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。     

车轮踏面磨损测定器

火车车轮踏面的磨损往往与车辆脱轨等重大事故有关,因此需要不断测定、监视车辆踏面的形状,日本吉田精机公司生产的车轮踏面磨损测定器不但能测定从车辆上取下来的车轮踏面形状,也可测定装在车辆上的     

两种机车车轮踏面的应用分析

分析了机车圆锥形车轮踏面与磨耗型车轮踏面设计特点,并比较了这两种形式踏面的实际应用结果,得出了磨耗型车轮踏面不仅可以减轻轮缘轨侧磨损,同时还可以减轻钢轨侧面磨损的结论。     

车轮与桥面铺装层接触应力计算分析

根据接触问题非线性的特点,采用有限元计算与现场试验测试相结合的方法,进行了车轮与桥面非线性接触应力的计算,探讨了接触计算条件和接触求解过程.在此基础上计算了车轮与桥面铺装层表面接触时的接触应力,得到了接触应力的分布形状和大小的规律,以及车轮作用下的局部轮压力是一个非均匀分布模式的结论.根据计算结果提出了车轮与桥面铺装层局部接触应力的计算模式,为桥面铺装层结构的设计计算提供了依据.     

轮轨滚动接触疲劳寿命的计算方法

对列车车辆轮轨滚动接触进行了分析,指出在滚动过程中其接触点位置具有随机性,可以用正态分布规律进行描述。在此基础上,利用LM型踏面车轮与CHN60钢轨发生接触的接触点位置和接触应力计算方法,构建了能够对轮轨滚动接触过程中车轮表面接触点位置、接触次数和接触应力进行计算的方法。应用疲劳损伤积累假说和疲劳曲线方程,构建出能够对实际线路上的车轮表面各点疲劳寿命损伤进行计算的数学模型。应用该模型,针对具体的铁路线路进行了算例计算和研究,得出了车轮的理论疲劳寿命,并对直道和弯道行驶过程中,不同接触位置所形成的疲劳损伤程度进行了计算和分析。     

美国AAR与LMA车轮踏面在CHN60上的动力学对比分析

不同车轮踏面与不同轨道的配合,对于车辆在轨道上的运行情况有着很大的影响,与高速铁路车辆在轨道上运行时的乘客的舒适性、车辆的安全性及铁路车辆车轮与轨道之间的动力特性密切相关。为研究美国车轮踏面(AAR型踏面)与LMA踏面的动力学性能,采用专业的轨道车辆系统动力学分析软件SIMPACK进行不同踏面的车辆建模分析,通过不同轮对踏面在同一钢轨上的运行情况,对比分析两种踏面的车辆的动力学性能。文章就车辆在轨道上运行时的平稳性、安全性以及车辆运行时通过曲线的能力,从这三个方面对比分析AAR和LMA车轮踏面在高速行驶的过程中的动力学性能。     

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。     

高速列车车轮踏面外形优化设计

为了对高速轮对踏面外形进行优化改进,提出了一种基于轮径差相对于轮对横移量的函数为设计目标来反推铁道车辆车轮踏面外形的优化方法,并研制了相应的计算程序.对LMa,S1002G和XP55型踏面的优化结果表明,优化后的轮对踏面外形具有良好的几何接触特性和动态特性.提出了高速踏面选型的优化流程.     

铁路车轮结构动力学分析与仿真

本文采用国内铁道客车用外径为915D的s型辐板车轮为研究对象,利用Ansys有限元软件建立车轮三维有限元模型,分析车轮的固有特性（模态）,得到车路在固有频率下的振型,并总结出了标准车轮的振动特性及其规律.进行了车轮谐响应分析,并得到加速度和位移导纳幅值.研究结果表明：车轮的模态分析中,频率在0～300 Hz范围内车轮几乎没有变形;在300～1000 Hz范围内,车轮主要表现为踏面的轴向振动;在1000 Hz以上时除了踏面的扭摆振动,开始出现辐板的轴向和径向振动,在高频段内辐板和踏面是车轮的主要振动部位.并且由于车轮模型的对称性,使得车轮各阶模态振型左右对称.车轮的谐响应分析中,在8～1000 Hz的低频段,车轮辐板以面外振动为主,对应的轴向位移导纳比径向位移导纳大.在1000～4000 Hz的高频段范围,以面内振动为主,对应的径向位移导纳更大.车轮在8～4000的计算频域内的共振频率较多.在每个共振频率后,都对应出现一个响应很低的反共振频率.     

一种新型踏面制动单元闸瓦托的研制及分析

<正>一、概述闸瓦托是踏面单元制动器的重要组成部分,其功能是对闸瓦提供可靠的固定和定位,并向闸瓦有效的传递制动力。现有机车上的踏面制动单元在机车车辆重量发生变化,运行时转向架产生振动情况下以及闸瓦与车轮踏面的磨耗等情况下将导致闸瓦与车轮踏面的间隙不均匀,从而导致闸瓦偏磨及制动时制动力的变化,因此研制一种克服闸瓦偏磨及制动力不稳定的闸瓦托结构是完全必要的。本文重点研究一种新型的闸瓦托结构,能够满足闸瓦不偏磨及制动时制动力的变化范围小。     

高速动车组车轮型面多目标优化镟修

提出一种新的高速动车组车轮型面优化镟修方法,以与车辆系统动力学中的临界速度、影响轮轨系统磨损接触疲劳的接触应力和车轮名义滚动圆直径大小相关的三个函数为目标函数,以车轮外形曲线控制点的纵坐标为设计变量,样条曲线控制点的纵坐标上下界作为曲线的附加条件,以车轮型面的轮缘高、轮缘厚、接触角参数及样条曲线的导数作为车轮外形的几何约束参数,建立了高速动车组车轮型面多目标优化镟修模型.优化结果表明:基于多目标优化镟修模型,可以使得磨耗后的车轮不必镟修到标准型面就可以达到接近于标准型面时的综合性能,并且减少了车轮外形的镟修量,延长了车轮的使用寿命.     

车轮超声波检测用表面波探头的研制

通过对表面波特性、产生的方法进行理论分析及实验,获得了表面波探头入射角和前沿尺寸的设计方法和计算公式.制造出的表面波探头经过测试和在轮箍上应用,具有较高的灵敏度和信噪比,可满足车轮踏面的探伤要求.     

地铁车轮踏面横向裂纹微观实验分析

地铁用CL60车轮在运行接近7万公里入库检查时发现踏面存在横向裂纹3处,为了确定失效车轮踏面横向裂纹性质及产生原因,利用热酸浸装置、金相显微镜及扫描电子显微镜等方法对CL60车轮踏面裂纹进行了微观实验分析。结果表明,地铁车轮踏面裂纹产生的原因为踏面存在超常制动热,容易在踏面表层形成较深的热影响层,同时造成表面拉应力,从而导致产生热疲劳裂纹。     

球轴承中的点接触问题

通过对两个主曲率平面两两共面的光滑弹性体的接触几何分析，给出了球轴承滚动体与滚道接触区诸如接触变形、接触应力等力学参数的计算方法，为滚动轴承的设计分析提供了计算依据。     

车轮踏面擦伤的集成粗糙神经网络预示诊断

车轮踏面擦伤的预示诊断对列车安全运行具有重要意义。在分析粗糙集和神经网络特点的基础上,结合预示诊断中多传感器、多特征的要求,提出了一种粗糙集与多个神经网络相结合的车轮踏面擦伤预示诊断方法。该方法采用时频域都具有高分辨率的小波分析从车轮振动信号中提取擦伤特征,利用粗糙集的数据约简确定神经网络的初始拓扑结构,通过网络训练建立故障特征与故障之间的映射关系,从而实现踏面擦伤的多传感器融合诊断。实验结果表明该方法具有良好的预示诊断性能。     

基于轮轨非Hertz接触的影响系数的有限元计算方法

采用非Hertz接触理论求解轮轨接触问题时,影响系数对轮轨接触应力与接触斑大小产生重要影响.由于当车轮轮缘与钢轨在轨距角处发生接触时,非Hertz接触理论中基于弹性半空间条件下的影响系数已不适用,所以利用有限元方法求解了全空间内轮轨非Hertz接触的影响系数,并对Kalker的非Hertz接触理论做了修正.在保证计算效率的前提下,以30t轴重重载铁路CHN75钢轨和LM磨耗车轮踏面为例,采用修正的非Hertz理论及轮轨接触分区模型P_M(partition model)分别计算了轮对横移量为0~8mm时的轮轨接触斑面积及接触斑应力.研究结果表明,用有限元法计算出的影响系数大于Bossinisqe-Cerruti公式求出的影响系数,并且在轨距角处的影响系数大于轨顶处.修正的非Hertz理论计算出的法向应力和接触斑面积始终要比P_M模型计算出的法向应力略大一些,且随轮对横移量的增加,两种轮轨法向接触模型计算出的法向应力和接触斑趋势一致.当横移量为0~4mm时,最大接触斑面积可达173.75mm2,轮轨型面较为匹配;当横移量持续增大时,由于车轮与钢轨轨距角接触,接触面积急剧降低,同时法向应力急剧增大.     

LMA和LM型踏面对机车脱轨性能分析

不同的轮对踏面与钢轨的配合对机车的脱轨性能影响很大.应用SIMPACK软件分别建立了LMA和LM型踏面的机车模型及钢轨模型,通过不同速度下小半径曲线上的仿真,分析了2种踏面对机车脱轨性能的影响,结果表明:合理的踏面轮对与钢轨的配合可以提高机车的脱轨性能,LMA型踏面的脱轨性能优于LM型踏面.     

地铁道岔轨顶坡对尖轨磨耗的影响

针对地铁道岔磨耗严重及使用寿命短等问题,利用有限元方法建立道岔区三维弹塑性轮轨接触计算模型,通过计算尖轨接触应力、接触斑面积及内部应力等,分析轨顶坡对尖轨磨耗的影响。模型中车轮型面采用实测磨耗状态LM型车轮型面。研究结果表明:设置轨顶坡时,尖轨接触应力及内部应力均比不设置轨顶坡的小;以尖轨顶宽35.5 mm断面为例,当轨顶坡从1/40增大到1/20时,其接触应力最大值从904.267 MPa减小至686.266 MPa,Von Mises应力最大值从552.123 MPa降低至493.755 MPa,状态由塑性变形转变为弹性变形,有利于减小尖轨磨耗;增大尖轨断面顶面宽度可以提高其受力状态,延长道岔使用寿命;综合考虑尖轨受力状态,1/20轨顶坡优于其他轨顶坡。     

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。     

软接触可变角表面波探头研制及应用

介绍一种用于车轮踏面缺陷检测的、与便携式超声探伤仪配套的软接触表面波探头，它与各种磨耗量不同的踏面均有良好的耦合效果，能检测出踏面上的裂纹、擦伤、剥离等缺陷。