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2021年  第21卷  第1期

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专刊序言
西南交通大学牵引动力国家重点实验室轨道交通综述专刊序言
中国轨道交通轮轨滚动接触疲劳研究进展
赵鑫, 温泽峰, 王衡禹, 陶功权, 金学松
摘要: 系统阐述了轮轨滚动接触疲劳损伤的分类、萌生机理、影响因素、引发后果及常用萌生预测模型等，总结了其复杂性的根源; 梳理了中国轨道交通系统近年来发生的各种轮轨滚动接触疲劳的相关研究成果，分别总结了高速铁路、普速铁路和地铁等系统轮轨滚动接触疲劳的基本特征、萌生机理及治理措施等; 展示了在局部和连续型滚动接触疲劳研究中，现场跟踪测试、现场试样失效分析、试验台试验、数值模拟及线路试验等研究方法的系统化应用及重要结果; 讨论了不同轨道交通系统滚动接触疲劳差异的根本原因及滚动接触疲劳各影响因素的相对重要性，并从现场治理和机理研究2个方面提出了展望。研究结果表明：高速动车组轮轨局部型滚动接触疲劳(月牙形裂纹)对运营安全的威胁可控，其重要源头之一是硌伤; 过大的接触应力和蠕滑率是引发轮轨连续型滚动接触疲劳的关键，其根本原因包括小半径曲线、轮轨失形、轮轨廓形与轨道曲线设计不合理、大坡度与起伏坡度、低黏着与增黏、频繁启停及轨道安装误差等，近10年来开始大量使用的大功率电力机车在复杂条件线路运行时，呈现的严重车轮滚动接触疲劳是上述影响因素综合作用的集中体现; 可行的滚动接触疲劳防治措施包括避免或及时修复严重硌伤、优化曲线段轮轨廓形匹配、优化轮轨镟修/打磨策略、加装或优化车轮研磨子、机车车辆定期调头运行、优化机车电气补偿与牵引制动控制、使用优质增黏砂、优化踏面制动和及时维护轨道与列车关键部件等，不同轮轨系统可根据其特点酌情选用; 从现场防治角度，应建立轮轨滚动接触疲劳的精确预测模型，并依此实现不同服役条件下的滚动接触疲劳无限和有限寿命设计及最佳轮轨维修策略制定; 从疲劳机理角度，应重点研究疲劳裂纹萌生的微观裂纹扩展机制和磨耗影响机制。更多>
2021, 21(1): 1-35. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.001
摘要(2890) HTML (810) PDF (51941KB) (3280)
国内外高速列车动力学评价标准综述
石怀龙, 罗仁, 曾京
摘要: 针对高速列车的动力学性能评价标准中所涉及的评价内容、评价方法、评价指标及限值展开综述，围绕蛇行运动稳定性、脱轨安全性和运行平稳性展开标准分析和对比，包括ISO系列、UIC系列、EN系列、TSI系列、FRA系列、APTA系列和中国国标等法律规范、行业标准、技术规范等，指出不足或改进建议; 对具有代表性的动力学标准进行详细对比，包括新旧版本国标《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》(GB/T 5599)、国际铁路联盟Testing and Approval of Railway Vehicles from the Point of View of Their Dynamic Behaviour—Safety—Track Fatigue—Running Behaviour (UIC 518)、俄罗斯Railway Multiple Units—Durability and Dynamics Requirements (GOST/R 55495)等; 对北美FRA和APTA系列标准规定的理想轨道激励下动态响应、准静态性能评价方法等进行应用示范。研究结果表明：蛇行运动稳定性均通过构架横向加速度、构架力或轮轨力进行评判，而数值仿真、台架和线路试验需选择对应适用的方法; 结合现阶段中国高速列车的长期服役动力学性能，若列车以400 km·h-1及以上速度运行时，建议加速度滤波带宽仍采用0.5~10.0 Hz，幅值限值建议7 Hz以内为8 m·s-2，而7~9 Hz放宽至10 m·s-2，并持续10次、2 s或100 m; 针对爬轨脱轨安全性评估，现有标准均基于轮轨力和车轮抬升量进行动态和静态评判，但在指标限值、持续作用时间或运行距离上存在差异，建议采用车轮脱轨系数和轮重减载率的联合评判方法; 新版GB/T 5599删除了倾覆系数和轮轨横向力指标，放宽了轮重减载率限值，轮轴横向力限值维持不变; GOST/R 55495评价方法不区分车辆类型，采用构架力而非轮轨力对运行安全性进行评价，横垂向平稳性指标计算时采用相同的频域加权，且低频段加权带宽及幅值显著比GB/T 5599大，不对平稳性指标进行分级评价; 复兴号CR400BF动车组的运行安全性指标和平稳性指标同时满足GB/T 5599和GOST/R 55495标准要求; 采用北美标准对某160 km·h-1客车进行理想轨道激励下动态响应分析，8类不平顺激扰中的重复高低和单次高低不平顺工况较为恶劣，6个评价指标中的轮重减载率和车体垂向加速度容易超限。更多>
2021, 21(1): 36-58. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.002
摘要(2590) HTML (389) PDF (6205KB) (714)
中国高速列车气动减阻优化综述
李田, 戴志远, 刘加利, 吴娜, 张卫华
摘要: 研究了中国高速列车气动减阻优化进展，总结了典型部件的压力分布特性与各部件在列车气动阻力中的贡献占比，评析了惰行试验、风洞试验与数值模拟3种列车气动阻力研究方法，论述了和谐号、复兴号等系列列车头型气动性能的差异，阐述了高速列车头型气动减阻优化方法与技术，梳理了转向架区域、车端连接处、受电弓及导流罩等局部不平顺区域的气动减阻措施，归纳了适用于高速列车的前沿减阻技术。研究结果表明：数值模拟和风洞试验各有优缺点，经过风洞试验有效验证的数值模拟是准确计算列车气动阻力的有效途径; 列车气动阻力中贡献占比的主要部件为头车、尾车、转向架、受电弓与车端连接处; 由于现有高速列车的高度流线化，头型优化较难实现大幅度的减阻，改善转向架区域裙板、设计全包外风挡与优化受电弓和导流罩外形是进一步减阻的有效措施; 减阻降噪、提升运行平稳性和舒适性等多目标优化是列车头型设计的发展趋势，通过直接寻优计算或者代理模型寻优计算能够提高优化效率与降低优化设计成本; 未来应重点研究高速列车的仿生表面微结构、吹吸气流动控制、等离子体减阻与涡流发生器减阻技术，实现中国高速列车的绿色、节能、高速化发展。更多>
2021, 21(1): 59-80. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.003
摘要(2103) HTML (999) PDF (25241KB) (2931)
铁路车辆部件抗疲劳评估的进展与挑战
吴圣川, 任鑫焱, 康国政, 马利军, 张晓军, 钱坤才, 滕万秀
摘要: 从铁路车辆的安全运用及服役评估出发，论述了转向架部件(如构架、车轴等)的抗疲劳评估及应用进展，重点分析了合金钢EA4T车轴和碳素钢S38C车轴的设计理念差别，阐明了车轴运用评估中存在的难定量和过保守的理论局限性; 首创了“名义应力”+“损伤容限”有机融合的阶梯疲劳评估方法，给出了样本信息聚集改进原理、基于单轴拉伸的裂纹扩展模型、应力-缺陷-寿命的三参数评估图和表面残余应力重建等四大关键技术。分析结果表明：基于传统名义应力法的抗疲劳设计给出的寿命预测偏于保守，导致车辆部件维修不足或者过度维修; 基于单轴拉伸性能的新型裂纹扩展模型的精度优于NASGRO方程; Kitagawa-Takahashi图把基于名义应力的疲劳极限和基于断裂力学的缺陷特征有机关联起来，比Goodman图更直观、定量和全面; 基于表面单位压力法，获得了与实测结果一致的S38C车轴的压缩残余应力分布，表明压缩残余应力的引入提高了新干线车轴的抗微动磨损能力和抗疲劳裂纹扩展能力; 广域环境服役、超高周疲劳、增材修复再制造、断裂求解技术及动力学和强度学结合等问题成为未来研究的重要课题。更多>
2021, 21(1): 81-114. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.004
摘要(1576) HTML (412) PDF (25860KB) (2814)
工业4.0下智能铁路前沿技术问题综述
缪炳荣, 张卫华, 刘建新, 周宁, 梅桂明, 张盈
摘要: 以铁路基础设施和车辆为主要研究对象，结合智能制造涉及的前沿技术和方法，阐述了合理利用工业4.0的内涵要素进行中国下一代智能铁路数字化建设、改造与升级的重要性和必要性；按照工业4.0的基本概念、技术内涵、系统模型和技术框架的影响效果，对比分析了智能基础设施、智慧列车、智能运维及相关技术的实施过程和存在问题，并在此基础上分析了以智慧列车为核心的智能铁路数字化平台建设关键技术；概括了铁路传统制造向智能制造数字化建设的具体技术要求，整理了利用工业4.0六维模型解决人工智能、大数据、云计算和数字孪生等前沿技术与铁路传统制造业的融合问题，包括数据传输与共享、信息通信与安全技术的潜力挖掘、智能管理、技术应用、信息安全、状态智能感知等各个方面。研究结果表明：中国铁路数字信息技术和智能技术与传统制造过程存在融合不足的问题；智能制造的核心技术储备不足，状态智能感知、数据在线分析、工业控制系统等软硬件技术自主性不强；铁路系统大数据建设的数据传输和标准体系也不够完善；未来智能铁路应该加强工业4.0下铁路传统制造的标准化管理系统与数据信息安全系统的数字化设计、升级与改造；需要深刻思考和分析人工智能和大数据驱动等前沿技术与铁路的融合与实施，通过工业4.0涵盖的各项关键技术的实施和准确评估真正有效推动中国智能铁路先进数字化平台的建设和发展。更多>
2021, 21(1): 115-131. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.005
摘要(1208) HTML (553) PDF (22171KB) (2713)
增材制造技术发展和在先进轨道交通装备中的应用展望
杨冰, 廖贞, 吴圣川, 肖守讷, 阳光武, 朱涛, 王明猛, 邓永权
摘要: 从增材制造技术的应用现状出发，概述了几种增材制造技术的特点和应用范围；介绍了典型的金属增材制造最新研究进展；考虑现有增材制件存在的固有缺陷、残余应力和裂纹等问题，总结了能有效改善成形增材制件质量的后处理工序；梳理了增材制件疲劳性能的影响因素，重点阐述了缺陷与增材制件疲劳损伤的关联性；探讨了增材制造技术广泛应用所涉及的关键技术；系统总结了金属增材制造技术在国内外轨道交通装备领域的应用现状。研究结果表明：由于热源和工艺参数不同，增材制造技术制备材料的组织特性和力学性能存在差异；增材制造的钛合金、铝合金以及其他前沿金属材料在轨道交通装备领域具有较好的应用前景；合理的后处理工艺可以有效控制缺陷的形成，消除残余应力，减少微裂纹；缺陷作为制约增材制造技术在制造行业应用的关键因素，研究其分布规律和探究其与疲劳性能的关系，对增材制件的疲劳性能评估有重要作用；从材料规范、成形精度、质量控制、生产效率、生产链以及无损检测技术等方面，综合增强增材制造关键技术自主创新性研发，有助于提升中国制造行业在国际上的竞争力；增材制造技术受到轨道交通行业的重视，并开始应用这种新型技术成形了金属结构件，但该技术的成熟应用仍面临许多问题，需要国内外学者进一步开展深入研究。更多>
2021, 21(1): 132-153. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.006
摘要(970) HTML (374) PDF (27193KB) (2540)
复合材料在轨道交通车辆中的应用与展望
肖守讷, 江兰馨, 蒋维, 何子坤, 阳光武, 杨冰, 朱涛, 王明猛
摘要: 围绕玻璃纤维、碳纤维、铝基陶瓷等复合材料在轨道交通车辆中的应用展开了综述；介绍了针对上述复合材料开展的基础与应用研究历程及进展，分析了应用在大型复合材料构件的结构特点；针对头车/司机室、中间车车体、转向架、制动结构、其他结构，系统性地总结整理了复合材料种类、成型工艺、设计方法、优化方法等，全面阐述了复合材料在轨道交通车辆各个部件上的应用情况，并对目前应用存在的问题和未来应用发展方向进行了探讨。研究结果表明：复合材料的主要研究方法以理论研究为基础，在大型结构件中以有限元仿真研究为主，应用多尺度研究方法深入分析复合材料在微观、细观和宏观层面的性能；将复合材料应用到结构中时，在兼具刚度和轻量化的条件下，多采用三明治结构；复合材料之间、复合材料与金属材料的连接结构多采用胶接连接、螺栓连接、胶-螺混合连接等，其中混合连接结构强度大，稳定性高，在工程中应用最为广泛；复合材料已在轨道交通车辆中有一定的应用，纤维复合材料多用于头车/司机室、车体、转向架，而铝基陶瓷复合材料多用于制动结构；在未来应建立适用于轨道交通行业的复合材料相关标准与规范，研发新工艺，采用整体设计模式，扩大复合材料的使用范围，将更多高性能、低成本和轻质化的复合材料应用到轨道交通车辆中。更多>
2021, 21(1): 154-176. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.007
摘要(1704) HTML (608) PDF (19232KB) (2895)
高速磁悬浮轨道交通研究进展
熊嘉阳, 邓自刚
摘要: 从磁悬浮轨道交通的基本原理、磁悬浮列车的技术特点等角度出发，简述了世界各国高速磁悬浮轨道交通的发展概况，对比了常导电磁悬浮、永磁电动磁悬浮、低温超导电动磁悬浮和高温超导磁悬浮等4种磁悬浮方式的研究历史、悬浮特点、悬浮间隙、悬浮能耗、控制系统、技术成熟度与应用情况；采用文献调研、比对、分析、提炼等方法，综述了国内外高校、研究机构和企业对于高速磁悬浮的研究进展；比较了各类磁悬浮轨道交通的原理、技术优势和劣势，分析了高速磁悬浮轨道交通在应用方面的可行性与不足，探讨了4种磁悬浮方式的技术经济性和应用前景与场景；提出了当前发展高速及超高速真空管道磁悬浮轨道交通亟待解决的牵引制动控制、动力和热力学、安全救援、管道密封性能与抽真空效率、无线通信、车内环境控制等6个关键科学问题，并介绍了中国原创高温超导磁悬浮的基础研究及关键技术研发进展与研发计划。研究结果表明：在400~600 km·h-1速度范围可采用常导电磁悬浮或超导磁悬浮技术；在600~1 000 km·h-1速度范围可采用超导磁悬浮技术；1 000 km·h-1及以上的速度可采用高温超导磁悬浮与真空管道或电动磁悬浮与真空管道的磁悬浮技术；作为一种前瞻性研究，高温超导与真空管道磁悬浮关键技术的突破和验证对推动中国乃至世界轨道交通快速发展具有重大而深远的意义。更多>
2021, 21(1): 177-198. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.008
摘要(3608) HTML (1365) PDF (17363KB) (3119)
中低速磁浮车辆研究综述
马卫华, 罗世辉, 张敏, 盛卓航
摘要: 基于电磁悬浮型中低速磁浮列车的工作原理，阐述了中低速磁浮各核心子系统(悬浮导向系统、牵引电机、走行机构、制动系统、轨道-桥梁结构等)的技术特征，综合分析了各子系统存在的技术问题和解决方案；梳理了日本Linimo列车、韩国EcoBee列车、长沙磁浮快线、北京磁浮S1线和西南交通大学自主研发的(悬挂)中置式磁浮列车的发展历程及技术特点，总结了中低速磁浮列车的技术重点和难点。研究结果表明：车-轨耦合振动应综合考虑悬浮控制、车辆结构参数、桥梁结构参数、空气动力效应、直线电机等因素的影响，建立完备的车-轨耦合振动研究模型；悬浮冗余匮乏可综合利用机械冗余和电气冗余的技术特点，对中低速磁浮的冗余设计方案进行改进；磁浮靴轨受流应与地铁靴轨受流区分，充分考虑磁浮列车的耦合作用特性，探索无缝供电轨技术在中低速磁浮中的工程实用性；悬浮控制由于控制器主频较低，程序运行周期过长，应提高控制算法和悬浮系统故障诊断技术的精确性和稳定性；车辆轻量化设计应在保证结构强度的基础上，综合考虑车体、走行机构等多因素的结构特点，以提高中低速磁浮列车运载能力；应综合不同磁浮线路要求，建立统一的线路标准，提高中低速磁浮工程化应用能力。更多>
2021, 21(1): 199-216. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.009
摘要(1336) HTML (806) PDF (4465KB) (470)
轨道车辆永磁直驱技术综述
马光同, 孙振耀, 徐帅, 姚春醒, 任冠州, 梁树林
摘要: 概述了国内外采用永磁直驱技术的轨道车辆发展状况，归纳了永磁直驱转向架的结构形式，讨论了抱轴式直驱结构与弹性架悬式直驱结构的特点及其适用情形，分析了永磁直驱转向架的蛇行运行稳定性与曲线通过性；针对轨道车辆应用，从磁性材料、冷却系统、温升效应、电机质量、气隙磁密、反电势抑制、失磁故障、电路结构等方面论述了永磁直驱牵引电机的结构设计与优化方法，分析了传统的牵引电机控制策略，讨论了模型预测控制技术和无位置传感器控制技术的研究现状及其用于永磁直驱电机的可行性和存在的问题；总结了轨道车辆永磁直驱技术的现存问题并展望了其未来发展方向。研究结果表明：刚性抱轴式永磁直驱结构紧凑，但电机受轮轨振动影响较大且增加了列车簧下质量，仅适用于低速轨道车辆；高速轨道车辆直驱技术宜采用弹性架悬式直驱结构，但需要进一步研究永磁牵引电机和直驱转向架的弹性连接方式和最优匹配参数，优化簧上、簧下质量分布；内置式永磁直驱转向架可缩短车轴长度和减少轴距，具有质量轻、动力特性好等优势，较适用于复杂的地形环境应用；需要研究更为快速准确的永磁电机故障在线诊断、预警与抑制方法，可结合基于故障诊断及预测的智慧运维技术，为车辆提供维修决策建议；需对永磁直驱电机定子、转子拓扑结构进一步优化，并提出更为有效的冷却结构及精确的温升计算方法；传统矢量控制与直接转矩控制难以兼顾高转矩动态响应和低转矩脉动，模型预测控制因其结构简单、动态响应快等优点，较适用于轨道车辆这类低开关频率大功率应用，但仍需进一步研究以降低其运算负荷并提升其稳态性能；无位置传感器技术可节省电机内部空间体积，且能防止编码器故障带来的可靠性问题，适用于内部空间狭小的直驱转向架，现有中高速无位置传感器技术已具有较好的性能，零速和低速下采用高频信号注入法虽能实现较准确的位置估计，但其对电机控制性能带来的一系列不利影响还需要进一步研究。更多>
2021, 21(1): 217-232. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.010
摘要(1198) HTML (795) PDF (14528KB) (999)
车钩缓冲装置对轨道列车碰撞安全性的影响综述
朱涛, 张敬科, 吴启凡, 吕锐娟, 王小瑞, 肖守讷, 邓永权
摘要: 从轨道列车车钩缓冲装置功能和失效原理、分类和标准、理论和应用与列车整体碰撞响应4个方面，梳理了近20年车钩缓冲装置在列车碰撞领域的研究方法和研究成果，总结了4个方面研究的优缺点与未来亟待解决的问题；从列车碰撞动力学的角度，阐述了车钩缓冲装置在列车碰撞中的作用，及其在车辆系统整体设计中的地位；基于欧盟、美国、日本与中国列车耐撞性和强度标准，介绍了车钩缓冲装置的子部件组成；从车钩缓冲装置理论模型在列车碰撞动力学模型和有限元模型的应用剖析其演化过程；基于当前国内外车钩缓冲装置的研究现状，指出未来轨道列车车钩缓冲装置的研究趋势和发展目标。研究结果表明：车钩缓冲装置是列车多级吸能系统中重要组成部分之一，需针对不同车钩缓冲装置类型建立不同的力学模型，准确反映缓冲器的非线性迟滞特性和压溃管的压溃吸能特性，以及车钩的运动关系；在国内外现行标准中，仅规定了车钩缓冲装置的静强度指标，且仅有货车车辆缓冲器的详细界定，缺乏中高速轨道车辆的车钩缓冲装置在动态场景下的载荷指标、能量上限等标准规范；胶泥、气液缓冲器具有比摩擦式缓冲器更好的碰撞力学性能，但其复杂的非线性特性描述依赖于准确的数学模型和试验，目前尚未对车钩缓冲装置数学模型的横向、垂向动态特性进行详细研究；应结合试验，加强研究车辆运行和碰撞过程中车钩缓冲装置的触发和失效稳定性，及其对列车纵向撞击响应的影响；中低速下较大的车钩缓冲装置刚度会导致非正常的垂向和横向响应，不同速度等级下车钩缓冲装置的力学特性和初始姿态对车辆碰撞机理的影响较大。更多>
2021, 21(1): 233-249. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.011
摘要(1450) HTML (531) PDF (8483KB) (485)
人工智能算法在铁道车辆动力学仿真中的应用进展
唐兆, 董少迪, 罗仁, 蒋涛, 邓锐, 张建军
摘要: 梳理了人工智能算法在铁道车辆系统动力学仿真中的应用实例和国内外相关文献，概述了铁道车辆动力学仿真中常用的机器学习和深度学习算法，归纳和评述了2种学习算法在铁道车辆系统动力学建模与仿真中的应用分类；从铁道车辆系统动力学建模、动力学性能预测与动力学性能优化等方面入手，详细讨论了人工智能算法应用在力元建模和仿真、轨道不平顺预测、运行平稳性预测、噪声预测、侧风安全性预测、运行安全性预测、悬挂优化、轮轨匹配优化、结构优化以及主动与半主动控制等领域的优势和局限性，指出了现阶段人工智能算法在动力学仿真应用中主要面临的训练样本缺乏、泛化能力不够、可解释性欠缺等问题；展望了今后人工智能算法和车辆系统动力学交叉研究的发展方向和重点研究内容。研究结果表明：融合经典力学和人工智能算法结合的混合建模理论可作为之后的重点研究方向；人工智能算法对解决随机动力学中的随机不确定性，提高随机动力学的性能具有较大的应用潜力；通过人工智能算法与优化算法相结合来实现动力学性能优化，可充分发挥人工智能算法的优势。更多>
2021, 21(1): 250-266. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.012
摘要(870) HTML (203) PDF (3728KB) (422)
铁道车辆蛇行稳定性主动控制综述
黄彩虹, 曾京, 魏来
摘要: 为了抑制蛇行运动，提高列车临界速度，针对铁道车辆特殊的轮轨自激振动系统综述了蛇行稳定性主动控制的总体结构形式、控制目标、控制算法、测量系统、作动系统、试验验证等关键环节的研究进展；概括了稳定性控制的典型结构形式及其各自的特点；根据不同运用场景，归纳了稳定性主动控制的主要目标，梳理了稳定性控制的主要算法以及优缺点；分析了不同反馈量测量方法的可行性和可靠性，研究了作动器动态特性对控制效果的影响；给出了稳定性控制的试验研究方法，展望了未来蛇行稳定性主动控制在算法设计、失效安全等方面的研究重点。研究结果表明：在蛇行稳定性主动控制研究中，控制方式和算法的选取要同时考虑控制目标的不同；除了高轮轨匹配等效锥度下的二次蛇行稳定性控制之外，控制目标应同时考虑低轮轨匹配等效锥度下的一次蛇行稳定性控制；控制方式应尽量简单、可靠、易于实施，且对测量系统的要求要小；测量系统也应尽量简单可测，以减小随机扰动和噪声对测量结果可靠性的影响；作动器响应时间及其时滞补偿方法共同决定了蛇行稳定性主动控制的实用效能；控制系统失效不能影响列车的运行安全，这是决定主动控制能否推广应用的关键。更多>
2021, 21(1): 267-284. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.013
摘要(884) HTML (309) PDF (10165KB) (374)
车轮踏面缺陷引起的轮轨动态响应综述
敬霖, 刘凯
摘要: 从滚动接触理论、试验与数值模拟三方面概述了轮轨关系研究现状，强调了轮轨滚动接触行为中轮轨材料动态力学性能的影响；总结了轮轨材料静动态力学性能与本构关系的相关成果；介绍了由车轮扁疤、踏面剥离/剥落、车轮多边形等典型踏面缺陷引起的轮轨动态响应研究，分析了车轮踏面缺陷对轮轨滚动接触行为和列车系统动力学性能的影响，以及车轮踏面缺陷的形成原因、影响规律与演变机理，重点关注了轮轨动态效应对高速轮轨滚动接触行为的影响；概括了车轮踏面缺陷的检测技术与减缓和防治措施。研究结果表明：车轮踏面缺陷致使轮轨冲击力显著增大，导致轮轨部件损伤和车体异常振动，严重影响车辆-轨道系统部件的使用寿命和列车动力学性能，甚至威胁列车运行安全；车轮踏面缺陷的成因与机理仍需进一步探究，车辆异常制动、轮轨低黏着状态均会导致车轮扁疤的产生，轮轨材料特性、轮轨间接触载荷、轮对共振、列车制动系统性能与线路运行条件/环境等均是导致车轮踏面发生剥离的主要影响因素，轮轴共振、轮轨摩擦振动、车轮制造镟修工艺等均与车轮多边形的形成有密切联系；改善轮轨材料的性能，控制轨道系统的支撑刚度/阻尼及轮轨间摩擦因数等均是抑制车轮踏面缺陷产生的有效途径。更多>
2021, 21(1): 285-315. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.014
摘要(1096) HTML (457) PDF (28500KB) (2781)
地铁钢轨波磨的基本特征、形成机理和治理措施综述
关庆华, 张斌, 熊嘉阳, 李伟, 温泽峰, 王衡禹, 金学松
摘要: 对世界各国地铁钢轨波磨的基本特征进行了系统梳理，总结了其普遍性与时间集中性，及其与曲线、轨道结构、车辆及其他因素相关性等典型特征，并对其分类方法、形成机理和治理措施进行了综合评述。研究结果表明：钢轨波磨普遍存在于地铁与有轨电车线路中，在新线开通初期与线路改造初期最为严重；一般而言，相对于直线和大半径曲线，小半径曲线的钢轨波磨最为普遍，低轨侧波磨波长短，幅值大，但也有例外，部分大半径曲线及直线上也有分布；波磨的波长特征和发展速度与轨道结构密切相关，轨道结构及部件不匹配时，易出现快速发展的波磨；车轮踏面廓形、轮对定位、悬挂刚度与簧下质量等车辆结构参数会对波磨萌生、发展与表现特征产生影响；波磨的产生还可能与钢轨材质、牵引和制动、运行环境、湿度及摩擦因数有关。地铁钢轨波磨的形成机理主要基于轮轨系统共振、轮轨黏滑(摩擦自激)振动、钢轨振动波反射等理论，对波磨形成过程的纵向动力学影响与系统非线性因素考虑不完善，关于黏滑自激振动与轮轨负摩擦特性对波磨影响的认识还不统一，难以解释直线以及曲线高低轨波磨特征的差异等，对波磨的形成和发展缺乏理论上的主动预测和试验验证；各国主要以钢轨打磨来控制波磨发展，通过调节轨道结构、运行环境，采用钢轨吸振器和轮轨摩擦调节装置，以及优化车辆设计等主动措施来控制波磨的研究仍需进一步开展；未来应针对车辆-轨道系统的动态特性以及实际运行工况下的轮轨微观接触行为和黏滑自激振动特性，开展车辆-轨道系统的轮轨动态磨耗演化仿真，掌握地铁钢轨波磨形成机理和关键因素影响规律，提出控制地铁钢轨波磨的主动措施和轮轨匹配优化设计原则。更多>
2021, 21(1): 316-337. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.015
摘要(1236) HTML (400) PDF (10891KB) (592)
轨道车辆结构振动损伤识别技术综述
缪炳荣, 刘俊利, 张盈, 杨树旺, 彭齐明, 雒耀祥
摘要: 从智能运维的角度阐述了利用结构振动损伤识别技术进行轨道车辆结构健康监测的重要性和必要性；根据不同损伤识别的适用范围，将结构振动损伤识别技术分为基于模型的方法和基于响应信号的方法；结合结构健康监测中损伤识别的不同层次，分析了以结构损伤的存在性、类型、定位和程度表征的不同识别方法；概括了轨道车辆运维过程中损伤识别技术的典型特征，讨论了基于模型的损伤识别中固有频率、模态形状、曲率模态等与模态参数有关方法的优缺点；分析了基于响应信号方法的应用现状和发展趋势，并阐述了模型修正和优化技术在结构损伤识别中的应用；重点分析了车辆关键部件故障诊断与监测中损伤识别技术的实施，讨论了结构振动损伤识别技术在未来轨道车辆智能运维策略中的主要发展方向，展望了未来轨道车辆部件的状态检修策略和智能运维技术。研究结果表明：轨道车辆的智能运维应该充分考虑结构振动损伤识别技术与人工智能等新技术的结合；大数据驱动的结构振动损伤识别技术能够更好解决车辆状态实时监测的技术难点；考虑复杂环境因素对轨道车辆结构部件损伤识别技术的影响，需要不断完善基于耦合振动效应的结构振动损伤识别技术及方法。更多>
2021, 21(1): 338-357. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.016
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400 km·h-1变轨距动车组转向架关键技术综述
黄志辉, 胡飞飞, 李国栋, 周殿买
摘要: 针对国内400 km·h-1变轨距动车组转向架的研发和设计问题，在借鉴国外成熟变轨距转向架技术的基础上，重点研究了国内高速变轨距动车组转向架的5个关键问题，即牵引电机布置方式、轮对驱动方式、轴箱轴承、变轨机构、基础制动及撒砂装置，对研究中发现的问题提出了相应的解决措施。研究结果表明：电机架悬和体悬都可以给制动盘的安装让出空间，但是电机与所驱动的车轴之间都会产生相对位移，需要采取运动补偿措施；为了满足400 km·h-1变轨距动车组车轴尺寸和转速要求，需研发新型轴箱轴承；变轨机构的存在会使转向架簧下质量增大，所以研制的变轨距转向架应尽量采用轻量化设计；考虑到制动效率和夹钳随动问题对变轨距转向架制动效果的影响，基础制动应优先采用轴盘制动，其次为轮盘制动；动车组转向架尽量不采用撒砂装置，若非用不可，考虑在砂箱和喷砂嘴之间采用软管连接，以适应变轨距时的运动补偿；在对变轨距转向架进行研发的同时，应注意地面变轨设施的广泛使用，使之达到简统化、标准化的要求；变轨距转向架的研制必须考虑不同轨距铁路的限界要求，轨距相差越大，对限界要求也就越高。所研发的动车组整车于西南交通大学滚振试验台上，在施加中国客运专线线路谱激扰的情况下，最高运行速度达到了602 km·h-1，并于2020年10月21日成功下线。更多>
2021, 21(1): 358-368. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.017
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