动车组制动盘螺栓载荷测试及疲劳损伤研究

在线运营高速动车组制动盘螺栓的结构可靠性对列车运行安全性有十分重要的影响。在研究高速动车组制动盘螺栓载荷测试技术基础上,在某客运专线,对国内某型高速动车组动轴制动盘螺栓载荷进行5天线路测试,获得制动盘螺栓载荷动态时间历程。测试工况包括正常工况和故障工况,总测试里程为6 546 km。抽样分析了电制动、连续空气制动以及紧急制动等工况下的应力特性,给出螺栓一定运用里程下的应力谱以确定幅值、次数与测试里程之间的关系。结合螺栓结构特点和测试分析结果,评估了螺栓不同运行工况下的疲劳强度。结果表明,正常工况下动轴制动盘螺栓载荷无明显变化;故障工况下,动轴制动盘螺栓拉伸载荷、周向弯矩和径向弯矩均有显著提高,且随着空气制动增加,制动热使得制动盘和螺栓温度升高。由于材质和结构的不同,两者膨胀变形存在差异,导致制动盘螺栓应力有较大变化。     

考虑接触热阻的高速列车制动盘热机耦合行为分析

接触界面间存在的接触热阻对制动盘内部热流传递过程有重要影响，进而影响制动盘热机耦合仿真分析的准确性。通过建立考虑接触热阻的有限元模型，结合制动台架试验，系统分析某高速列车轮装制动盘在紧急制动过程中的温度分布、盘面变形、螺栓载荷以及螺栓孔边应力等热机耦合行为。结果表明，选定的接触热阻模型得到的仿真结果与台架试验结果在较大的速度范围内吻合较好。制动系统内的温度梯度导致制动盘体产生较大的热应力并发生离面变形，是导致螺栓载荷增大的主要原因。制动盘面螺栓孔边沿制动盘半径方向的0°和180°位置附近的周向应力变化量较大，且处在较高的平均应力水平，是最容易产生制动热疲劳裂纹的两个方向。     

高速动车组轮对压装过程的仿真与分析

基于ABAQUS有限元仿真软件,对高速动车组轮对压装过程进行数值仿真,计算得到的压装力-压入距离曲线(压装曲线)与实验曲线较好地吻合,验证了轮对压装有限元模型的正确性。在此基础上,分析了压装过程中轮对等效应力的分布和变化特点,得到了等效应力极大值出现的时刻和位置;分析了轮对等效塑性应变的变化特点,发现塑性变形区集中在车轴引入段末端周围的小块区域中;计算了不同压装阶段下的车轮变形,得到了车轮轮毂孔、轮辐和轮辋的变形几何特征。文中建立的有限元模型为优化轮对压装工艺和改进轮对结构参数提供了理论依据。     

汽车车轮弯曲疲劳试验分析研究

针对车轮动态弯曲疲劳试验, 对车轮结构在三种作用力( 螺栓预紧力、离心力和试验弯矩)下的应力分布情况,分别进行有限元分析,可以有效反映离心力对车轮结构应力分布的影响,以及动态弯矩作用下车轮结构的危险点和应力分布的变化情况.结构危险点的计算应力反映该处的应力集中程度.进行螺栓孔变形试验,验证螺栓预紧力作用下螺栓孔变形量的有限元计算结果.对车轮结构危险点进行静态和旋转一周的实验应力分析,验证动态弯矩有限元分析结果.分析表明,采用材料线性有限元分析并不能有效模拟螺栓孔变形量,离心力对车轮结构应力分布影响不大,可以忽略,动态弯曲疲劳试验中,车轮结构各点承受的是非对称应力循环,弯曲试验的动态弯矩有限元分析能较好地模拟出车轮结构的应力水平,给后续的疲劳寿命分析提供更可靠的依据.     

轮轨力连续测试方法及1:5试验台验证

轮轨力是轮轨关系的重要基础,是车辆运行安全检测的重要指标。轮轨力连续测量是车辆动力学理论研究与实践的重要环节,也是轨道车辆领域研究的难点之一。通过轨道车辆轮对上载荷、弯矩及应变三者之间关系,提出一种轮轨力连续测试方法。该方法包括车轮有限元模型建立并计算车轮辐板应力,依据应力分布特征确定车轮辐板内外侧及内外圈应变计粘贴位置和数量,确定车轴截面测试位置、应变计测试电桥组桥方式、轮轨力标定方法和误差控制等。轮轨力标定包括轮轨垂向载荷和横向载荷标定、载荷-应变系数确定。误差控制包括选择准确贴片位置、标定系数回归以及车轮和车轴测点联合运用等。制作了1∶5实物测力轮对,并在1∶5转向架试验台上测试并获得该测力轮对的轮轨力。结果表明,提出的轮轨力连续方法具有较高的精度,实现轮轨力连续测试。     

持续制动工况下轴装制动盘螺栓载荷演化规律

制动盘螺栓紧固结构的完整性对于保证良好的制动性能至关重要。通过建立热-机耦合有限元分析模型,研究列车在长大下坡持续制动过程中轴装制动盘螺栓的载荷演化规律。结果表明,在制动表面产生的热量向制动盘内部及其他连接结构传递的过程中,制动盘中的温度梯度是导致螺栓载荷出现变化的主导因素。螺栓的轴向拉伸载荷出现先下降后反弹的演化规律,不均匀的温度场使螺栓内部出现弯曲载荷,且螺栓的周向弯曲载荷明显大于径向弯曲载荷。对流换热系数的增加可以减小螺栓轴向拉伸载荷和弯矩的变化,但当对流换热系数增加到一定值时,这种影响逐步减小。螺栓与周围结构热膨胀系数的差异会加剧螺栓载荷的变化,可能会导致螺栓自松的风险增加或者螺栓弯曲失效。螺栓预紧力对螺栓弯矩变化没有影响,而对螺栓轴力变化有一定的影响。     

动车组空心车轴强度校核方法研究

对某动车组空心车轴进行了受力分析,计算了作用在车轴各个截面上的最大弯曲应力幅,依据EN 13104和EN13261标准,对几个主要截面处该车轴疲劳强度进行了校核,结果表明车轴轮座内侧3/4截面处疲劳强度安全系数为1.22。建立了某轮对采用过盈配合的车轴在承载状态下紧急制动时的轮对有限元静力学计算模型,计算了不同压装过盈量下的等效应力,结果表明压装过盈量为0.248mm且紧急制动时时,车轮最大等效应力接近其许用应力。     

动车组转向架车轮制动盘裂纹分析研究

本文主要针对高速动车组轮装制动盘裂纹形成原因进行分析,并为后续车辆制动盘的安全运营提供参考。     

两种典型动车组车轮磨耗演变规律及其动力学影响研究

为对比不同线路、相同平台动车组车轮磨耗演变规律及其对动车组动力学性能的影响,对速度等级250 km/h的A、B两条高速线路上运行的同平台动车组车轮磨耗进行长期跟踪测试。将实测车轮踏面与实测钢轨廓形匹配,对比分析车轮磨耗对等效锥度、接触点分布等轮轨接触几何关系的影响。利用多体动力学软件建立动车组拖车动力学仿真模型,研究车轮磨耗演变规律对动车组动力学性能及轮轨滚动接触疲劳损伤的影响。研究结果表明,A线路车轮平均磨耗速率为0.05 mm/万km,踏面磨耗分布在-20～30 mm范围内,呈现凹形磨耗;等效锥度增大速率约为0.006/万km;轮轨接触点逐渐向钢轨轨肩处靠拢,存在明显跳跃现象。B线路车轮平均磨耗速率约为0.025 mm/万km,踏面磨耗分布在-35～50 mm范围内,磨耗分布较均匀;等效锥度稳定在0.03左右,随运营里程的增大没有明显的变化趋势,轮对横移量在10mm以内的轮轨接触点始终保持车轮踏面中部与钢轨轨顶中部接触,轮轨接触点分布均匀。随着运行里程的逐渐增大,A线路的动力学性能略有下降,B线路的动力学性能基本稳定。B线路的车轮表面疲劳指数小于A线路,车轮发生滚动接触疲劳裂纹的可...     

轿车铝合金车轮弯曲疲劳性能的有限元分析

利用三维建模软件ug和有限元分析软件Ansys建立某款轿车铝合金车轮的弯曲疲劳试验力学分析模型.结合铝合金的材料特性,通过Ansys的结构分析模块研究螺栓预紧力、旋转离心力和试验弯矩对车轮结构强度的影响以及车轮结构的应力应变分布规律,找出应力集中区域.通过与实际试验结果的比较,验证了有限元分析结果的准确性.     

车联网环境下考虑前方车辆驾驶人意图的汽车主动预警防撞模型

前方车辆驾驶人意图信息对后方车辆预警防撞模型危险判断至关重要,针对传统防撞模型误警率高、制动不及时等问题,设计了一种考虑前方车辆驾驶人意图的汽车主动预警防撞模型。首先,选择BP神经网络（Back-propagation neural network,BPNN）和隐马尔可夫模型（Hidden Markov model,HMM）作为驾驶行为层与驾驶意图层的主体模型,并利用驾驶模拟器采集的前车制动踏板、加速踏板和车速等意图观测数据作为输入构建意图识别模型,从而实现对前车驾驶人加速驾驶、匀速驾驶、正常制动和紧急制动意图的识别;其次,利用车联网将前车驾驶人意图识别结果与路面附着信息传递给后方车辆,建立考虑前车驾驶人意图的汽车主动预警防撞模型,动态判断碰撞危险并调整预警及制动执行逻辑;最后,为验证所提出的意图识别模型准确性和主动预警防撞模型的有效性,搭建基于Simulink、Carsim及PreScan的联合仿真平台,并进行多工况试验测试。结果表明,所提出的BP-HMM模型对前车驾驶人意图的平均识别准确率为94.17%,优于传统BP或HMM识别模型;主动预警防撞模型在预警测试中的平均正警率为93.43%,与TTC、Mazda及考虑后车驾驶人意图的三种模型相比,平均误警率分别降低了16.12%、23.43%和26.67%,且在自动紧急制动测试工况中均能成功避免碰撞,两车最短相对距离大多保持在2～8 m范围内,平均值为3.698 m,具有更高的安全性和稳定性。     

CRH2型动车组用制动卡钳结构功能浅析

我国客运专线的运营,电力动车组的投入使用,标志着我国已进入高速铁路的时代。随着高速动车组的引进,一些新设备、新技术,新知识也随之而来。为了保证高速运行的安全可靠性、有效性和舒适性,制动技术则是其中极为重要的一部分。着重对CRH2型动车组350 km/h速度等级动车组用空气制动卡钳的结构功能进行浅析,空气制动卡钳是气动组件和装在车轴上的制动盘作为动车组的磨耗制动器使用,其紧凑的结构,适合转向架狭窄的空间。     

机车制动盘三维瞬态温度场与应力场仿真

基于三维循环对称有限元模型,提出了机车制动盘制动过程中温度场和应力场的计算方法。讨论了边界条件和各种相关参数的确定方法,尤其是机车整个制动过程中制动盘换热系数的计算方法。同时运用有限元软件ANSYS7进行了制动盘及相关部件三维瞬态温度场和应力场的仿真与分析。仿真结果表明:在制动开始阶段,制动盘迅速升温,高温区集中在制动盘摩擦面表层,最高温度达220℃;制动过程结束后,整个制动盘有一段较长时间的降温过程;制动盘系统各部分的最大热应力-时间曲线变化规律不一致,但均满足材料强度要求。仿真结果与实验数据相符,证明了该三维有限元模型及其温度场计算方法的正确性。     

新型160 km／h城际动车组制动性能的计算分析

根据新型160 km/h城际动车组制动系统的设计要求,运用有限元法对动车组在紧急制动工况下和模拟线路运营工况下制动盘的热容量进行计算分析,以及对初速度为160 km/h最大载重工况下的紧急制动距离进行计算。计算结果表明,新型160 km/h城际车制动性能满足动车组的正常运营要求。     

动车组铸钢制动盘裂纹扩展寿命预测

为研究动车组铸钢制动盘出现裂纹后裂纹扩展速率和扩展寿命,根据制动盘材料参数,使用ANSYS软件建立制动盘的循环对称三维瞬态计算模型,采用间接耦合方法计算制动盘的温度场和应力场,得到在动车组速度为300 km/h的工况下,裂纹处的温度为355.33℃。以温度计算结果作为初始载荷计算制动盘热应力,制动盘最大热应力为899 MPa,盘面裂纹处的应力为501 MPa。并将计算结果作为计算制动盘的载荷输入到NASGRO中,对裂纹扩展速率和扩展寿命进行计算和分析。计算和分析结果表明,此材料制动盘径向裂纹长度尖端处的应力强度因子和扩展速率均高于深度尖端处;计算得出制动盘裂纹扩展寿命为制动48 831次,为该制动盘的使用提供参考。     

基于长大坡道持续制动的新型制动盘研究

随着我国中西部地区高速铁路的建设,由于长大坡道线路带来的问题日益凸显。在长大坡道行驶时如果电制动出现故障,将采用纯空气制动,长大坡道造成的持续制动会导致制动盘的热负荷急剧上升。由于散热的时效较慢从而导致制动盘温度过高,同时产生较大的温度梯度,从而导致制动盘热疲劳裂纹产生。为了解决长大坡道工况下制动盘的换热效率提升和降温问题,基于兰新线的长大坡道工况,通过设计新型的铝嵌钢结构制动盘,采用有限元分析软件对铝嵌钢结构制动盘和全钢制动盘进行仿真计算,得到温度场和热应力分布。结果表明,在长大坡道采用纯空气制动时,铝嵌钢制动盘可以在实现轻量化的同时明显降低制动盘面的温度和温度梯度,缓解长大坡道制动带来的制动盘热疲劳问题。     

高速动车组螺栓周向阵列相位控制超声导波检测方法

分析了高速动车组螺栓缺陷产生的原因,介绍了常见的螺栓缺陷检测方法,以及高速动车组螺栓检测的难点。在此基础上,提出了高速动车组螺栓周向阵列相位控制超声导波检测方法。介绍了检测原理,论述了周向阵列相位控制方法,并进行了试验验证。     

Investigation of thermo-structural behaviors of different ventilation applications on brake discs

One of the most common problems related to brake discs is overheating, which negatively affects braking performance especially under the continuous braking conditions of vehicles. Ventilation applications on brake discs can significantly improve the brake system performance by reducing the heating of the discs. In this study, the thermal behaviors of ventilated brake discs using three different configurations were investigated at continuous brake conditions in terms of heat generation and thermal stresses with finite element analysis. The results were compared with a solid disc. Heat generation on solid brake discs reduced to a maximum of 24% with ventilation applications. The experimental study indicated finite element temperature analysis results in the range between 1.13% and 10.87%. However, thermal stress formations were higher with ventilated brake discs in comparison to those with solid discs.     

基于等效模型的铰制孔螺栓力学设计与优化

文中在常规有限元仿真基础上,引入螺栓轴向刚度与剪切刚度,建立了包含简化螺栓模型的系统级有限元模型。通过仿真获得了螺栓的轴向载荷与剪切载荷,计算结果表明,不同螺栓的初始载荷分布严重不均衡。以螺栓轴向载荷方差最小为目标,针对螺栓布局开展优化。优化后的结果表明,螺栓最大承载降低了29.5%,螺栓强度、寿命均满足设计要求。相较于传统螺栓建模的系统级有限元仿真,文中方法减少了有限元建模的工作量和后期计算资源需求,能够快速迭代,获得螺栓优化布局,从而有效降低螺栓件承载的不均衡性,提高连接可靠性。     

螺栓扭矩校验用机器人生产线动力设备选型

为解决动车组轮对制动盘螺栓扭矩校验自动化与信息化问题,提高作业效率,开发了一种螺栓扭矩校验用机器人生产线,并对这一生产线的轮对输送机构、顶升分度机构的动力设备进行了选型.计算结果表明,所选择的动力设备满足螺栓扭矩校验用机器人生产线的设计要求.