根值、悬架动行程均方根值、轮毂电机偏心距均方根值、轮胎动载荷均方根值和纵向驱动力波动的改善效果明显,有效提高了车辆的行驶平顺性与乘坐舒适性。     

车轨路地耦合系统CA砂浆层劣化垂向动力传递特性的研究

车辆滚动循环载荷作用下CA砂浆层常发生劣化以致失效,为真实反映CA砂浆层在整体系统中的作用特性,建立车辆-轨道-路基-地基耦合系统,分析当CA砂浆层发生不同程度劣化时轨道子系统各层的垂向动力响应变化情况。仿真与信号分析结果表明,CA砂浆层服役性能的优劣影响轨道子系统的载荷传递性能,且劣化长度过长时会改变轨道板-CA砂浆层耦合层的模态特性,导致其各阶次固有频率前移更易发生共振,砂浆层约束能力的减弱叠加共振影响致使轨道板垂向位移在动态荷载作用下超过《高速铁路工程动态验收技术规范》对轨道结构动力性能评判标准的规定限值,轨道服役性能下降。