车轮扁疤伤损对高速列车轮对动力学性能影响

车轮扁疤是铁道车辆车轮踏面的缺陷形式之一,对轮轨动力和运用安全有明显的影响.本文建立了弹性车辆系统动力学模型,且将车轮扁疤伤损考虑为车轮轮径变化.利用数值仿真,研究了车轮扁疤伤损对高速列车轮轨冲击力、轮对振动及轮轨接触性能等的影响,并结合列车运行安全性指标得到了不同速度等级下车轮扁疤长度安全限值.结果表明,弹性车辆系统模型可以准确体现轮对旋转运动特征.车轮扁疤伤损对轮轨系统垂向和横向均产生冲击作用,对轮轨系统垂向冲击作用尤为明显,将显著增大轮对旋转振动频率及其倍频对应的振动能量,且会激起轮对中高频弹性共振.车轮出现40mm扁疤时,随着车轮旋转运动,轮轨接触点向轮背侧出现周期性横移,轮轨接触斑面积最大可达142mm2,轮轨纵向和横向蠕滑率分别增大4%和16%.轮轨力、轮对振动加速度及轮轨磨耗指数均会随车轮扁疤长度的增加而增大.当列车运行速度在300km/h及以下时,车轮扁疤长度需限制在30mm;当列车运行速度达到350km/h时,车轮扁疤长度需限定在25mm.     

横向振动对列车车轮多边形磨耗的影响

针对列车车轮多边形化问题,探讨分析车辆轮对横向振动对车轮多边形化的影响.基于建立的弹性车辆系统动力学模型,以288km/h和468km/h速度为算例,分别研究车辆正常运行和蛇形失稳工况下车轮与钢轨的接触状态,分析横向振动对车轮多边形磨耗的影响,得到车轮横向振动与车轮多边形磨耗阶数之间的关系.研究了车辆运行速度和车轮半径对车轮多边形磨耗的影响规律.结果表明:随着速度的增大,车轮多边形的阶数随车辆速度的变化具有重复性.在每个重复周期内,多边形阶数随速度增大而减少,速度一定时,车轮多边形阶数随车轮半径减小而减少.     

无砟轨道复合不平顺对高速行车的影响

轨道复合不平顺是由多种垂、横向不平顺叠加而成的复杂随机波,是影响轮轨动态作用和行车稳定的重要因素.为研究高速铁路无砟轨道复合不平顺对行车品质的影响,考虑轮轨间复杂接触关系建立了车辆轨道空间耦合动力学模型,分析了轨向-水平、轨向-高低、轨距-水平、轨距-高低4种复合不平顺的动力影响.结果表明:随着复合不平顺幅值的增加,轮轨力、车体加速度、轮重减载率、脱轨系数等均会增大;轮轨力、舒适性指标和安全性指标随着复合不平顺波长的增大而减小;复合不平顺幅值组合变化时,车辆动力响应对水平、高低不平顺幅值变化的敏感程度高于轨向、轨距不平顺幅值变化.长波不平顺激扰频率与车体自振频率一致或接近时,车体会出现一定的谐振,垂、横向振动加速度有所增加.     

车轮谐波磨耗对轮轨垂向力及车辆稳定性的影响

基于车辆车轮在生产过程中存在质量偏心或几何偏心,导致列车在运行一段时间之后出现车轮谐波磨耗现象,车轮谐波磨耗将对轮轨垂向力及车辆稳定性产生严重影响,以国内某地铁车辆为参考,运用车辆轨道耦合模型理论,采用Fourier级数模拟2阶、3阶车轮谐波磨耗,建立该车的车辆/轨道耦合模型及车轮谐波磨耗模型。仿真计算车轮谐波磨耗及轨道不平顺激扰等因素对轮轨垂向力及车辆稳定性的影响,并分析车辆在单一激扰工况和叠加激扰工况下车辆动力学参数的差异。研究结果表明:速度对轮轨垂向力的影响远大于幅值和相位差对轮轨垂向力的影响,轨道不平顺激扰对轮轨垂向力的影响不大;随着速度增大,车轮谐波磨耗对车辆运行平稳性影响越显著。     

基于ANSYS/LS-DYNA的车轮椭圆化对轮轨滚动接触的影响

运用Proe、Hypermesh建立了二维轮轨接触有限元模型,通过动力分析有限元程序AN-SYS/LS-DYNA,采用隐式显式分析方法计算了车轮椭圆化情况下的轮轨滚动接触.仿真结果分析表明:当椭圆化车轮长轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最小,当椭圆化车轮短轴与轨道接触时,轮轨垂向接触力最大,这样将导致车轮的椭圆化加剧,进而轮轨垂向接触力也增大,周而复始,会造成对车轮和轨道的破坏.轮轨垂向接触力随着车轮椭圆化的加剧和车速的提高而增大,且椭圆化波深比速度的影响更为显著.行驶路程相同的情况下,椭圆化车轮的车轴垂向加速度比新轮的要大,而且随着车速的提高,车轴垂向加速度也随之增大.车速300 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1.25 mm,350 km/h时椭圆化车轮最大允许波深为1 mm,超过上述限度时,需对轮对进行镟修.     

钢轨轧制不平顺对车岔耦合系统垂向动力特性的影响

为分析某18号高速道岔轨道不平顺的产生原因,使用快速傅里叶变换的方法分析其频率分布,道岔转辙器区与辙叉区的钢轨不平顺是钢轨轧制过程中控制精度不足造成的,其主频波长为0.8 m的倍数。基于车辆-道岔耦合系统动力学理论,研究钢轨轧制不平顺对道岔区垂向轮轨力和轮重减载率的影响,并分析不同车辆通过速度条件下最大轮重减载率的变化规律。研究结果表明:车辆以350 km/h的速度通过道岔时,垂向轮轨力变化较为剧烈,其一阶主频为50.51 Hz,与全线轨道不平顺的一阶主频51.27 Hz基本相同,辙叉区最大轮重减载率超过0.8的限值,且持续时间较长,存在脱轨的可能;道岔区钢轨存在轧制不平顺时,车辆速度对最大轮重减载率影响较为显著,为保证轮重减载率不超过0.8的限值,车辆通过高速道岔时理论上应限速160 km/h,当不存在钢轨轧制不平顺时,车辆速度对最大轮重减载率的影响较小。     

焊缝不平顺对车辆-无砟轨道-路基系统振动特性的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,应用有限元方法建立车辆-CRTSIII型板式无砟轨道-路基系统垂向耦合动力学模型,对高速车辆通过钢轨焊缝不平顺的动力学响应进行了仿真分析,并对比了不同形式钢轨焊缝不平顺对系统的影响。有限元计算结果表明:高速行车条件下,钢轨焊缝不平顺会引起车辆、轨道、路基系统动力学性能不同程度的变化,引起轮轨力响应增大,对与不平顺直接接触的轮对和钢轨振动产生较大影响,对行车舒适性影响有限。不同形式的焊缝不平顺对系统影响程度各有不同,凹、凸型焊缝不平顺对动力特性的影响相对接近,凹型焊缝不平顺叠加一短波不平顺后,对轮对和轨道结构振动加速度影响明显,轨道结构应力增大,受力状态恶化。在高速铁路日常运营维护中,应重视钢轨叠加焊缝不平顺引起的冲击振动作用。     

基于格林函数的轮轨缺陷对轮轨垂向动态相互作用的研究

在轮轨垂向耦合振动模型中,把钢轨考虑成离散支撑的连续的铁木辛科梁,用一系悬挂和二系悬挂把在钢轨上滚动的车轮、1/4构架质量块和1/8车体质量块连接起来作为简化的车辆模型。为了高效精确地研究不同车轮和钢轨缺陷对轮轨垂向动态相互作用的影响,对钢轨在移动载荷作用下的运动方程进行拉普拉斯变换,用格林函数法求解其在频域上的响应解,再通过反傅里叶变换求得钢轨在时域内的振动响应。考虑不同工况下车轮的扁疤、多边形化缺陷和钢轨的波磨缺陷,用非线性赫兹接触理论和数值迭代方法计算轮轨垂向冲击力。结果表明:应用格林函数法可以高效准确地求解轮轨垂向动态响应,为在高频范围内研究轮轨作用提供了理论基础。     

1∶5滚动实验台轮轨力连续测量系统

轮轨作用力是评价铁道车辆安全性的主要指标.针对1∶5小比例滚动实验台,开发了轮轨力连续测量系统.首先使用有限元分析和应变实验,得到小比例轮对的最佳测点位置.根据测点的应变输出特性,提出小比例滚动台的轮轨力连续测量方案:轮轨横向力采用轮测法测量,再结合轴测法测量轮轨垂向力.在横向力测量中,一侧车轮采用简易余弦桥,另一侧车轮采用直流桥.研制了小比例测力轮对,静态试验结果说明简易余弦桥的测试精度较高.论文最后给出了1∶5滚动实验台轮轨力的测量结果.     

轮轨型面对车辆曲线通过性及磨耗影响

对比初始与实测轮轨型面对上海地铁A型车的曲线通过性能的影响,并分析不同的轮轨型面匹配对轮轨磨耗、钢轨波浪形磨耗、接触疲劳的影响.结果表明4种不同的轮轨匹配下,车辆的曲线通过性能都能满足车辆动力学性能要求,但新车轮运行在已磨损的轨面上时,曲线通过性能略差,其轮轨横向力和脱轨系数偏高.初始轮轨匹配在过小半径曲线时其外轮轨具有较大的自旋功,且内外轮轨上高的纵向蠕滑率将导致车轮产生粘滑振动,易形成波磨,经过滚动接触疲劳分析,磨损后的车轮踏面易对小半径曲线外轨造成表面接触疲劳破坏.     

基于新欧洲行驶循环的轮边驱动电动汽车平顺性仿真及优化

针对某型轮边驱动电动汽车,为提高车辆平顺性能,推导其动力学微分方程,在MATLAB/Simulink中建立1/4车辆平顺性仿真模型,在新欧洲行驶循环(new european driving cycle,NEDC)工况下,以车身加速度和车轮动载荷为指标,与吸振式轮边驱动电动汽车对比其平顺性能。针对吸振式轮边驱动电动汽车,以车轮最大振动位移的最小值为目标函数对其悬架与吸振器参数进行优化设计,并进行仿真对比。仿真结果表明,优化后的吸振式轮边驱动电动汽车车身加速度均方根值降低了8. 2%,车轮动载荷均方根值下降了0. 12%,明显改善了车辆平顺性能,对改进轮边驱动电动汽车的行驶平顺性能具有一定的指导意义。     

城轨车辆车轮损伤问题研究

城轨车辆以其方便、快捷的优点在大型城市的公共交通领域发挥着越来越大的作用．但是,在给人们带来方便的同时,城轨车辆的噪声问题也给沿线居民增添了很多烦恼．实际运行经验表明,当车轮踏面损伤后,轮轨噪声会不可避免地增大,良好的轮轨关系是降低城轨车辆噪声的根本途径．本文针对国内某城轨车辆在实际运行中出现的车轮踏面损伤问题进行研究,发现该车辆的轮对在运行一段时间后,在轮对踏面与轮缘的交接处就会有大量鱼鳞状剥离出现,并同时伴有车体的垂向振动加大的现象．结构分析发现,车体与构架间的牵引杆长度较小,当轮对受到较大的垂向冲击时,会导致车体与构架形成刚性连接．仿真分析发现将牵引杆两端改为大的橡胶关节连接后,可显著改善车辆的垂向动力学性能,同时,这也有利于缓解车轮的损伤情况．     

机车车辆轮轨接触问题的数值模拟

按照机车、车辆车轮与标准轨道的实际几何关系建立了三维有限元模型，并采用有限元参数二次规划法求解轮轨弹塑性接触问题．通过弹塑性接触计算，得到了大量的轮轨接触力、接触状态和轮轨应力的数据，根据计算结果分析比较了机车轮轨接触和车辆轮轨接触的区别，对轮缘贴靠钢轨形成两点接触时的接触情况进行了初步分析.     

城市轨道交通车辆弹性车轮的开发研究

通过整体车轮和弹性车轮与轨道垂向耦合动力学仿真和振动模态及声学特性分析 ,对弹性车轮减振降噪机理进行了研究 .对研制的承剪型弹性车轮与整体车轮的声学特性进行了试验比较 ,结果证实了该弹性车轮在降低轮轨振动噪声方面显示的优良性能     

轮轨滚动接触问题的研究现状

随着高速铁路的不断发展,轮轨滚动接触问题愈加突出,因此,倍受国内外学者的关注。轮轨滚动接触问题涉及的范围较广且较为复杂,并在一定程度上引发轮轨的疲劳损伤和波浪形磨损等破坏形式。基于理论分析和试验研究两个方面,着重对轮轨滚动接触的发展历史和研究现状进行了总结和分析,并综述了轮轨滚动接触疲劳和钢轨波浪形磨损的研究现状。从现有的研究成果来看,轮轨滚动接触理论已相对较为完善,而对于高速铁路轮轨滚动接触疲劳损伤的形成机理研究仍未形成系统的理论体系。     

驼峰车辆减速器制动噪声的复特征值分析

为研究驼峰车辆减速器对下溜车列进行制动时发出的高频制动噪声问题,以驼峰车辆减速器为研究对象,在ABAQUS软件中建立制动系统有限元分析模型。通过采用复特征值分析理论对制动系统的稳定性进行分析,获得了振动系统不稳定模态在频域上的分布。现场采集制动尖叫噪声并分析其主要振动频率,与理论预测结果进行对比得到相对误差。结合振动频率的分岔曲线和振动模态的耦合情况,对影响制动系统产生不稳定模态的因素进行分析。结果表明,制动轨与车轮接触面间的摩擦系数在0.07~0.17区间内增大时,制动系统发生尖叫噪声的趋势增大,同时,制动轨作用在车轮上的侧向力在50~260 kN区间内增大时,对制动系统也有同样的影响。而被制动车辆的初速度对于制动系统发生尖叫噪声的倾向影响并不明显。可见,摩擦系数和制动轨作用力的变化对车辆减速器在制动过程中产生高频制动噪声的倾向具有重要影响。     

基于ANSYS星轮装载机构的动力学研究

针对星轮装载机构在工作过程中存在受力不恒定的问题,对星轮机构进行动力学分析,确定了煤岩对星轮的激振力,并以直斜形星轮为例,利用Ansys软件对星轮进行模态分析和谐响应分析,得出了星轮机构在动载荷作用下的振型、应力及应变情况,分析指出了星轮受载荷最大处的位置,为研究改进星轮的设计和改善星轮的性能提供理论依据。     

机车通过固定辙叉动力学性能

针对机车通过固定辙叉时的动力学性能进行研究，基于铁路车辆系统动力学理论，采用75 kg/m钢轨12号道岔固定辙叉和JM3标准车轮型面，应用SIMPACK软件建立机车-固定辙叉系统动力学模型。分析机车在不同速度、从不同方向通过固定辙叉时的动力学性能。结果表明：机车通过固定辙叉时，垂向力，磨耗数的速度敏感区主要在70~80 (km·h-1)间。脱轨系数的速度敏感区主要在90~100 (km·h-1)间。提高速度会降低机车运行稳定性，增大脱轨风险，加重轮轨磨耗。在相同速度下，机车逆向过叉时的运行平稳性较差，脱轨风险较大，轮轨磨耗较严重。     

地铁列车运行对路基激振力频率特性研究

通过轮轨相互作用关系,建立由上部车辆与下部轨道两子系统组成的地车辆一轨道垂向耦合系统模型,分析了地铁列车运行引起的轨道路基激振力频率特性。讨论了其与建筑结构振动响应的关系以及相关的减振措施。分析结果表明,地铁列车运行对路基产生荷载一般在10Hz以下,特剐集中在5Hz以内,主要表现为低频段,其频谱范围与一般建筑结构前几阶自振频率接近,容易诱发建筑结构的共振,从而放大结构的振动响应。     

高速列车车轮与曲尖轨接触分析

为了研究高速铁路曲尖轨磨耗严重的问题,现场实测不同位置处的18号高速道岔曲尖轨型面及不同磨耗程度的高速列车车轮型面,建立车轮-基本轨-曲尖轨有限元模型,进行轮轨弹塑性接触分析,得出如下结论:车轮与尖轨接触状态受车轮磨耗程度与沿尖轨线路接触位置影响;使用标准车轮的情况下,当尖轨与基本轨共同承担载荷时,随着距尖轨尖端距离的增加,尖轨所受最大等效应力呈先增大后减小的趋势,当超过屈服极限时,易造成尖轨飞边;当尖轨单独承担全部载荷时,所受最大等效应力急剧增加,塑性变形加重,侧磨加剧.不同磨耗程度的车轮对尖轨会造成不同损伤,磨耗Ⅰ型车轮易造成尖轨压溃,磨耗Ⅱ型、磨耗Ⅲ型、磨耗Ⅳ型易使尖轨发生飞边,剥离掉块.