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引用论文
张一喆, 张志超, 杜瑞涛, 祖宏林, 储高峰. 不同线路条件下高速列车轮轨力的试验研究[J]. 机械工程学报, 2023, 59(10): 323-332.
ZHANG Yizhe, ZHANG Zhichao, DU Ruitao, ZU Honglin, CHU Gaofeng. Experimental Research on Wheel-rail Force of EMU under Different Line Conditions[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2023, 59(10): 323-332.
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轮轨作用力是考量高速列车运行安全性和平稳性最关键参数。随着运行速度的不断提高，高速列车动力学性能和走行部可靠性问题不断增多，开展高速状态下轮轨载荷特征、分布规律和安全性的研究显得愈发重要。中国铁道科学研究院的张一喆、祖宏林、张志超等采用连续测量测力轮对测量了某高速列车在不同线路状况、运用速度下的轮轨作用力，分析研究了直线、曲线、不同型号道岔等工况下的轮轨力时频特性、统计分布规律。他们将研究成果以题为《不同线路条件下高速列车轮轨力的试验研究》发表在《机械工程学报》2023年第10期。
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论文亮点
1. 动 力学测试平台（图1）的轮轨力测试系统，采用课题组自主知识产权的“单周期双桥路正弦余弦合成法”连续测量方案。
2. 对不同速度级，以及直线、各类曲线及道岔等不同线路工况下的高速列车轮轨力的时频特性及分布规律进行深入讨论。
图1 动力学测试平台
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试验方法
本次试验测力轮对安装在1车4轴，图2给出了制作完成的测力轮对及其装车位置。其中左图辐板外圈采用白底红字标有角度，以左轮外侧为例，采用黑点示意测点位置。
图2 测力轮对及其安装位置
试验采用2000Hz的采样频率，能够覆盖各测点动态响应的频率范围。试验区段全长310km，其中79km为既有线扩能改造，采用有砟道床，其余为新建无砟线路。列车在该区段由160km/h速度级开始，进行逐级提速试验，总里程约40,000km。
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研究结论
1. 轮轨力的频域特征在无砟轨道上表现较为一致，如图3，主要频率成分集中在800Hz以内；而有砟区段响应频带较宽；道岔工况下，低频段的功率谱密度较高。
图3 350k m /h垂向力功 率谱密度
2. 直线工况，如图4，随着速度提高，轮轨垂向力的分布离散程度增大。在有砟轨线路段，即便速度较低，其分布离散程度仍超过高速无砟线路。而轮轴横向力分布受速度级影响极小。
图4 直线工况轮轨垂向力概率密度曲线
3. 曲线工况，垂向力分布均值差与曲线欠超高量呈正相关性，其离散度变化规律与直线工况一致（见表1）。轮轴横向力均值仅与曲线欠超高量相关，离散程度相对直线略大。
表1 无砟曲线工况轮轨力分布参数
4. 在超限速10km/h侧向通过道岔时，18号和42号道岔脱轨系数分别达到0.49、0.37，两者轮重减载率为0.20、0.23，仍有一定安全余量。直线和曲线工况下，上述两指标显著减小
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前景与应用
本文对轮轨载荷测量、及其试验方案提供了建议，即在测试时间和里程有限时，应重点关注小号道岔、小半径曲线及既有有砟线路等。也为线路设计和改造给出了如下参考：在满足低速通过安全性要求时，可提高超高量，使曲线达速通过时动力学性能更优；250km/h速度级既有线的改造标准仍有提升空间。
第一作者简介
张一喆，中国铁道科学研究院集团有限公司，机车车辆研究所，轮轨关系研究室，博士，助理研究员。2019年毕业于北京交通大学车辆工程专业。参与近10项省部级及以上科研课题，主持集团公司重点科研项目1项。目前以第一作者和通讯作者身份发表学术论文10余篇，其中SCI /EI论文4篇。长期从事高速及重载等各类机车车辆动力学检测及数据分析工作，研究方向为车辆系统动力学及结构疲劳可靠性。
通信作者简介
张志超，中国铁道科学研究院集团有限公司，机车车辆研究所，轮轨关系研究室，博士，副研究员。2010年毕业于大连理工大学计算力学专业。长期从事重载机车及其钩缓系统稳定性、机车车辆动力学性能测试与数值仿真、轮轨关系研究，主持、参与多项国家自然科学基金课题、国铁集团科研课题、铁科院集团公司科研课题，发表学术论文40余篇，其中SCI、EI论文20余篇，国家专利2项，荣获国际重载协会2017年度“Outstanding student engineering award (优秀青年工程师)”奖，获得1项北京市科学技术二等奖、1项中国铁道学会科技进步二等奖。
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近年发表文章
[1] Zhichao Zhang, Gaofeng Chu, Honglin Zu, et al. A new model for the dynamic analysis of heavy-haul locomotives with cylindrical pin coupler and buffer systems[J]. Vehicle System Dynamics, 2022, 60: 3561-3582.
[2] 张志超, 李谷, 储高峰, 等. 2万t重载组合列车中部机车车钩分离问题研究[J]. 中国铁道科学, 2022, 43(4):121-128.
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[4] Zhichao Zhang, Gu Li, Gaofeng Chu, et al. Dynamic performance analysis of heavy haul locomotives running through turnout branches with electric brake[J]. Vehicle System Dynamics, 2020, 58(7):1057-1075.
[5]张一喆, 李强, 薛海,等. 基于路况识别的高速动车组构架损伤规律[J]. 机械工程学报, 2018, 54(8):41-47.
作 者：张一喆
责任编辑：李 娜
责任校对：金 程
审 核：张 强
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