重载铁路曲线内外轨摩擦系数的合理匹配研究

基于多体动力学软件(SIMPACK)建立重载货车动力学模型,以轮轨横向力、轮对冲角、脱轨系数、轮重减载率为车辆动力学性能指标,以爱因斯磨耗指数为轮轨磨耗评价指标,分析了内外轨摩擦系数在0.05～0.35变化时对车辆曲线通过性能的影响规律,研究更为合理的轮轨摩擦控制技术。结果表明,通过合理匹配重载铁路内外轨摩擦系数可改善车辆动力学性能,降低轮轨磨耗。     

轮径差对三大件式转向架曲线通过性能影响分析

轮径差是我国铁路重载货车运用中常见的一类问题,对车辆的运行稳定性和曲线通过性能有较大影响.为揭示轮径差对三大件式转向架曲线通过性能的影响规律,建立了某型敞车动力学模型,对比分析了四种不同形式轮径差下货车曲线动态响应.研究结果表明:不同种类轮径差对转向架通过曲线的影响有所不同,适当程度轮径差有利于车辆动态曲线通过;前导向轮轮径差状态下,小轮径车轮位于内轨侧时,脱轨系数、轮轨横向力、轮轴横向力三项指标更优;后随轮对轮径差状态下,小轮径车轮位于曲线外轨侧且速度小于70 km/h,更有利于其动态曲线通过;等值同相轮径差状态下,小轮径车轮位于内轨侧时,脱轨系数、轮轨横向力指标更优,反之,减载率、轮轴横向力指标较优;等值反相轮径差状态下,速度低于70 km/h时,转向架以一位轮对右轮小、二位轮对左轮小形态通过右曲线时,其脱轨系数、轮轨横向力、轮轴横向力更优,但轮重减载率更高.     

二系空簧横向刚度对高速列车动力学性能的影响

基于动力学软件SIMPACK仿真分析了我国某高速列车二系空簧横向刚度对车辆动力学性能影响,并对二系空簧横向刚度进行了优化分析。仿真结果表明:车辆临界速度随二系空簧横向刚度增加有所增加;车辆横向稳定性、乘坐舒适性随二系空簧横向刚度增加有所恶化,垂向平稳性受其影响不大;轮轴横向力、脱轨系数、磨耗指数随二系空簧横向刚度增加变化不大,轮轨垂向力、轮重减载率随二系空簧横向刚度增加略有下降。该高速列车二系空簧横向刚度可以在0.1~0.2 MN/mm范围内进行选取,此时,车辆动力学性能在最优范围内。     

基于刚柔耦合模型轮轨两点接触的动力学仿真

基于多体动力学软件UM建立了某型车单点接触和两点接触的刚柔耦合动力学模型。分析了该车辆系统通过曲线时单点接触和两点接触模型1位轮对的横向位移、接触角、横向力、垂向力、脱轨系数等动力学指标差异。研究车辆系统在曲线通过的轮对最大横向位移、接触角、垂向力、脱轨系数等动力学指标时,当曲线半径在400~1 000 m时,建议采用两点接触模型,当曲线半径1 000 m时可采用单点接触模型;研究车辆系统在曲线通过时的轮对横向力,建议采用两点接触模型。     

扭曲线路下A型地铁车辆安全性分析

为了研究轨道扭曲对A型地铁车辆动力性能的影响规律,本文利用多体动力学软件对标准120 km/h速度级A型地铁车辆进行动力学建模.基于多体动力学原理和轮轨接触理论,运用SIMPACK和MATLAB软件联合仿真,对不同参数下车辆临界速度和系统模态进行分析.在轨道扭曲线路条件下,对考虑不同轮轨匹配的车辆脱轨安全性进行校核;另外,为防止车辆运行中出现爬轨安全性问题,计算了轮重减载率和转向架回转阻尼系数以校核车辆爬轨安全性.计算结果表明:新轮状态下,轮轨黏着系数越高车辆运行稳定性越好,车辆参数对系统振动模态影响明显;扭曲线路工况下,车辆安全性能校核结果良好,且其校核方法为轨道车辆在此类恶劣线路下的安全性能校核提供了依据.     

组合轮径差对地铁车辆动力学性能的影响

为了研究各种轮径差组合形式对地铁车辆动力学性能的影响,基于车辆系统动力学和赫兹非线性接触理论,建立地铁动车非线性动力学模型,分析各种轮径差组合工况下地铁车辆的临界速度、平稳性、安全性和磨耗功率及其变化规律。结果表明:在多种轮径差组合工况下,轮径差增大会使地铁车辆的临界速度有较大幅度降低,会使地铁车辆的横向平稳性和磨耗功率明显增大;轮径差对地铁车辆的垂向平稳性、轮轴横向力、轮轨垂向力、脱轨系数和轮重减载率影响较小;通过左、右曲线时,轮径差对磨耗功率增幅的影响存在差异,但变化规律一致。     

基于弹性模型的高速列车曲线通过时轮轨接触特性研究

为研究高速列车曲线通过时的轮轨接触几何关系、蠕滑性能及磨耗情况,基于我国某型高速动车组,利用有限元和多体动力学方法,考虑轮对旋转运动,建立高速列车车辆系统弹性模型,并通过数值仿真,得到高速列车曲线通过时,不同曲线参数影响下,轮轨接触点横向位置、轮轨蠕滑力以及轮轨磨耗指数等的变化规律。结果表明,相对于刚性模型,利用车辆系统弹性模型仿真能够更加真实反映轮对旋转运动时的轮轨接触状态,也更符合高速列车实际曲线通过情况。高速列车曲线通过速度和线路横向不平顺激扰幅值增大均会显著加剧轮对横向位移、轮轨接触点横向位置、轮轨横向蠕滑力等轮轨系统横向相互作用,且会加大轮轨磨耗;曲线半径和超高增大对于曲线轨道外侧轮轨磨耗影响较大,但对于轮轨系统横向相互作用影响较小。将通过速度为350km/h的7 000 m半径曲线超高设置为170 mm,可有效平衡内、外侧轮轨磨耗,列车降速通过则会加剧曲线内侧轮轨磨耗。     

重载铁路轮轨摩擦改进剂作用效果仿真研究

建立了某重载货车的车辆-轨道系统动力学模型,仿真分析了在轨侧涂油、轨顶涂摩擦改进剂和全面摩擦控制三种摩擦控制模式下车辆通过具有标准廓形和磨耗后廓形钢轨的曲线时的动力学性能和磨耗特性.研究结果表明,只对高轨轨侧进行润滑会使车辆通过小半径曲线的脱轨系数和横向力增大,而对两侧轨顶进行摩擦控制可以减小脱轨系数和横向力,摩擦改进剂对改善车辆在磨耗轨曲线通过性能的作用效果好于标准轨.不同摩擦控制模式下轮轨横向力的变化主要由不同摩擦控制模式对横向蠕滑力和法向力横向分量的影响程度不同引起,磨耗轨的横向力组成成分的变化比标准轨更明显.三种不同的摩擦控制模式都可以减小高轨磨耗指数,其中全面摩擦控制的效果最好,且对磨耗轨的减小效果好于标准轨.只对高轨轨侧涂油会使磨耗轨的低轨磨耗指数略有增大,而无论是否采取高轨轨侧涂油,两侧轨顶涂敷摩擦改进剂能明显减小低轨磨耗指数,且对标准轨的减小效果好于磨耗轨.     

基于轮轨型面匹配数值模拟的地铁车轮异常磨耗原因分析

通过线路测试和数值仿真对某B型地铁列车车轮异常磨耗现象进行深入分析。结合轮轨接触几何关系和轮轨滚动接触理论进行轮轨静态接触分析;基于UM软件建立该地铁车辆动力学仿真模型和磨耗预测模型,计算轮对运动状态和车轮磨耗水平。通过对比不同轮轨匹配的仿真结果来分析该地铁车辆发生轮缘和踏面异常磨耗的原因,进而提出相应的控制措施。结果表明,该地铁线路小半径曲线占比较大且钢轨轨底坡异常。地铁车辆轮缘和踏面异常磨耗是由较大轨底坡线路条件下轮轨型面匹配关系不合理所导致。将全线轨底坡修正成1/40对车轮异常磨耗现象的减缓效果有限。为有效减轻该地铁车辆车轮异常磨耗,可考虑将车轮踏面外形由S1002镟修为LM。     

低阶车轮多边形对列车运行安全性的影响

为了探究低阶车轮多边形对列车运行安全性的影响,通过SIMPACK软件建立车辆—轨道系统动力学模型,采用谐波函数法对车轮圆周施加多边形特征,计算1～4阶车轮多边形在不同不圆度幅值和车速等级下的动力学响应指标,并从脱轨系数和轮重减载率两方面对列车运行安全性进行评价。结果表明:车轮多边形会造成轮轨垂向力的大幅度变化,并随着不圆度幅值的增大而增加,严重时会出现"跳轨",但对横向力影响较小,爬轨脱轨不易发生;1～4阶车轮多边形的不圆度幅值的安全限值分别为0.4mm、0.4mm、0.7mm和0.4mm。