扣件刚度频变特性对轮轨振动噪声的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论和声学理论,建立了考虑扣件刚度频变特性的轮轨滚动噪声频域分析模型。模型中,通过车轮有限元分析获得其模态特征向量,建立考虑车轮弹性的动力学方程;钢轨视为由刚度随频率变化的扣件离散支承的铁摩辛柯梁模型;通过等效线性化轮轨接触形成轮轨耦合动力学频域分析模型;将轨道粗糙度作为输入并考虑接触区滤波,计算得到了车轮和钢轨的振动响应频谱及声辐射功率频谱,并分析了扣件刚度频变特性对轮轨垂向振动以及轮轨滚动噪声的影响。结果表明,扣件刚度的频变特性对钢轨导纳特性、轮轨相互作用力频谱、钢轨总声功率影响明显,而对车轮总声功率影响较小;与扣件常刚度模型计算结果相比,钢轨振动沿纵向传播的衰减率增大,钢轨声辐射功率在100~1 250 Hz频段明显减小,轮轨总辐射声功率约减小2.4 dBA,轮轨噪声辐射声压预测值与试验结果对比表明,频变刚度模型可有效修正常刚度系数模型对轮轨噪声的过高估计。     

铁路钢轨打磨目标型面研究

提出一种基于轮轨接触界面法向间隙的钢轨踏面设计方法,寻找了重载线路上较小轮轨接触应力水平的钢轨打磨目标型面,为新铺设钢轨预打磨及预防性打磨方案的设计提供理论依据。根据三维非赫兹滚动接触理论寻找了轨头的优化范围,在此范围内能保证轮对动态横移过程中,轮轨接触点附近最小法向间隙的钢轨轨头外形。针对重载线路轮轨伤损严重的问题,利用目前的方法对现有的60kg/m钢轨进行了优化设计。利用车辆-轨道耦合动力学理论及三维弹性体非赫兹滚动接触理论对优化前后钢轨踏面与原车轮接触时静态接触性能及动态接触性能进行了分析。结果表明,优化后轮轨界面之间具有较好的"共形"接触特性,在不降低车轮其他动力学性能的情况下,钢轨踏面优化后的轮轨接触应力显著地降低,并且使左右轮轨磨耗程度趋于均衡,可以有效降低轮轨磨耗与滚动接触疲劳。     

地铁轮轨耦合不平顺激励对轨道振动影响分析

轮轨动态输入激励直接影响车辆-轨道耦合模型的计算结果。目前在地铁列车环境振动振源研究中,大多只考虑了轨道不平顺的激励而忽略了车轮不圆顺的影响。为了构建地铁轮轨耦合不平顺激励、综合分析轨道不平顺以及车轮、钢轨的磨耗状态对轨道动力响应的影响,对一列地铁列车进行了车轮不圆顺的现场测试,同时对一段区间隧道内的轨道不平顺和钢轨粗糙度均进行了测试。基于车辆-轨道耦合频域解析模型计算了轨道动力响应,比较了不同轮轨激励模式对计算结果的影响。同时,在同一区间隧道内实测了钢轨振动响应,用以验证不同激励模式计算结果的准确性。结果表明:美国谱和Sato谱会低估车轮不圆顺典型波长控制频段的振动响应,从而难以准确获得8 Hz~200 Hz频段的振动响应;按能量叠加方法获得的轮轨耦合不平顺谱可反映完备的轮轨激励信息,以此作为激励,在8 Hz~200 Hz频段,可计算获得与实测值更相近的模拟计算结果。     

车轮踏面擦伤识别方法

为研究车辆车轮踏面擦伤的动态检测及识别方法,建立车辆轨道耦合动力学模型及车轮擦伤模型,计算车辆动态响应;通过改进的经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）、Hilbert-Huang变换（HHT）分析方法研究正常车轮与擦伤车轮引起的轴箱垂向振动特征,对比不同深度、长度车轮擦伤的Hilbert谱间差异及车辆运行速度对Hilbert谱影响;用小波包（Wavelet Package,WP）变换对擦伤程度定量判断。研究结果表明,该方法能有效对车轮踏面擦伤进行识别,且不受车速影响。     

基于ANSYS二次开发的轮轨耦合模型及应用研究

基于ANSYS的二次开发技术,首先利用APDL语言提出一种具有广泛适用性的轮轨耦合相互作用计算方 法。在该计算方法中,车辆部分基于多体动力学理论建模,并通过APDL语言编程到ANSYS中,再根据有限元理论对 轨道部分进行仿真,充分考虑轮轨非线性接触,车辆系统和轨道系统分别采用显式积分和隐式积分求解。然后,通过 与文献中采用交叉迭代算法计算得到的车辆-轨道垂向耦合系统动力响应对比,验证模型和计算方法的正确性。最后, 以高速列车-CRTSⅡ型板式无砟轨道为例,利用该方法分析扣件失效数量对耦合系统动力响应的影响。研究结果表 明：单个扣件失效对车辆系统的动力响应影响有限,对于钢轨的动力响应影响较大;扣件失效数量的增加会显著增大 车轨系统的动力响应,加剧轮轨的磨耗和相邻钢轨扣件的失效。提出的计算方法可以对不同型式的轨道结构和轨下 基础进行分析,对于轮轨耦合动力特性的研究具有很好的适用性。     

车轮多边形态下机车轮轨动态响应研究

某和谐型电力机车车轮运营中表现出较为严重的多边形磨耗,对机车的零部件失效、乘坐舒适性和运行安全性产生较大影响。为研究车轮多边形态下机车轮轨动态响应规律,基于SIMPACK软件建立了考虑机车牵引行为和轮对、钢轨等部件柔性的刚柔耦合动力学模型,利用机车振动试验结果对模型进行验证。研究了典型车轮多边形阶次、幅值和运行速度等对轮轨力和振动响应的影响,并分析了机车牵引行为对轮轨蠕滑率/力和车轮磨耗的影响。结果表明,速度等级为70 km/h时,车轮18阶多边形态下激发了轮对一阶弯曲共振,出现了轮轨力波动大和机车异常振动的现象;机车牵引状态下显著增大了纵向蠕滑率的波动幅值,并提高了纵向蠕滑力,导致轮轨磨耗指数相比无牵引工况下大幅增加,加剧车轮多边形磨耗的发展。     

基于ANSYS二次开发的轮轨耦合模型及应用研究

基于ANSYS的二次开发技术,首先利用APDL语言提出一种具有广泛适用性的轮轨耦合相互作用计算方 法。在该计算方法中,车辆部分基于多体动力学理论建模,并通过APDL语言编程到ANSYS中,再根据有限元理论对 轨道部分进行仿真,充分考虑轮轨非线性接触,车辆系统和轨道系统分别采用显式积分和隐式积分求解。然后,通过 与文献中采用交叉迭代算法计算得到的车辆-轨道垂向耦合系统动力响应对比,验证模型和计算方法的正确性。最后, 以高速列车-CRTSⅡ型板式无砟轨道为例,利用该方法分析扣件失效数量对耦合系统动力响应的影响。研究结果表 明：单个扣件失效对车辆系统的动力响应影响有限,对于钢轨的动力响应影响较大;扣件失效数量的增加会显著增大 车轨系统的动力响应,加剧轮轨的磨耗和相邻钢轨扣件的失效。提出的计算方法可以对不同型式的轨道结构和轨下 基础进行分析,对于轮轨耦合动力特性的研究具有很好的适用性。     

扣件胶垫温变特性对车辆-轨道垂向耦合动力响应的影响分析

为了更加科学的表征扣件系统的温变力学特性,以此实现车辆-轨道耦合振动的精确预测,以高速铁路WJ-7B型常阻力扣件的扣件胶垫为研究对象,采用动态力学分析仪对扣件胶垫进行温度扫描试验,将试验所得的模型参数与基于格林函数法建立车辆-轨道垂向耦合动力学分析模型相结合,采用虚拟激励法分析扣件胶垫温变对车辆、轨道的结构振动响应的影响规律。计算结果表明:扣件胶垫的模量值和损耗因子具有明显的低温敏感性;扣件胶垫的温变特性对车体的振动响应基本无影响;转向架、轮轨力、轮对、钢轨在中频段内的振动响应峰值频率随温度降低均向右迁移,峰值减小;扣件胶垫的刚度和损耗因子在玻璃化转变区数值较大,导致轮轨耦合系统的刚度和损耗因子均较大,表现为振动主频的右移和高频振动响应的衰减。     

考虑轮轨材料等效疲劳损伤车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应

车轮扁疤是车轮踏面缺陷常见形式之一,会产生较大的轮轨冲击,影响列车运行的平稳性和安全性.该研究建立了三维轮轨滚动接触有限元模型,采用显式有限元法研究了车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应,描述了车轮扁疤冲击钢轨整个过程中轮轨接触状态的变化,着重分析了轮轨材料疲劳损伤与应变率效应对轮轨冲击响应的影响,并讨论了列车速度、扁疤长度...     

车轮状态变化对重载货车轮轨作用力影响

重载货车在实际的生产及服役条件下,轮轨之间的相互作用不仅受各种轨道不平顺激励的影响,也会受到车轮状态变化的激励作用。从车轮运行状态的角度研究重载货车轮轨间相互作用,分别以车轮磨耗前后踏面形状、车轮多边形化、车轮质量偏心和轮对结构变形四种车轮运行状态来模拟分析车轮各状态参数与轮轨垂向作用力的关系,并总结其影响规律。研究表明：车轮踏面形状主要影响轮轨接触斑面积以及接触应力分布,磨耗后车轮比新轮的接触应力分布范围更广泛;在不同速度下,车轮多边形化的波深、相位差及谐波阶数对轮轨垂向力产生不同程度的影响;车轮质量偏心对轮轨产生周期性垂向冲击,但振动幅度并不大;轮对挠度的动态变化对轮轨动态接触载荷影响比较显著,尤其是轮对结构弯曲振动加剧了轮轨垂向动作用力。     

考虑轨道弹性时机车轮对的纵向振动研究

在电机轴悬式机车-轨道垂向耦合动力学模型的基础上,考虑了机车的纵向运动自由度,通过对比牵引工况下考虑和不考虑轨道弹性时的轮轨作用力及轮对振动加速度,得到了轨道弹性变形对轮对轮轨切向力及其纵向振动的影响规律。研究结果表明,当轮轨界面无不平顺激扰时,考虑或忽略轨道结构的弹性对轮对牵引力的发挥及纵向振动影响不大;在不平顺激扰下,轨道结构参与轮轨间的耦合振动,由于轨道垂向的弹性及阻尼作用,轮轨垂向力特别是高频力得到缓冲及衰减,致使50Hz以上高频段的轮轨切向力及轮对纵向振动变的缓和,利于轮周牵引力的稳定发挥。总体上,分析模型中若不考虑轨道弹性会造成预测的轮轨切向力及轮对振动加速度偏大。     

地铁车轮磨耗测试及数值仿真

对某地铁线路的车轮磨耗进行了跟踪测试,掌握了该线路车轮磨耗特征;从轮轨关系研究的角度,分析了轮缘异常磨耗的原因;建立了地铁车辆动力学仿真模型,结合基于磨耗功的车轮磨耗评价方法,提出了车轮磨耗减缓措施。车轮磨耗测试结果表明,该线路地铁车轮以轮缘磨耗为主,且存在轮缘偏磨现象;轮缘缺乏润滑和线路小半径曲线分布不对称是造成轮缘磨耗过大和轮缘偏磨的主要原因。仿真结果表明,适当降低一系纵向刚度有利于减缓车轮磨耗;采用轮缘润滑或小半径曲线外轨轨侧涂油等方式降低摩擦系数,能显著降低轮缘和轨侧磨耗,摩擦系数每减小0.05,轮轨磨耗将降低约16.1%;载客量的大小对轮轨磨耗具有一定的影响,轴重每增加1 t,轮轨磨耗将增大约4.8%。针对所调查的地铁线路实际情况,建议对小半径曲线外轨采取涂油措施,以减小轮缘和轨侧磨耗;此外,定期对车辆进行掉头运行,以减缓轮缘偏磨现象。     

Investigation on the damage mechanism and prevention of heavy-haul railway rail

The objective of this paper was to investigate wear and damage behavior of heavy-haul railway rail. Furthermore, the mechanism and preventive measures of heavy-haul rail damage were explored in detail. The results show that the rail side wear and surface spalling are dominating damage mechanism for Datong-Qinhuangdao heavy-haul railway. With the annual transport volume increasing, average wear volume and maximal wear volume of rail side each month reach 1.98 mm and 4.16 mm, respectively. Rail side wear has become the decisive factor of replacing of heavy-haul curved rail. The hardness of damage rail is higher than that of new rail due to severe work hardening and plastic streamline deformation. Fatigue cracks initiate from wear surface of damage rail and there are different propagation path on the crack growing process. The intergranular and transgranular growth are dominating propagation modes for the heavy-haul rail cracks. Furthermore, there is a competitive and restrictive coupling relationship between fatigue crack damage and rail wear. Large axle load and unreasonable matching of wheel/rail profiles would cause serious wear and spalling damage of heavy-haul wheel/rail. New wheel profile with good matching ability for CHN75 rail should be designed and optimized. The laser quenching can increase surface hardness and improve wear-resistance of wheel/rail materials. The surface damage of wheel/rail specimens with laser quenching is relatively slight. In a word, laser quenching can be used to treat rail side and wheel flange for prolonging wear life of heavy-haul wheel/rail in the field.     

铁路钢轨扣件系统垂向动力模型及振动特性

该文针对铁路钢轨扣件系统,分别考虑了扣压件及垫层的弹性特性,并考虑了扣件系统中扣压件的预压力,建立了详细的垂向动力分析模型,并推导了钢轨受力方程,然后基于车辆-轨道耦合动力学理论,分析了扣件系统垂向振动特性,结果表明:扣压件及垫层的弹性变形均受预扣压力及轮轨动态相互作用力的影响,扣压件及垫层作用在钢轨上的力均含有预扣压力及轮轨力的成分。因此,在铁路轨道扣件系统的动力分析与设计研究中,有必要分开考虑扣压件及垫层的弹性特性。     

基于两种轨道线路建模方法的地铁车轮磨耗预测对比分析

轨道线路对车轮磨耗具有重要影响。建立地铁车轮磨耗预测模型，模型包括车辆动力学模型、基于Hertz理论和FASTSIM算法的轮轨局部接触模型、基于Tγ/A-磨损率函数的磨耗模型、平滑与更新策略以及轨道线路模型。对比分析等效轨道线路法与真实轨道线路法两种轨道线路建模方法在建模复杂度、车轮磨耗预测结果与计算效率方面的差异。利用实测的车轮磨耗对Tγ/A-磨损率函数进行修正，并对磨耗预测模型进行验证。结果表明:与等效轨道线路法相比，真实轨道线路法建模较为复杂，但其可以更好地模拟实际轨道线路；二者磨耗预测结果差异较小，且均与实测结果较为吻合，但前者计算效率约是后者的3.7倍。采用等效轨道线路法建模可以较好地兼顾计算精度与效率。     

车辆蛇形运动状态下重载铁路轮轨系统振动特性

该文针对重载铁路货车车辆,从大系统角度,研究了蛇形失稳时的轮轨动态相互作用特征,仿真计算了当货车车辆以高于其非线性临界速度运行时的轮轨系统振动姿态。理论分析结果表明,轮对蛇形运动时,轮轨接触点在车轮踏面与轮缘根部交替变化,导致轮轴横向力变化非常剧烈,最大值接近正常值的10 倍。在轮轨横向力的作用下,轮对以11.25Hz 频率在轨道中心线左右横向运动,幅度达到了15mm,且摇头角位移较大,轮对蛇形运动波长为3.4m;钢轨横向振动也非常明显,将进一步加剧轮对横向运动。另外,轮轨横向相互作用力及钢轨横向振动位移的主频与轮对蛇形频率一致。     

轮轨油污染黏着特性的研究

运用数值算法研究了轮轨在油污染时的黏着特性。以部分弹流理论为基础借助于多重网格作为数值计算工具建立了二维轮轨在油污染状态下考虑表面粗糙度的轮轨黏着计算模型。研究了在有油污染情况下轮轨间接触压力分布以及列车运行速度和接触压力对轮轨黏着系数的影响。给出了轮轨介质接触时的固体承载及液体动压分布。计算结果表明:随着速度的提高,黏着系数逐渐降低,最后基本上趋于稳定;随着接触压力的增大,黏着系数逐渐增大。     

激光淬火对重载轮轨磨损与损伤性能的影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究了激光表面淬火对重载轮轨磨损与损伤性能的影响,分析了激光淬火对重载轮轨表面损伤的作用机理.结果表明:激光淬火处理后轮轨试样存在一定厚度的淬火处理层,其组织主要为均匀致密的马氏体层;激光淬火可明显提高车轮和钢轨试样的表面硬度,其硬度分别增加35.7%、33.5%;激光淬火基本不改变轮轨试样的滚动摩擦系数;激光淬火可增强轮轨试样的耐磨性,相比淬火前车轮和钢轨试样磨损量分别降低62.9%和66.0%;未处理轮轨试样表面损伤主要表现为明显的剥落损伤,激光淬火后轮轨表面损伤相对轻微,主要表现为小麻点式剥落损伤,重载工况下激光淬火处理使轮轨试样具有较好的抗表面损伤能力.     

车轮原地打滑时轮轨接触界面摩擦温升分析

简要介绍了轮轨滚滑接触摩擦温升的研究历史和现状。基于有限元法和非稳态传热方程,建立了车轮在钢轨上原地打滑时轮轨摩擦热分析模型,分析车轮打滑速度对钢轨接触斑附近温度场的影响。模型考虑了轮轨与环境间的热辐射和热对流边界条件、轮轨接触区的相互换热以及轮轨材料热物性参数随温度的变化。分析结果显示:车轮原地打滑时,钢轨表面温升率在打滑初期非常高,随后温升率逐渐趋于零;表面温升达到稳定状态后,钢轨表面温升与轮轨接触区相对滑动速度呈线性关系;当车轮打滑转动的角位移相同而其他条件不变时,钢轨表面热影响层厚度基本不随相对滑动速度的大小而变化。     

轨道接头压陷激励下轮轨垂向振动分析

本文基于车辆－轨道耦合大系统的思想，将钢轨简化为弹性点支承有限长的欧拉梁、轮轨接触关系采用弹簧接触，建立了轮轨动力学模型。对车轮匀速行驶过程中，在轨道接头压陷激励下轮轨相互作用产生垂向振动响应作了分析。并得出车速、轨头压陷波深对振动的影响。