轨底坡对运营地铁轮轨接触特性的影响分析

为研究不同轨底坡条件下实际运营地铁列车的轮轨接触特性,采用轮轨接触空间迹线方法计算分析了轨底坡对轮轨接触几何参数的影响,并建立某地铁B型车辆动力学模型,详细分析了不同线路条件下轨底坡对车辆动力学性能的影响规律.研究表明:LMCHN60轮轨匹配条件下,轨底坡在1/45～1/20范围内轮轨接触点分布连续,特别是直线段在轨底坡为1/20、曲线段在轨底坡为1/40时轮轨匹配性能良好;运营条件下车轮踏面凹磨造成等效锥度过大,轮轨接触点分布不连续,易造成异常晃车;曲线地段车轮踏面凹磨限制了轮对横向运动,导致轮对对中困难,轮轨接触匹配不良,易造成轮轨滚动接触疲劳.     

踏面磨耗对轮轨接触特性影响研究

应用有限元计算方法,以实际测试接触斑验证计算模型和方法的正确性;在此基础上,分析了踏面磨耗对轮轨接触特性的影响。首先,通过实际测试得到轮对的踏面轮廓坐标数据,根据实测数据建立有限元模型。应用感压胶片现场实测得到轮对自重时轮轨接触斑的大小,与有限元仿真轮对重力作用下的接触斑进行对比,证明有限元模型和接触参数设置的正确性。应用此有限元模型,研究了随着车辆运行里程的增加,车轮不断磨耗而发生变化的车轮型面对轮轨接触斑、接触应力的影响变化规律。结果表明:初期随着磨耗的增加,轮轨型面更加匹配,接触应力逐渐减小,磨耗速度逐渐降低;当车轮磨耗到一定程度后,接触应力和磨耗速度又快速上升。     

道岔区固定辙叉心轨垂磨对轮轨动态接触的影响

通过实测数据和文献资料,分析了辙叉区心轨垂直磨耗分布规律,并基于该规律构造了各级垂直磨耗分布曲线。针对重载条件下普速铁路60 kg?m^-1钢轨12号单开道岔,基于车辆-道岔耦合动力学的理论,建立重载货车-道岔耦合动力学模型,计算分析了固定辙叉心轨垂直磨耗对重载货车通过道岔辙叉区轮轨接触的影响规律。结果表明：心轨顶宽20~40 mm范围是实测心轨垂直磨耗较为严重的区域;随着心轨垂直磨耗量的增大,轮载过渡区轮轨接触力最大值和接触力过渡曲线波动性普遍增大,轮轨接触关系随之恶化,心轨与翼轨之间的轮载过渡平稳性随之下降;当轨道几何不平顺较为良好时,心轨顶宽40 mm处垂磨应控制在5 mm之内。     

普速铁路直线钢轨轨距角接触问题分析及治理

基于现场观测和相关动力学仿真分析结果对普速铁路直线钢轨轨距角接触问题进行了分析.基于个性化钢轨廓形打磨技术提出了解决方案,并对实施效果进行了跟踪观测.结果表明,左右车轮非对称磨耗引起的横移量和受力状态、钢轨廓形内侧偏低导致的自对中能力不足分别是车轮和钢轨廓形角度易导致轨距角接触的主要原因.由于普速铁路货车车轮状态不尽理想,因此通过钢轨廓形打磨只能减小接触的概率,较难完全根除.将钢轨廓形与实测车轮的接触位置分布情况预测作为钢轨打磨目标廓形设计结果校核条件之一时可有效优化轮轨接触位置,进而缓解轨距角接触问题.     

基于MATLAB/GUI的温度相关车轮磨耗仿真

车轮磨耗是影响铁路运输安全性和经济性的重要因素,且温度对车轮磨耗有较大影响。为此本研究考虑温度对车轮材料弹性模量、硬度和轮轨间摩擦因数的影响,结合FASTSIM程序及Archard磨耗模型推导了温度相关的车轮磨耗预测模型。随后基于MATLAB图形用户界面(GUI)建立了可进行动态磨耗显示的车轮磨耗仿真平台。最后通过算例对该仿真平台的可靠性进行了验证,并分析了温度对蠕滑区分布以及磨耗深度的影响。结果表明该仿真计算平台可以较好地进行动态磨耗仿真;在温度从-20℃变化为40℃过程中,车轮硬度和弹性模量分别减少5.3%和2.2%,而摩擦因数将增加5.7%;随着温度的提升,黏着区面积逐渐增大,而蠕滑区面积和车轮磨耗量均逐渐减小,该趋势与实际情况基本一致,验证了该仿真计算平台的正确性。因此该仿真计算平台可为跨温度区域的车轮磨耗快速预测提供技术支持。     

重载钢轨磨耗预测模型及接触斑网格密度研究

基于车辆-轨道耦合动力学及轮轨滚动接触分析,结合材料磨损理论建立了钢轨磨耗预测模型,编制了计算程序,可实现钢轨磨耗具体分布及发展的定量预测分析.鉴于轮轨接触斑离散化网格密度在预测模型中的显著影响作用,从接触力、磨耗分布等方面对这一因素的影响机理进行分析,探讨合理的接触斑网格密度.研究结果表明:网格密度不影响计算结果的正确性,但是稀疏的网格密度得到的蠕滑力及磨耗分布存在较多尖锐形状突变,增大密度可提高精度及磨耗分布平滑性,但会成倍增加计算代价;网格密度20×20时,钢轨磨耗速率变化由剧烈趋于稳定,继续增大密度改善效果已不明显,建议预测模型中接触斑网格密度取20×20,在确保精度的同时尽可能拥有较高计算效率.     

地铁车轮凹陷磨耗对踏面接触应力的影响

针对地铁列车运营后出现的车轮踏面滚动接触疲劳现象,利用有限元软件ABAQUS建立考虑轮轨真实几何关系的三维弹塑性轮轨接触数值仿真模型,结合现场调查车轮磨耗结果和轮轨接触几何关系分析,计算分析车轮不同凹陷磨耗状态对踏面材料应力应变状态的影响。研究结果表明:车轮踏面主要凹陷磨耗区域为车轮踏面横向位置-30～50 mm处,轮轨接触几何关系呈强非线性特性,其轮轨接触点位置集中在车轮踏面横向位置20～32 mm或-32～-20 mm。车轮不同凹陷磨耗状态下的轮轨接触状态差异显著,在磨耗突变区(-30～-20 mm)轮轨接触斑呈狭长椭圆分布,导致相同载荷下轮轨接触应力较大。当轮对向外轨横移时,车轮凹陷磨耗接触区域材料易进入屈服状态,此时车轮踏面沿接触斑深度方向0～3.6 mm范围内Von-Mises等效应力最大,踏面表层材料等效塑性应变最大。车轮踏面出现凹陷磨耗后,车辆频繁地通过小半径曲线时易在磨耗突变区造成较高的等效应力和等效塑性应变,从而导致轮缘根部表面材料产生剥离损伤。     

重载铁路钢轨磨耗状态下的轮轨法向接触特性

基于三维弹性体滚动接触理论,对法向接触问题最小余能方程的影响系数和法向间隙进行修正,使其更适用于非平面接触问题的求解.以某重载铁路通过总重达100 Mt的CHN75型面磨耗钢轨为对象,车轮选取LMA系列原始型面,利用修正后的接触模型,研究在30 t轴重作用下的轮轨法向接触特性.结果表明:轮对横移量对轮轨接触特性影响较大,横移量在+12～+14 mm轮轨接触状态变化显著;其中,横移量在+12.9～+13.2 mm时出现两点接触,横移量增大至+14 mm时出现车轮轮缘和钢轨轨距角的接触.     

缓和曲线线型对地铁车辆动力学参数的影响

为了减轻地铁运行中的轮轨磨耗,提高车辆的运行安全性和舒适性,基于车辆动力学理论,通过动力学软件SIMPACK建立轮轨关系模型,针对4种地铁线路缓和曲线线型(线性变化、余弦曲线、正弦曲线和三次曲线)进行研究.分析了各线型下的轮轨横向力、轮轨垂向力、脱轨系数、磨耗功率、轮重减载率和倾覆系数6个动力学参数在列车运行中的变化规律.结果表明:正弦曲线和线性变化对列车在缓和曲线区段的动力学参数数值的变化影响较大;这些动力学参数在缓和曲线线型为三次曲线和余弦曲线时,其数值均处于居中水平,这两种线型在实际设计中可以替换.     

350km/h动车组车轮磨耗对动力学影响研究

为探究中国350 km/h的动车组的车轮磨耗变化及其动力学性能变化,对运营中的某350 km/h的新型动车组进行踏面磨耗跟踪测量,发现车轮在镟修周期内出现了踏面凹型磨耗和轮缘根部磨耗问题。从轮轨接触关系开始对上述发现进行研究,并通过SIMPACK软件仿真模拟,探究在高速下该型车轮磨耗的增加对车辆的动力学性能(包括非线性临界速度、曲线脱轨系数、车辆平稳性指标、磨耗功率)的影响。研究结果表明:350 km/h高速运行的新型动车组,其车轮磨耗主要为踏面滚动圆处的凹型磨耗与轮缘根部磨耗;伴随着车轮磨耗的增加,轮轨接触发生改变,滚动圆两侧的疲劳损伤愈加明显,车辆的动力学性能不断恶化。最后就车轮的磨耗的发生位置与其特点提出了几点建议。     

车轮型面对轮轨黏滑特性影响

利用非Hertz滚动接触理论和数值程序CONTACT分析了LM,LMA,S1002和XP55四种车轮型面与我国CHN60钢轨匹配时的轮轨黏滑特性.数值结果表明:四种车轮型面与CHN60钢轨匹配时的轮轨接触斑黏滑特性明显不同,车轮型面对轮轨接触斑面积、黏滑区分布、轮轨摩擦功等有较大影响;LM型面与CHN60匹配时的蠕滑区面积和轮轨摩擦功较大,且接触斑更容易达到饱和状态;LMA型面与CHN60匹配时的黏滑特性较佳,其接触斑面积、黏着区面积较大;S1002型面与CHN60匹配时的黏滑特性较XP55型面要好.     

高速列车轮轨噪声的降低途径

列车速度是影响轮轨噪声大小的主要因素之一，由于轮轨噪声对车速的依赖性，其声级将随着列车不断高速化会愈来愈大，目前已有许多文献对轮轨噪声进行研究并提出了一些措施，轮轨噪声有所降低，但仍然是列车的主要噪声源。本文通过轮轨噪声的理论分析和实验数据分析，查明轮轨噪声主要来源于钢轨振动产生的辐射噪声，因此，设法减小钢轨的振动是降低轮轨噪声的最有效途径。     

道岔尖轨轨下刚度改变对轮轨动力性能的影响

运用车辆－轨道耦合动力学理论，通过建立道岔垂向几何及刚度不平顺激扰模型，模拟计算了提速列车对提速道岔的动力影响。详细比较了提速道岔尖轨轨下增加弹性前后提速列车对提速道岔的动力作用性能，并进行了实验验证。结果表明：提速道岔尖轨轨下增加弹性以后可大大减轻基本轨至尖轨区过渡段轮－岔垂向相互作用，有效改善道岔的动力性能，延长滑床板及道岔的使用寿命。     

旋转支承钢轮应力分析

以Hertz弹性接触理论和曲梁理论为基础,分析了回转支承空心钢轮的圆周应力对轮轨接触von Mises应力峰值及其位置的影响,通过采用平面应变有限元的进一步分析表明,降低钢轮截面梁高可以提高钢轮的径向柔度,同时圆周应力可以有效地抑制接触正应力,提高钢轮接触强度,但可能使钢轮接触区内yon Mises应力峰值点从中间向两侧分离,导致应力循环次数翻倍,影响疲劳强度.至于对接触区内钢轮的剪应力和钢轨的von Mises应力,截面梁高的变化对峰值和位置的影响则不大.     

考虑轮轨碰撞的转向架蛇行振动的非线性分析

考虑系统中干摩擦力和轮轨相互碰撞作用等非线性因素,建立了3个自由度的货车转向架非线性横向振动数学模型.应用数值方法研究了货车转向架蛇行振动的Hopf分叉、临界速度及转变速度,表明蛇行振动存在两个Hopf分叉不变圈,一个是稳定的,另一个是不稳定的.进一步分析了参数变化时对蛇行振动临界速度及临界不变圈的影响.     

轮轨激励下高速列车头车乘客室室内的声学响应研究

建立了某高速列车头车－轨道的耦合动力学仿真模型、车身的有限元模型、乘客室的声学边界元模型,计算出了由轨道不平顺引起的乘客室内的噪声分布状况,得出了如下结论：当列车运行速度为200km/h时,乘客室内的A声级在61.9～69.6dBA之间变化;乘客室内A声级较大的场点在40Hz、200Hz频率处的声压级较大;要降低乘客室内的噪声,必须对总声级起决定作用的频率段（40Hz、200Hz）采取措施。针对40Hz的低频噪声,最好在声学贡献最大的面板上采取阻尼降噪措施;针对200Hz的中频噪声,则宜在声学贡献最大的面板上敷设一层在该频率上吸声性能好的吸声材料。     

柔性轮对的轮轨接触参数分析

只考虑轮对弯曲振动下的结构柔性,建立了把车轴考虑成铁木辛科梁的柔性轮对简化模型,用格林函数求解其在稳态谐波力作用下的运动方程,从而求出车轮倾斜角位移.根据轮轨接触几何约束关系,用解析方法推导了柔性轮对与钢轨接触几何的约束方程组,对该约束方程组进行求解,得到轮轨接触几何参数,并与相应的刚性轮对轮轨接触参数进行了对比,讨论了轮对弯曲变形对轮轨接触点位置及其接触参数的影响.结果表明,当轮对横移量超过5mm时,轮对的结构柔性会导致轮轨接触参数发生明显变化;该简化模型可以有效地解决需要考虑轮对柔性的轮轨接触计算问题.