3.9机车车辆动力学检测及应用技术

11机车车辆动力学检测及应用技术二〇一六年三月李谷提纲1.动力学检测技术概要22.应用技术1.动力学检测技术概要1.1动力学试验研究的基本问题和研究对象机车车辆的运行安全性(稳定性）爬轨、悬浮、倾覆、挤(掉)轨、跳轨、蛇行失稳机车车辆的运行平稳性振动加速度、平稳性指标、舒适性指标31.动力学检测技术概要轮轨相互作用或车间相互作用所引发的系列问题轮轨磨耗、轮轨伤损、振动冲击、机车车辆零部件失效、压钩稳定性41.动力学检测技术概要1.2动力学试验研究的基本功底机车车辆结构及其功能51.动力学检测技术概要整车结构车体：机车车体—内走廊式、外走廊式；侧墙承载/非承载式；车辆车体—客车、敞车、棚车、罐车、平车、特种车转向架：动力转向架(机车、动车)非动力转向架(客车、货车)61.动力学检测技术概要转向架71.动力学检测技术概要仿真模型81.动力学检测技术概要走行部主要结构轮对非动力轮对、动力轮对、电机半悬挂、电机全悬挂悬挂一系悬挂、二系悬挂；心盘、旁承；钢簧、空气簧、橡胶堆定位导框结构、拉臂结构、限位止挡91.动力学检测技术概要动力学基本原理和要素力和力的传递路径—垂向力、横向力、纵向力振动和振型—浮沉、侧摆、伸缩、侧滚、摇头、点头减振—弹簧+阻尼，抗蛇行减振器轮轨关系的基本问题—力的作用关系，轮轨型面匹配关系，轮轨接触应力及轮轨变形，蠕滑斑和蠕滑力，前导轴和后从轴101.动力学检测技术概要同转向架内三个轴的轮轨力响应特征(连续测量)111.动力学检测技术概要轨道结构基本常识钢轨—轨型、轨廓、轨长轨枕—枕型、间距(根/km)有碴轨道无碴轨道桥梁—水泥梁、钢梁、悬索隧道道岔—号数，固定心轨、可动心轨曲线—半径、外轨超高、缓和曲线长度、超高顺坡121.动力学检测技术概要无碴轨道131.动力学检测技术概要固定心轨和可动心轨道岔141.动力学检测技术概要1.3动力学基本测量参数和检测手段力—轮轨力(测力轮对)、车钩力(测力车钩)、零部件作用力(其他通用或特殊测力传感器)；位移—一系和二系位移、部件位置关系、偏转/倾斜角，通常采用位移计(拉线式、簧片式、激光式、电涡流感应式)；加速度—车体、构架、轴箱、电机等，采用加速度计(电阻应变式、压电式、电容式)；信号调理及采集；数据处理及分析。151.动力学检测技术概要测试系统样例161.动力学检测技术概要车体垂向横向振动加速度计轴箱垂向横向振动加速度计一系横向位移计构架垂向横向振动加速度计一系垂向位移计第一轴测力轮对1.4各测量参量需要关注的问题安装、使用、频响、干扰、误差评估171.动力学检测技术概要2.应用技术2.1机车车辆型式试验按照相关标准的规定，检验新型机车车辆的动力学性能是否符合设计技术规范或合同规定的要求。TB/T2360-1993—适用于机车；GB/T5599-1985—适用于车辆；GB/T17426-1998—适用于特种车辆和轨行机械；UIC518；EN14363。182.应用技术2.2研究性试验192.应用技术实验室内脱轨模拟试验提速试验货车脱轨试验轨检车测力轮对脱轨机理研究—以1:1实物单轮对运行试验验证脱轨系数临界值。试验验证了Nadel公式作为静力平衡条件下脱轨系数极限临界值的正确性，同时也验证了摩擦系数、轮轨冲角等条件的改变对脱轨系数临界值有重大影响。202.应用技术式中：P为作用在车轮上的垂向力；Q为作用在车轮上的横向力μ为轮缘接触点处的摩擦系数α为轮缘接触角单点接触-轮缘角-冲角212.应用技术Nadel公式所表达的脱轨系数临界值222.应用技术台架上的实物轮对脱轨试验232.应用技术台架上的实物轮对脱轨试验242.应用技术车轮爬轨过程252.应用技术货车脱轨试验—上世纪70～80年代，我国铁路由于技术原因导致的货车脱轨事故时有发生。当时的铁道部先后组织了广州局(郴三线)、西安局(宝成线废弃线路)和上海局(金千线)货车脱轨试验。广州、西安局线路试验结果表明，此类货车脱轨事故在车辆和轨道线路两方面都有原因，其中尤以车辆原因为主。上海局金千线试验因意外脱轨而终止。262.应用技术金千线脱轨试验272.应用技术金千线脱轨试验282.应用技术转8A转向架改造与淘汰—由于转8A转向架的固有性能缺陷，不能适应货车提速，导致了接二连三的脱轨事故，先后组织了大秦线和南津浦线脱轨试验。试验结果充分印证了转8A转向架的固有性能缺陷，即由于三大件式转向架的结构，各处间隙过大，转向架抗菱刚度低，导致摆振失稳的速度临界点落入常用速度范围内。对转8A转向架的改造最终被重新设计的新型转向架全面替代。292.应用技术转8A转向架的改造与淘汰302.应用技术转8A转向架转K2转向架重载列车压钩稳定性试验—2008年大秦线重载组合列车出现多次脱轨事故，铁道部组织了多次线路试验，最终查找出原因。试验结果表明，重载组合列车的中部从控机车在运行过程中，将会承受巨大的压钩力作用，一旦钩缓装置出现压屈失稳出现不可逆偏转，将会将纵向力转化出很大的横向分力，这一横向分力经传递最终需要到轮轨接触点处去寻找平衡力，若轨道线路强度不足，就将引起轨排横移，钢轨挤翻破坏，最终酿成脱轨事故。312.应用技术从控机车脱轨现场322.应用技术从控机车车钩偏转痕迹332.应用技术从控机车脱轨过程的动力学检测参数342.应用技术从控机车脱轨过程的动力学检测参数352.应用技术从控机车转向架横向止挡压痕362.应用技术2.3安全评估广深准高速线路客货车运行安全评估在本次试验中首次应用轮轨力连续测量技术进行了三种型号准高速客车和一辆棚车的运行安全性评估试验。沪宁线第一次提速试验安全评估在本次试验中首次引入了利用连续测量轮轨力进行安全监测技术。372.应用技术1997～2007年全路6次大提速全面采用了连续测量轮轨力技术进行提速列车和线路安全监测。新线联调联试以轮轨动力学安全性测试技术为核心的车辆动力学响应测试项目纳入新建高速及客运专线建成后的联调联试标准检测项目中。382.应用技术提速试验392.应用技术提速试验402.应用技术高速铁路联调联试412.应用技术2.4轨道状态检查前提条件是用于检测的系统要有足够的能力—车辆的高稳定性(成熟转向架，高临界速度)—尽可能消除干扰因素(拖车自由轴、车轮圆顺性、踏面廓形保持完好、电气干扰屏蔽)—必须充分考虑轮轨相互作用的自身因素(直线、曲线、道岔、运行方向)关键条件是轮轨力连续测量必要条件是适用的评价体系422.应用技术432.应用技术上海铁路局轨道检查车轮轨力检测系统铁道部安全综合检测车轮轨力检测系统442.应用技术CRH380BJ-0301高速综合检测列车轮轨力检测系统452.应用技术检测发现京沪高铁局部出现严重短波不平顺464646谢谢！间断测量法测力轮对原理473.轮轨力轨检技术间断测量法典型波形图483.轮轨力轨检技术连续测量法测力轮对原理493.轮轨力轨检技术桥连续测量法典型波形图503.轮轨力轨检技术典型瞬态短波不平顺检测波形513.轮轨力轨检技术典型波磨轨面的轮轨力响应523.轮轨力轨检技术踏面异常的典型反应533.轮轨力轨检技术线路质量所引起的轮轨动力响应差异543.轮轨力轨检技术垂向力标准差对比散点图051015202530740760780800820840860880900920940960980100010201040里程(km)1轴右垂向力均方差(kM)020406080100120140160180200220240260速度(km/h)051015202530406080100120140160180200220240260280300320340360380400里程(km)1轴右垂向力均方差(kN)020406080100120140160180200220240260速度（km/h)连续高频垂向力(波磨线路)检测与对比553.轮轨力轨检技术缺陷轨面和良好轨面状态对比异物粘连影响轮轨力检测563.轮轨力轨检技术哈大客专轨面和车轮粘附防水涂层573.轮轨力轨检技术车轮踏面损伤585858再次谢谢！