山地城市地铁制动/轨道结构参数对钢轨波磨的影响

目的 山地城市地铁相较于平原城市地铁具有爬坡大且曲线多的复杂线路特点,其钢轨波磨问题更加严重。探究山地城市地铁制动区间钢轨波磨的形成机理,提出相应钢轨波磨的控制方法。方法 首先,结合现场调研建立了轮对-轨道-制动系统的有限元模型。然后,采用复特征值分析法研究了轮对-轨道-制动系统的摩擦自激振动特性,进而对制动闸片的表面织构及扣件参数进行参数化分析。最后,基于最小二乘法,采用2种拟合方程对扣件参数进行多参数拟合,并采用遗传算法与粒子群算法确定抑制钢轨波磨扣件参数的最优解。结果 发现轮对-轨道-制动系统存在2个不稳定振动频率,分别为653.73 Hz与584.76 Hz,其中653.73 Hz的复特征值实部较大,为46.53。对比不同表面织构,采用正六边形织构表面闸片的轮对-轨道-制动系统复特征值实部最小,为19.46。对比扣件参数优化前后,采用优化后的扣件参数的轮对-轨道-制动系统复特征值实部较小,为0.49。结论 轮轨子系统与制动子系统的摩擦耦合作用导致轮对-轨道-制动系统摩擦自激振动,是诱导山地城市地铁制动区间钢轨波磨产生的重要因素。当采用正六边形表面织构闸片或设置扣件参数中垂向刚度为36.2 MN/m,垂向阻尼为2 800 N.s/m,横向刚度为25 MN/m,横向阻尼为2 000 N.s/m时能有效抑制钢轨波磨的产生。     

扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响

目的 研究扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响,获得抑制钢轨波磨的有效措施。方法 建立小半径曲线DTVI2扣件的轮轨系统有限元模型,对扣件系统进行实体化建模,考虑轨下垫板之间的接触情况,同时模拟扣件系统中弹条预紧作用。采用复特征值分析和瞬时动态分析研究轮轨系统的摩擦自激振动特性,并将预测结果与现场测试结果对比,揭示该区段钢轨波磨产生的原因。最后开展轨下垫板材料属性以及扣件结构参数的影响分析,获得其对钢轨波磨的影响。结果 轮轨间饱和蠕滑力引起轮轨系统发生频率为500 Hz的不稳定振动,会导致波长为30 mm的钢轨波磨。轨下垫板杨氏模量在10~50 MPa区间,等效阻尼比先从‒0.015 2减小到‒0.016 9又增大到‒0.014 2;阻尼系数在0~0.000 1区间内,等效阻尼比从‒0.016 9增大到‒0.010 2;轨下垫板泊松比的变化没有引起系统等效阻尼比发生明显的变化;扣件间距在575~675 mm区间内,等效阻尼比从‒0.016 3降低到‒0.019 0;等效阻尼比随着弹条预紧力的增大而增大。结论 选取合适的轨下垫板杨氏模量可以减轻由轮轨摩擦自激振动导致的钢轨波磨;提高阻尼系数对轮轨系统的自激振动具有较强的抑制作用;而轨下垫板的泊松比对钢轨波磨的影响较小;适当减小扣件间距可以略微降低钢轨波磨的产生趋势;增大弹簧预紧力可以抑制由轮轨系统摩擦自激振动导致的钢轨波磨。     

小半径曲线内轨波磨外轨无波磨原因的研究

目的研究铁路小半径曲线线路内轨有波磨而外轨无波磨的原因。方法根据轮轨系统摩擦自激振动导致钢轨波磨的观点,建立了由车轮、钢轨和轨枕组成的轮轨系统摩擦自激振动模型。在模型中,车轮与钢轨接触几何关系使用车辆通过R=350 m曲线时的SIMPACK车辆动力学仿真计算获得的数值,钢轨与轨枕、轨枕与道床之间的连接用弹簧和阻尼单元组来模拟。应用复特征值方法对该模型发生摩擦自激振动的趋势进行了数值分析。结果小半径曲线内轨和车轮的接触角较小,在饱和蠕滑力(即摩擦力)作用下容易发生摩擦自激振动,因而容易出现波磨;外轨和车轮因为接触角较大,在饱和蠕滑力作用下不容易发生摩擦自激振动,因而极少出现波磨。数值预测结果与波磨发生的实际情况一致。结论轮轨蠕滑力饱和以及轮轨接触角是引起小半径曲线内外轨波磨差异的两个主要因素,其中轮轨蠕滑力饱和(即轮轨滑动)是决定性因素,如果轮轨蠕滑力不饱和,则轮轨系统就不会发生摩擦自激振动,因而就不会出现波磨。     

车轮辐板阻尼涂层对钢轨波磨的影响

目的研究车轮辐板涂敷有阻尼性能的涂层对小半径曲线钢轨波磨的影响,并根据试验结果提出减缓或抑制钢轨波磨的建议。方法基于摩擦自激振动导致钢轨波磨机理,利用ABAQUS有限元仿真软件,建立轮对、钢轨、轨枕、车轮辐板涂层有限元模型,模拟曲线半径为300 m的工况,采用ABAQUS中内置的复特征值分析方法,分析轮轨系统在小曲线半径工况下的稳定性。结果在曲线半径为300 m的工况下,轮轨间因存在饱和蠕滑力引起自激振动,于频率f=502.32 Hz时产生不稳定振动,从而引起钢轨波磨。通过在车轮辐板内侧和双侧涂敷有阻尼涂层,可有效增强轮轨系统的稳定性,减缓钢轨波磨的发生趋势。只在车轮辐板外侧添加涂层会增加钢轨波磨的发生概率。车轮辐板双侧和内侧涂层模型中,涂层厚度的增加会提高系统稳定性;外侧涂层模型中,涂层厚度的增加会降低系统的稳定性。涂层的阻尼系数对钢轨波磨有较大影响,提高涂层阻尼系数可有效减缓钢轨波磨发生趋势。结论在地铁小半径曲线上,通过在车轮辐板内侧涂敷有阻尼涂层,可有利于减缓钢轨波磨现象,当涂层阻尼系数增大至1.5e–3时,可有效抑制钢轨波磨。     

高速列车车轮多边形磨耗的形成机理及影响因素探究

目的研究高速列车车轮多边形磨耗的形成机理以及轮轨系统结构参数对车轮多边形磨耗的影响。方法基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致车轮多边形磨耗的理论,建立了包含车轮、钢轨、轨枕和道床的实体模型,然后导入到有限元软件ABAQUS中,钢轨和轨枕之间采用点对点的无质量弹簧阻尼单元组进行模拟,轨枕和道床之间采用绑定约束连接,道床底部支撑采用点对地的无质量弹簧阻尼单元组。采用复特征值方法研究高速线路上发生制动滑动时轮轨系统的运动稳定性。结果在饱和蠕滑力的作用下,高速线路轮轨系统产生的不稳定振动频率为f=495.01 Hz,列车轮对容易产生18阶多边形磨耗。在一定范围内,扣件的垂向刚度对抑制车轮多边形磨耗影响较小,适当提高扣件的垂向阻尼,可以有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动,从而达到抑制车轮多边形磨耗的目的。不同偏心形式对轮轨系统不稳定振动几乎没有影响。结论在高速线路上,列车制动滑动容易引起车轮多边形磨耗,适当提高钢轨扣件的垂向阻尼,可有效抑制车轮多边形磨耗。     

山地城市地铁牵引与制动工况下钢轨波磨成因对比研究

目的 探究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。方法 基于摩擦自激振动理论,结合山地城市地铁长大坡道区段现场调研,分别构建上坡牵引和下坡制动工况下车辆−轨道系统的动力学模型,对比研究长大坡道区段牵引与制动工况下车辆−轨道系统的动力学特性。分别构建对应区段的轮对−钢轨−牵引系统和轮对−钢轨−制动系统的有限元模型,并采用复特征值法对比研究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。采用最小二乘法和粒子群算法提出抑制长大坡道区段钢轨波磨的车辆−轨道参数的最优解。结果 在轮对−钢轨−牵引系统中存在不稳定振动频率369.93 Hz,其复特征值实部为19.36。在轮对−钢轨−制动系统中存在不稳定振动频率443.92 Hz,其复特征值实部为4.970 5。结论 在牵引摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,在制动摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,分别是长大坡道牵引与制动区段钢轨波磨的主要诱因,且牵引区段发生的可能性高于制动区段。在制动工况下设置制动压力为5 kN,在牵引工况下设置牵引运行速度为80 km/h,并结合优化后的扣件参数,能有效抑制长大坡道区段钢轨波磨。     

科隆蛋扣件区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果研究

目的 研究科隆蛋区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果。方法 首先,结合现场建立轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型。然后,基于摩擦自激振动理论,采用复特征值法与瞬时动态法对单重和双重钢轨吸振器的抑制效果进行对比。进而,采用谐响应分析探究双重钢轨吸振器对钢轨波磨抑制效果提高的原理。最后,对双重钢轨吸振器的关键连接参数进行参数化分析,基于最小二乘法对其进行多参数拟合求最优解。结果 轮轨系统有3个不稳定振动频率228.57、480.97、1181.60Hz,单重钢轨吸振器对其的抑制效果分别达到了15.20%、100%、20.19%,双重钢轨吸振器对其的抑制效果达到了15.20%、100%、100%。双重钢轨吸振器调谐频率分别为183.64、473.62 Hz。对比参数优化前后,经过优化连接参数后的轮对-钢轨-吸振器系统的复特征值实部较小,为33.683。结论 双重钢轨吸振器因其2个调谐频率能更好地抑制轮轨系统的多个不稳定振动频率,从而对钢轨波磨的抑制效果更好。减小连接刚度和增大连接阻尼能提高其对钢轨波磨的抑制效果。当双重钢轨吸振器的下质量块垂向刚度为22.7×10⁷N/...     

动车组动力学性能与一系垂向减振器参数关系研究

以我国某高速动车组为例,基于动力软件SIMPACK建立了计算机模型,选择一系垂向阻尼器的橡胶节点刚度和垂向阻尼为变量,进一步分析它对该动车组稳定性、平稳性以及安全性的影响。仿真结果表明:一系垂向减振器橡胶节点刚度对车辆稳定性影响不明显,而随着一系垂向阻尼的增加,临界速度有所增加;当节点刚度大于5 MN/m时,刚度对车辆平稳性影响较小;随着一系垂向减振器阻尼增加,平稳性有轻微改善;一系垂向减振器橡胶节点刚度及垂向阻尼系数对车辆安全性影响整体都不是很大。     

轮轨材料滚动摩擦条件下的波磨形成过程

利用摩擦磨损试验机,在滚动干摩擦条件下运行至试样磨损面形成波磨。通过分析摩擦磨损过程中系统振动及各转数下试样磨损面形貌、轮廓、表层组织和硬度,研究轮轨波磨形成过程。结果表明:波磨的形成与试验机的机械振动和试样磨损面的不均匀性能有关。一定幅度的载荷波动是初阶波磨形成的必要条件,初阶波磨激发主振动并与其相互激励,形成波磨。均匀磨损阶段以黏着磨损为主并有一定程度的氧化磨损。波磨形成过程中,波峰处转变为以氧化磨损为主,波谷处转变为疲劳磨损,不同的磨损形貌在波磨刚开始形成时即可凭肉眼观察到。波磨形成后,波峰处表层组织及硬度稳定,波谷处表层组织塑性变形加剧,硬度逐渐提高。     

两种轮毂电机悬架系统构型比较研究北大核心

针对轮毂电机驱动的电动汽车非簧载质量增加,汽车垂向振动现象加剧的问题,设计多级隔振型和动力吸振型两种含电机悬架装置的悬架系统构型,并建立相应的车辆垂向振动数学模型。以电机悬架刚度与阻尼为优化变量,确定其位移约束与边界约束条件,建立多目标优化函数。利用MATLAB软件建立仿真模型,在分析电机悬架刚度与阻尼对悬架系统性能影响的基础上,以车身加速度、车身悬架动挠度、电机悬架动挠度以及轮胎动载荷均方根值为评价指标,比较多级隔振型和动力吸振型两种轮毂电机悬架系统构型的汽车行驶平顺性。结果表明:多级隔振型和动力吸振型的电机悬架刚度与阻尼优化结果分别为119880 N/m、200 N·s/m和9995 N/m、1296 N·s/m;动力吸振型相比多级隔振型轮毂电机悬架系统能够更好地改善汽车垂向振动负效应问题,提升汽车乘坐舒适性。     

车轮多边形幅值对侧向通过道岔区振动传递特性的影响

道岔区的动力学性能是决定行车速度和安全的主要因素之一,而车轮多边形磨耗会显著影响轮轨相互作用力及转向架关键部位的振动特性。以18号可动心轨道岔作为研究对象,建立车辆-道岔耦合动力学模型。分析列车侧向过道岔区的实测振动数据,并分析不同多边形幅值车轮对车体各部位振动传递的影响。结果表明:列车通过道岔心轨区段时,增加多边形幅值对各关键部位减振效果影响较大;多边形幅值为0.14 mm时,动力学响应幅度较大,横向力接近侧向通过道岔的限值;脱轨系数最大值发生位置随多边形幅值增加而变化;一系悬挂不能有效降低多边形车轮引起的振动,二系悬挂可以消除一部分的振动能量,但在心轨区段,横向减振效果仍不理想。     

油气悬架非线性阻尼模型的统计线性化分析

车辆油气悬架具有刚度非线性、阻尼非线性和摩擦非线性等特性。本文利用随机振动理论对油气悬架的非线性阻尼模型进行了统计线性分析，得到了统计意义下的油气悬架的阻尼线性化模型。     

Storsional self-excited vibration of rolling mill

The roller‘s torsional self-excited vibration caused by roller stick-slip, and its influence on strip surface quality have been studied. Based on analysis of roller working surface stick-slip, roller rotation dynamics equations have been established. The nonlinear sliding-frictional resistance has been linearized, and dynamics equations have been solved according to the characteristics of stick and slip between roller and strip. The results show that: 1) with decreasing stick time tl, torsional vibration wave pattern gradually transforms from serration into sinusoid, and frictional self-excited vibration can cover all frequency components which are lower than that of free vibration; 2) stick time tl is directly proportional to torque increment AMR, and is inversely proportional to live shaft stiffness K and drive shaft rotational velocity ω; 3) when slip time t2 is basically steady, the longer the stick time, the larger the energy that system absorbs and discharges. As the sliv time is a constant, it easily arouses strip surface shear impact and surface streaks.     

坡口机床进给丝杠副刚度计算

坡口机床进给系统中自激振动是制约加工效率的主要原因,有很大一部分振动来源于进给丝杠副。应用机床动力学理论建立进给系统自激振动力学模型并进行理论分析,计算不同支承方式下丝杠轴向刚度和螺母结构刚度,提出采用两端固定支承和双螺母的结构,可有效提高刚度、抑制振动现象发生。