基礎變形下無砟道岔不平順及其對高速行車的影響研究

《基礎變形下無砟道岔不平順及其對高速行車的影響研究》是依託北京交通大學，由蔡小培擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基礎變形下無砟道岔不平順及其對高速行車的影響研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：蔡小培
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

高速運營條件下，道岔變形及車岔相互作用關係極其複雜。為確保列車過岔的平穩、舒適和安全，道岔下部基礎必須穩固、可靠。目前，國內外在該方面的研究較少，特別是基礎變形與道岔不平順的關係、變形導致的車-岔動力回響特徵、岔區基礎變形智慧型識別與容許限值等方面的研究相對匱乏，對高速道岔運營維護等造成障礙。基礎變形導致的一系列與岔區平順性、動力特性相關的問題亟待解決。.項目基於有限元理論建立道岔-無砟軌道-下部基礎空間耦合模型，結合道岔結構模型試驗，分析岔區基礎變形下無砟道岔的力學特性，給出岔區不平順的分布規律。通過建立可詳細考慮下部基礎細部結構的新型動力學方法，研究基礎變形下車-岔系統的動力回響。根據敏感區域動力參數的變化特徵，採用神經網路建立岔區基礎變形的智慧型識別方法。最後，從安全性、舒適性及道岔調整等方面考慮，給出基礎變形的容許限值。通過本項目研究，可補充具有我國自主智慧財產權的高速道岔設計理論體系。

結題摘要

高速運營條件下，道岔變形及車岔相互作用關係極其複雜，為確保列車過岔的平穩、舒適和安全，研究基礎變形導致的一系列與岔區平順性、動力特性相關的問題具有重要意義。項目現場調研、理論分析與現場試驗相結合，對基礎變形下岔區不平順及其動力性能展開研究，主要工作和成果如下： 1、進行了道岔-無砟軌道-下部基礎相互作用機理的分析。基於道岔鋼軌件與零部件、道岔－岔區無砟道床、無砟軌道－下部基礎間相互作用關係分析，採用有限元軟體ANSYS建立了道岔－無砟軌道－下部基礎縱、橫、垂向空間耦合分析模型，並進行了模型驗證。 2、分析了路基（橋樑）不均勻沉降下岔區平順性分布規律。調查國內外運營條件下基礎沉降形式及幅值，基於所建立的理論分析模型，考慮基礎變形和道岔布置間的關係，計算分析無砟道床各部位的附加彎矩、應力和變形；分析基礎沉降下道岔鋼軌件的附加應力變形和道岔不平順的分布特性。 3、建立了道岔-無砟軌道-路基（橋樑）空間耦合動力學模型。採用實際截面尺寸模擬關鍵結構，考慮輪軌間的相互作用，建立了道岔-無砟軌道-基礎空間耦合動力學模型。研究了下部基礎變形和列車－無砟道岔－路基（橋樑）系統動力回響的相互關係。基礎變形時，車輛和軌道各項動力特性指標均高於未發生路基沉降的值。 4、探討了基於神經網路的基礎變形智慧型識別方法。車體垂向加速度受到不均勻沉降的影響最明顯且有規律。將車體垂向振動加速度作為輸入量，基於RBF神經網路對路基不均勻沉降的弦長和幅值進行識別。通過網路逼近性能和輸出結果的訓練不斷最佳化神經網路模型，最後可得預測效果誤差小於2%，可用於路基不均勻沉降的識別。 5、從結構受力、行車品質等方面探討了基礎變形容許值。結合理論研究成果，分析靜態情形下導致無砟道岔受力與變形超限的基礎變形容許值；分析動態情形下導致列車運行安全性、旅客舒適性以及道岔動態受力變形超限的基礎變形值；綜合理論分析和道岔運營特點，提出基礎變形的容許限值，並對道岔、無砟軌道等施工、維護提出了一定建議。 6、在科研成果、人才培養等方面取得了大量的成績。在核心期刊和會議上發表文章18篇，申請發明專利4項，培養研究生5名。主持人入選北京市科技新星計畫、北京高校青年英才計畫，獲第十二屆詹天佑青年獎，相關成果獲教育部科技進步一等獎1項、中國鐵道學會科技進步特等獎1項等。