• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

轨底坡变化对高速车辆运行行为的影响

杜星 陶功权 杨城 温泽峰 金学松 吴军

杜星, 陶功权, 杨城, 温泽峰, 金学松, 吴军. 轨底坡变化对高速车辆运行行为的影响[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(2): 286-294. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210068
引用本文: 杜星, 陶功权, 杨城, 温泽峰, 金学松, 吴军. 轨底坡变化对高速车辆运行行为的影响[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(2): 286-294. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210068
DU Xing, TAO Gongquan, YANG Cheng, WEN Zefeng, JIN Xuesong, WU Jun. Influence of Different Rail Cants on Dynamical Characteristics of High-Speed Railway Vehicles[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(2): 286-294. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210068
Citation: DU Xing, TAO Gongquan, YANG Cheng, WEN Zefeng, JIN Xuesong, WU Jun. Influence of Different Rail Cants on Dynamical Characteristics of High-Speed Railway Vehicles[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(2): 286-294. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210068

轨底坡变化对高速车辆运行行为的影响

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210068
基金项目: 国家自然科学基金(U1934203); 国家市场监管局科技计划(2019MK140);四川省科技计划(2020YFQ0024)
详细信息
    作者简介:

    杜星(1984—), 男, 博士研究生, 研究方向为轮轨接触关系、钢轨打磨技术, E-mail:duxing@swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    温泽峰(1976—), 男, 研究员, 博士, 博士生导师, 研究方向为轮轨关系、振动噪声分析与控制等, E-mail: zfwen@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U211.5

Influence of Different Rail Cants on Dynamical Characteristics of High-Speed Railway Vehicles

  • 摘要:

    现有轨道精调和养护维修过程中往往只针对轨道的高低、方向、水平、扭曲等相关因素进行调整,对轨底坡的相关规定较少. 对现有客运专线同一轨道的一段区间进行轨底坡现场测量,发现轨底坡变化较大. 通过建立国内某时速250 km动车组车辆模型,考虑LMD车轮型面与标准60 kg/m (CHN60)钢轨匹配,分析了在同一轨道具有标准轨底坡(1∶40)、对称变化轨底坡和非对称变化实测轨底坡条件下的车辆动力学行为. 计算结果表明:轨底坡对称变化和非对称变化对车辆直线运行时的平稳性、舒适性影响很大,较标准轨底坡(1∶40)布置时车辆垂向平稳性指标分别增加了32.96%和34.52%,横向平稳性最大值增加了40.65%;直线段的标准、对称变化与非对称变化轨底坡布置对车轮的磨耗影响逐渐增大;直线段非对称、对称变化轨底坡情况较标准轨底坡最大磨耗指数分别增加136.71%和27.65%,最大表面损伤指数分别增加25.14%和15.86%. 车辆曲线通过对称变化与非对称变化轨底坡布置时,增大车辆横向晃动;曲线段轨底坡变化对车轮磨耗和疲劳指数相对于标准布置情况影响较小,但曲线段轨底坡变化对车轮磨耗和疲劳指数均大于直线段. 最后根据以上结论给出了针对轨底坡的工程化建议.

     

  • 图 1  CHN60与LMD 不同轨底坡下接触点对分布

    Figure 1.  Distribution of contact points on CHN60 and LMD for different rail cants

    图 2  不同轨底坡下等效锥度随轮对横移量的变化

    Figure 2.  Equivalent conicity vs. wheelset’s lateral displacement for different rail cants

    图 3  一系、二系减振器和横向止挡的非线性特性

    Figure 3.  Nonlinear characteristics of primary and secondary suspension damper, and secondary lateral stop

    图 4  不同轨底坡车辆Hopf分岔非线性临界速度

    Figure 4.  Nonlinear critical velocity of Hopf bifurcation of vehicle for different rail cants

    图 5  基于sperling的车辆直线和曲线上垂向平稳性

    Figure 5.  Sperling vertical stability of vehicle on straight and curved sections

    图 6  基于sperling的车辆直线和曲线上横向平稳性

    Figure 6.  Sperling lateral stability of vehicle on straight and curved sections

    图 7  不同轨底坡条件下车辆车体横移量

    Figure 7.  Vehicle lateral displacement for different rail cants

    图 8  不同轨底坡条件下车辆车体横向晃动频率

    Figure 8.  Transverse shaking frequency at car body for different rail cants

    图 9  速度250 km/h条件下直线段不同轨底坡布置的车轮磨耗指数

    Figure 9.  Wheel wear index at 250 km/h on straight section for different rail cants

    图 10  不同速度条件下直线段不同轨底坡布置的车轮磨耗指数

    Figure 10.  Wheel wear index at different velocities on straight section for different rail cants

    图 11  不同速度条件下曲线段不同轨底坡布置的车轮磨耗指数

    Figure 11.  Wheel wear index at different velocities on curved section for different rail cants

    图 12  直线、曲线不同速度等级的车轮疲劳指数

    Figure 12.  Surface fatigue index of wheel at different velocities on straight and curved sections

    表  1  实测线路轨底坡

    Table  1.   Measured cants on tracks

    距离 /m曲/直线段距离 /m曲/直线段
    左轨左轨左轨左轨
    01∶401∶406251∶351∶30
    1501∶401∶406501∶501∶10
    1751∶101∶256751∶201∶50
    2001∶151∶207001∶401∶25
    2251∶251∶407251∶251∶10
    2501∶451∶507501∶451∶50
    2751∶651∶657751∶401∶30
    3001∶1001∶158001∶401∶40
    3251∶401∶308251∶201∶10
    3501∶351∶508501∶501∶35
    3751∶101∶208751∶301∶40
    4001∶401∶409001∶151∶100
    4251∶301∶409251∶651∶65
    4501∶501∶459501∶501∶45
    4751∶101∶259751∶401∶25
    5001∶251∶4010001∶201∶15
    5251∶501∶2010251∶251∶10
    5501∶101∶5010501∶401∶40
    5751∶301∶3511001∶401∶40
    6001∶201∶2012001∶401∶40
    下载: 导出CSV
  • [1] 曾向荣,李文英,高晓新. 城市轨道交通工程钢轨轨底坡取值的探讨[J]. 都市快轨交通,2006,19(6): 57-60. doi: 10.3969/j.issn.1672-6073.2006.06.016

    ZENG Xiangrong, LI Wenying, GAO Xiaoxin. On the rail base inclination in urban rail transit project[J]. Urban Rapid Rail Transit, 2006, 19(6): 57-60. doi: 10.3969/j.issn.1672-6073.2006.06.016
    [2] 中国人民共和国铁道部. 铁路轨道设计规范: TB 10082—2005[S]. 北京: 中国铁道出版社, 2005.
    [3] 陶功权,温泽峰,陆文教,等. 不同轨底坡下地铁车辆轮轨型面匹配的动力学分析[J]. 铁道学报,2016,38(5): 16-22. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2016.05.003

    TAO Gongquan, WEN Zefeng, LU Wenjiao, et al. Dynamic analysis of wheel and rail profile matching relationship for metro vehicle under different rail cant conditions[J]. Journal of the China Railway Society, 2016, 38(5): 16-22. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2016.05.003
    [4] 陶功权,温泽峰,陆文教,等. 不同轨底坡下地铁车辆轮轨型面匹配的静态接触分析[J]. 铁道学报,2015,37(9): 82-89.

    TAO Gongquan, WEN Zefeng, LU Wenjiao, et al. Static contact analysis of matching relationship of metro vehicle wheel and rail profiles under different rail cant conditions[J]. Journal of the China Railway Society, 2015, 37(9): 82-89.
    [5] 陈超. 城市轨道交通曲线几何参数对行车性能的影响及优化[D]. 北京: 北京交通大学, 2015.
    [6] 周宇,王少锋,张杰,等. 轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响[J]. 中国铁道科学,2015,36(1): 25-32. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2015.01.04

    ZHOU Yu, WANG Shaofeng, ZHANG Jie, et al. Effect of rail cant on fatigue crack initiation life of curve rail[J]. China Railway Science, 2015, 36(1): 25-32. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2015.01.04
    [7] 都敏,张军,王春艳,等. 城市轨道交通线路轨底坡对钢轨磨耗的影响[J]. 铁道机车与动车,2014,484(6): 1-5. doi: 10.3969/j.issn.1003-1820.2014.06.001
    [8] 刘鹏飞,王开云,翟婉明,等. 30 t 轴重重载货车轮轨接触几何关系及动态匹配关系[J]. 重庆理工大学学报(自然科学版),2013,27(9): 22-26. doi: 10.3969/j.issn.1674-8425(z).2013.09.005

    LIU Pengfei, WANG Kaiyun, ZHAI Wanming, et al. Investigation of wheel-rail contact geometry and dynamic matching for heavy freight wagon with 30 t axle load[J]. Journal of Chongqing University of Technology (Natural Science), 2013, 27(9): 22-26. doi: 10.3969/j.issn.1674-8425(z).2013.09.005
    [9] 邓建辉,陈朝阳,邓勇,等. 轨底坡和轨头廓面对钢轨接触疲劳伤损的影响研究[J]. 铁道建筑,2011,51(8): 109-111. doi: 10.3969/j.issn.1003-1995.2011.08.035
    [10] 司道林,王继军,孟宏. 钢轨轨底坡对重载铁路轮轨关系影响的研究[J]. 铁道建筑,2010,435(5): 108-110. doi: 10.3969/j.issn.1003-1995.2010.05.034
    [11] 李霞,温泽峰,张剑,等. 轨底坡对轮轨滚动接触行为的影响[J]. 机械强度,2009,31(3): 475-480. doi: 10.3321/j.issn:1001-9669.2009.03.026

    LI Xia, WEN Zefeng, ZHANG Jian, et al. Effect of rail cant on wheel/rail rolling contact behavior[J]. Journal of Mechanical Strength, 2009, 31(3): 475-480. doi: 10.3321/j.issn:1001-9669.2009.03.026
    [12] 关庆华,赵鑫,温泽峰,等. 基于 Hertz 接触理论的法向接触刚度计算方法[J]. 西南交通大学学报,2021,56(4): 883-890.

    GUAN Qinghua, ZHAO Xin, WEN Zefeng, et al. Calculation method of Hertz normal contact stiffness[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(4): 883-890.
    [13] 李霞,温泽峰,金学松. 钢轨轨底坡对LM和LMA两种轮对接触行为的影响[J]. 机械工程学报,2008,44(3): 64-69. doi: 10.3321/j.issn:0577-6686.2008.03.011

    LI Xia, WEN Zefeng, JIN Xuesong. Effect of rail cant on the rolling contact behavior of LM and LMA wheelsets[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2008, 44(3): 64-69. doi: 10.3321/j.issn:0577-6686.2008.03.011
    [14] 沈钢,张定贤. 轨底坡对曲线钢轨侧磨影响的研究[J]. 铁道学报,1994,16(3): 95-99.

    SHEN Gang, ZHANG Dingxian. Research on readjusting rail inclinations for reducing rail side-cutting[J]. Journal of the China Railway Society, 1994, 16(3): 95-99.
    [15] SADEGHI J, FATHALI M, BOLOUKIAN N. Development of a new track geometry assessment technique incorporating rail cant factor[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2009, 223(3): 255-263. doi: 10.1243/09544097JRRT237
    [16] 王开文. 车轮接触点迹线及轮轨接触几何参数的计算[J]. 西南交通大学学报,1984,19(1): 89-99.

    WANG Kaiwen. The track of wheel contact points and the calculation of wheel/rail geometric contact parameters[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 1984, 19(1): 89-99.
    [17] 金学松, 刘启跃. 轮轨摩擦学[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2004: 9-43
    [18] 王晨,罗世辉,邬平波,等. 动车组踏面凹型磨耗对车辆稳定性的影响[J]. 西南交通大学学报,2021,56(1): 84-91.

    WANG Chen, LUO Shihui, WU Pingbo, et al. Effect of hollow worn tread of electric multiple units on vehicle stability[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(1): 84-91.
    [19] 国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会. 机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范: GB/T 5599—2019[S]. 北京: 中国标准出版社, 2019.
    [20] International Union of Railways. Guidelines for evaluation passenger comfort in relation to vibration in railway vehicles: UIC 513: 1994[S]. Paris: Traction and Rolling Stock Committee, 1994.
  • 加载中
图(12) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  275
  • HTML全文浏览量:  206
  • PDF下载量:  21
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-26
  • 修回日期:  2021-05-11
  • 网络出版日期:  2022-07-07
  • 刊出日期:  2021-05-20

目录

    /

    返回文章
    返回