旋转对阻尼车轮降噪效果的影响分析

轮轨噪声是铁路噪声的主要组成部分,而车轮辐射噪声是轮轨噪声的重要来源.因此,开发低噪声车轮是降低铁路噪声的重点之一.以我国某直辐板高速列车车轮为基体,设计9种阻尼车轮,利用2.5维有限元法和2.5维声学边界元法考虑车轮旋转对包括标准车轮在内的共10种车轮进行振动声辐射计算.研究结果表明,在径向轮轨力激励下,考虑车轮旋转得到的车轮辐射声功率级总是大于未考虑旋转时的结果,最大相差3.55 dBA,并且是否考虑车轮旋转甚至会得到相反的降噪结论;约束阻尼车轮的最佳降噪效果要优于自由阻尼车轮的最佳降噪效果;对于相同形式的约束阻尼车轮,采用钢质约束层的降噪效果要优于铝质约束层;在车轮辐板单侧粘贴3 mm厚的钢质约束层和3 mm厚的阻尼层时降噪效果最好,且在辐板内、外侧粘贴效果相当,总的降噪效果达4.3 dBA;约束阻尼层主要是通过抑制单位轮轨力下车轮的1节圆模态振动在发挥降噪作用,而所引起的轮轨力变化发挥的作用有限.     

集装箱岸桥的轮轨箱梁噪声控制研究

针对集装箱岸桥的小车在轨道上运行时引起轮、轨和岸桥箱梁的辐射噪声问题,同时为了从噪声源及其主要传递路径上控制岸桥噪声,结合有限元和统计能量法建立了包括轮轨激励力、轮轨箱梁阻抗关系和轮轨箱梁声辐射估算的噪声预计模型。基于该模型的噪声预计分析,确定了轮轨粗糙度和轨下胶垫刚度是有效的噪声控制参数,并在某一典型岸桥上对这两种不同噪声控制参数进行了试验。研究结果表明,若轨道表面粗糙度降低到原来的30%,则钢轨、箱梁振动可减少44%;若岸桥起重机前大梁胶垫动刚度降低到原来的33%,则钢轨振动增加6%,而箱梁振动可减少26%。同时采用上述两种减振降噪控制策略后岸桥起重机整体噪声降低44%,对工程实践中岸桥轮轨-箱梁噪声的预计及控制具有一定的工程价值。     

不同轮轨粗糙度激励下辐板安装式刹车盘对地铁车轮声辐射特性的影响

研究在不同轮轨联合粗糙度激励下,辐板安装式刹车盘对地铁车轮声辐射特性的影响.在数值计算中,首先根据地铁车轮的实际尺寸建立其三维实体有限元模型,基于分块兰索斯法计算其固有频率特性,基于模态叠加法计算车轮有无辐板安装式刹车盘时在轮轨名义接触点处四种典型轮轨联合粗糙度激励下的动态响应.然后由其振动结果,生成声学网格的速度边界条件,利用声学边界元法计算车轮的声辐射特征.讨论并比较在各种不同轮轨联合粗糙度激励下,在车轮显著共振峰处,辐板安装式刹车盘对车轮辐板轴向振动和车轮辐射声功率的影响.并结合辐射声场云图、声辐射指向性图,讨论辐板安装式刹车盘对车轮轴向辐射声场指向性的影响.结果表明,原车轮声辐射主要来自车轮辐板轴向贡献;在不同轮轨联合粗糙度激励下,刹车盘均能很好地抑制辐板的轴向振动并起到辐板声屏障的作用,从而对车轮的直线滚动噪声有良好的抑制作用.     

行车速度对高速列车车轮振动声辐射特性的影响

列车车轮的振动是轮轨噪声声源的一个重要的组成部分.利用有限元与边界元相结合的方法,着重研究列车速度变化对车轮的振动-声辐射特性的影响,计算模型中考虑轮轨间的垂向相互作用,并考虑轮轨接触斑的滤波作用.根据车轮的实际尺寸建立车轮的三维实体有限元模型,采用分块Lanczos法求解车轮的固有频率振型,然后采用模态叠加法计算单个车轮结构在垂向不平顺激励下的动态响应,将车轮表面的速度处理成声学边界元模型的输入条件,计算车轮的滚动辐射噪声.数值计算中,研究车轮的不同部位(踏面、辐板和轮辋)在声辐射中所占的比重,以及不同的列车速度对车轮振动声辐射特性的影响.数值仿真计算为高速列车的轮轨降噪措施的制定提供一定的参考.     

隧道工况下城轨车辆轮轨粗糙度对车内噪声的影响分析

随着运营时间的增加,轨道粗糙度增高,车内噪声随之增大,乘客舒适性降低。基于线路测试数据探寻轮轨粗糙度和车内噪声之间的关系,当列车以60km/h的速度运行于隧道内,波长为31.5-50mm的钢轨粗糙度超过C级钢轨粗糙度12dB时,车内噪声达到83dB;波长63-200mm的钢轨粗糙度对车内噪声影响较小。车轮整体粗糙度幅值超过A级幅值约11dB,车内噪声达到83.3dBA;列车以80km/h的速度运行,车轮整体粗糙度幅值超过A级幅值约6dB时,车内噪声达到83.1dBA,此时车内噪声总值超过相标准限值。制定合适周期的轮轨打磨策略,有利于降低噪声对乘客的影响。     

基于有限元理论的轮轨接触力学特性仿真研究

轮轨接触的力学特性研究对保障列车的安全运行至关重要。选择动车组车轮LMa踏面与标准CHN60钢轨,借助有限元理论,分别计算两种轮径在不同轴重以及不同横移量下的轮轨接触应力变化情况。计算结果表明:随着轴重的增加,轮轨接触应力会增大;当车轮有横移时,发现靠近轮缘侧的轮轨接触应力大于远离轮缘侧的;同种工况下,增大轮径可以适当改善轮轨受力状态。     

铁路轮轨高频随机振动理论解析

研究了因车轮和钢轨表面粗糙度引起的轮轨系统高频随机振动问题。在建立轮轨高频相互作用物理模型的基础上，分析了轮轨相互作用关系，推导了轮轨系统阻抗特性，讨论了轮轨表面粗糙度谱，并给出了轮轨系统高频随机振动响应谱表达式     

轮轨曲线尖叫噪声有限元预测方法的研究

利用ABAQUS有限元软件,对车辆经过小半径曲线时的尖叫噪声进行有限元预测分析.建立了包括车轮、钢轨和钢轨支撑弹簧的有限元动力学模型.根据车轮通过小半经曲线时横向蠕滑力饱和的实际情况,假设横向蠕滑力等于摩擦因数乘以法向力,通过摩擦力耦合建立车轮和钢轨耦合的动力学方程.对此动力学方程进行稳定性分析,得出耦合系统动力学特征方程的复特征值.根据是否存在实部为正的复特征值,从而判断系统是否有发生曲线尖叫噪声的趋势.计算结果显示,当轮轨摩擦因数比较大时,系统存在实部为正的复特征值,说明此时轮轨系统存在发生曲线尖叫噪声的可能性.此外,钢轨端部不同约束条件对曲线尖叫噪声预测结果有一定的影响.     

轮轨综合磨耗下对高速列车动力学性能的影响

高速铁路长时间运营,经常发生车轮多边形磨耗,并伴随钢轨波磨,两种损伤形式对列车运行特性的综合影响有待深入研究。采用简谐函数法建立车轮多边形模型,设计余弦函数描述钢轨不平顺磨耗,建立列车刚柔耦合动力学模型,分析不同车轮多边形及钢轨波磨综合磨耗情况下,列车的动力学性能的影响,并提出轮轨综合磨耗的安全限值。结果表明：在轮轨综合磨耗激扰下对列车的动力学性能的影响更为剧烈;列车运行速度为300 km/h下,轮轨垂向力增长幅值最大达到30%,车轮与25阶振型模态产生共振;车轮多边形比钢轨波磨对垂向力的影响更大;不同多边形阶次、幅值下,轮轨综合磨耗工况对轴箱、轮对以及钢轨垂向振动加速度影响更大。车轮多边形安全限值更小,多边形幅值限值平均降低了25.9%,在轮轨综合磨耗作用下更易超出限值;当速度为300 km/h,提出了钢轨波磨和车轮多边形阶次在一定范围内的安全限值。     

城市轨道交通车轮振动声辐射特性

轮轨噪声是城市轨道交通噪声的主要组成部分,而车轮振动声辐射是轮轨噪声的主要声源之一。目前使用的城市轨道交通车轮有多种型式,系统性地比较各种车轮的振动声辐射特性,研究不同参数对车轮振动声辐射的影响。通过数值方法,对五种城市轨道交通车轮的辐射声功率,进行详细比较分析。结果表明,在轮轨等效粗糙度名义滚动圆接触点径向激励下,适当增大辐板厚度和减小车轮的直径,对降低车轮振动声辐射均有积极作用;斜曲型辐板和双S型辐板车轮的振动声辐射水平相当,而直型辐板车轮的振动声辐射水平最低,相比其他两种类型辐板车轮,其总辐射声功率级小8 dB左右。相关计算结果将为城市轨道交通低噪声车轮的设计和选型提供理论参考。     

Wheel-rail wear simulation

This paper declares the method for the computation of the wheel-rail surface degradation in a curve where the major surface degradation phenomenon is a combination of wear and plastic deformation. Simulating the form change of the wheel-rail contacts help to identify the risk of severe or catastrophic wear resulting from increased train speeds and axle loads and can help in determining more efficient maintenance schedules for track and rolling stock. The method was previously used to simulate the form change in a two-roller contact. The progress is made in the terms of general geometry modelling, which makes differences in the various contact configurations. The normal contact problem is analysed using the modified Winkler method and calibrated using the results from FEM modelling of the wheel-rail contact with elastic-plastic material model. A piecewise approach and stick-slip analysis of the rolling-sliding contact solves the tangential problem. A linear wear law is used in the wear computation. The form change for a typical two-point contact in a low radius curve was analysed and discussed.     

起重机轮轨弹塑性接触有限元分析

利用ANSYS9.0软件对起重机轮轨弹塑性接触进行有限元分析,分别对点接触和线接触状态轮轨的弹性和弹塑性两种情况进行有限元分析,得出了轮轨间弹性接触和弹塑性接触应力的分布情况.     

便携式双侧轮轨外形测量仪研究

设计了既能测量车轮又能测量钢轨的双侧轮轨外形测量仪,为轮对与轨道接触几何的研究提供可靠数据。给出机械设计方案和五连杆的数学模型。针对被测轮对和钢轨,对五连杆参数进行优化仿真,以适应量程和精度要求。模拟编码器采样过程,对测量模型误差进行仿真计算。     

轮轨多点接触计算新方法曲线通过验证

建立包含多点接触轮对振动方程的车辆-轨道系统动力学模型,对轮轨多点接触计算和判定新方法-迹线极值法进行车辆曲线通过验证,给出曲线通过接触点在车轮踏面上位置、轮轨接触点数和轮轨法向力.结果表明,迹线极值法能够解决轮轨多点接触问题并获得准确的轮轨多点接触几何参数和系统振动特性;当发生轮缘根部和轮缘两点接触时,采用多点接触方法得到的结果比采用单点接触方法得到的结果更为合理可信,当不发生轮缘根部和轮缘两点同时接触时,多点接触法与单点接触法得到的结果几乎完全一致;与新用车轮踏面相比,测试得到的磨耗后车轮踏面在其名义直径位置凹陷区域附近容易形成踏面两点接触.证实了轮轨多点接触新方法的正确性和有效性.     

测力钢轨轮轨力解耦研究

消除轮轨横向力、垂向力之间的串扰是高精度的轮轨力测试的重要技术.提出采用一种改进的快速独立分量分析(Fast independent component analysis,Fast ICA)方法对轮轨力进行解耦.该方法通过增加一个噪声判断阈值,在完成一次独立成分的提取后,对系统的残余信息进行判断,找出计算终点,从而抑制无效运算,提高算法的分离性能和稳定性.根据车辆-轨道耦合动力学原理,建立动力学模型,计算轮轨动态响应,运用改进的Fast ICA算法对轮轨力进行解耦,得到高精度的测力钢轨轮轨力.将该算法应用于现场测试中,使用遗传算法优化的新陈代谢GM(1,1)模型对现场测试获得的离散钢轨力信号进行处理,得到每一个车轮的连续化轮轨力测试结果,运用改进Fast ICA算法对其进行解耦,取得了良好的效果.     

轨道结构参数对轮轨滚动接触应力影响

利用三维弹性体非Hertz滚动接触理论及数值程序CONTACT,并借助于弹性力学中的Bossinesq-Cerruti力1位移公式和Gauss数值积分方法,分析JM3型踏面轮对沿曲线轨道滚动接触时轨底坡、轨距和曲线半径等轨道参数对轮轨滚动接触斑最大切应力、等效应力、正压力和磨耗数的影响.数值结果表明,当内外轨底坡为1/20时,轮轨接触斑的应力、磨耗数及正压力分布达到最小值,其中最大切应力与等效应力可分别降低40.15%、39.37%;现行使用1/40轨底坡情况下轮轨接触斑正压力较大,建议对磨耗型车轮踏面进行优化设计.适当增加轨距能达到降低轮轨最大切应力、等效应力和正压力的效果.曲线工况下接触斑正压力值显著增加,曲线半径能改变轮轨接触斑粘滑区的分布且减小曲线半径值会增加接触斑的总滑动量,从而导致轮轨磨耗数的显著增加.     

某轮轨天线座滚轮组的设计及测量

文中针对某高精度相控阵雷达天线座采用的锥面滚轮结构,研究了滚轮和轨道对应的空间关系,总结出了计算公式,并在此基础上确定了天线座方位承载滚轮及轨道设计方案.在安装调整过程中,根据激光跟踪仪极坐标原理进行了点位坐标测量,用靶镜直接测量平面来确定滚轮内平面的法线方向、靶镜配合工装测滚轮锥面来确定圆心的方法确定了滚轮的轴线和位置,有效指导了滚轮的安装调整,满足了其向心度和位置度设计要求.     

考虑车轮材料空洞的高速轮轨接触应力分析

针对高速车辆车轮材料的空洞现象,利用弹塑性有限元方法,建立了车轮材料含有空洞的轮轨接触三维数值模型。模型中采用了非线性的车轮材料本构关系,计算分析了空洞大小、位置和轮重对车轮材料应力应变分布的影响。计算结果表明:轮轨接触作用下,空洞附近车轮材料易出现塑性变形和应力集中现象,且在160°和340°的空洞附近应力和应变值最大;在小于1 mm范围,空洞直径为0.1 mm时车轮材料最易萌生裂纹;当空洞离踏面距离小于15 mm,空洞离踏面距离对车轮疲劳萌生影响明显;随着轮重增加,其空洞附近车轮材料应力应变会随着增大。     

轮轨材料匹配摩擦学试验研究

根据赫兹接触理论,使用MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机对3种含碳量不同的车轮材料分别与U71Mn热轧钢轨进行匹配试验,研究其磨损与接触疲劳性能并进行微观形貌分析.结果表明:车轮钢材料的耐磨性与硬度成正比;随着轮轨材料硬度比增大,磨损机制由黏粘着和疲劳磨损转变为磨粒磨损.