机车打滑时轮对纵向振动研究

轮轨粘着曲线负斜率会导致传动系统强烈的自激扭转振动,引起轮轨粘着系数周期性的变化,从而会导致轮对纵向振动,轮对纵向振动与轮对粘滑振动耦合作用导致机车复杂的动力学行为.建立机车单轮对传动系统简化模型,考虑轮对回转及纵向自由度.通过数值仿真,再现了平均蠕滑率超过临界蠕滑率时,传动系统扭转振动及轮对纵向振动相轨迹,并计算传动系统扭转和轮对纵向振动频率,利用图解法分析纵向振动机理.结果表明,当机车打滑时,轮对纵向振动为自激振动,轮对纵向振动频率为传动系统扭转固有频率整数倍,且为两倍时振动幅值最大.因此需要合理设置轮对纵向定位刚度等参数,避免打滑时引起的轮对强烈的纵向振动.     

轮轨黏着特性试验研究

利用JD-1轮轨模拟试验机研究了干态工况下蠕滑率、速度和轴重等参数对轮轨黏着系数的影响.结果表明:蠕滑率是影响轮轨黏着系数的主要因素;当蠕滑率为0时,黏着系数很小大约为0.02;当蠕滑率在0～1%时,轮轨黏着系数快速增加;蠕滑率在1%时黏着系数达到最大值,随后随蠕滑率的增加黏着系数出现下降趋势并逐渐趋于稳定,此时表现为轮轨宏观滑动.轮轨黏着系数随着速度增加而降低,随着轴重的增大呈现增加趋势.     

机车传动系统振动分析

随着机车速度的提高,对机车的运行安全性和稳定性提出了更高的要求。考虑不平衡质量、齿轮啮合刚度、轴承支撑刚度和轮轨接触的影响下,建立机车传动系统有限元单元动态模型。其次,采用迭代法,求取了临界转速值及振型响应。分析齿轮啮合刚度、轴承支撑刚度、轮轨接触力作用下,传动系统齿轮单元幅频响应变化。结果表明:复杂环境因素下,传动系统齿轮啮合频率及固有频率处,系统振动响应较大。轴承通过频率的振动响应微弱。轮轨接触刚度影响下,传动系统啮合频率、固有频率及轴承通过频率的振动响应受到极大干扰。     

轮轴弯曲刚度对轮轨垂向动态载荷影响分析

以国内某型地铁车辆为例,研究轮轴弯曲刚度对轮轨垂向动态载荷和轮对垂向振动的影响。在常规多刚体动力学模型的基础上,结合BM3000轮对和北京地铁轮对两种不同的弹性轮对模型,对比分别采用刚性轮对模型和弹性轮对模型时的轮对垂向振动加速度和轮轨垂向力。结果表明,对BM3000弹性轮对模型来说,由于其弯曲刚度相对较小,随着运行速度的增大,轮对垂向振动加速度和轮轨力与刚性轮对的差距不断加大,而对于轮轴弯曲刚度较大的北京地铁轮对来说,其弹性轮对模型和刚性轮对模型的结果比较接近,在计算的速度下轮对的振动峰值及频率均有明显的降低。因而,通过加大轮轴弯曲刚度可明显改善轮对的垂向振动和轮轨垂向力,实现改善轮轨动态接触状态的目的。     

谐波转矩对机车传动系统动态特性的影响研究

牵引电机谐波转矩对由牵引电机、齿轮传动、轮轨接触等组成的铁路机车传动系统动态载荷、振动噪声等动态特性有着重要影响。本文基于国内某交流电力机车牵引电机的结构参数和功能特点，通过虚位移原理获得了脉动谐波转矩，并将其作为激励输入到建立的考虑齿轮传动系统动态啮合的车辆-轨道垂-纵耦合动力学模型中，研究了牵引电机谐波转矩对机车传动系统动态特性的影响规律。研究结果表明，谐波转矩会加剧传动系统齿轮动态啮合力和动态传递误差的幅值波动，从而进一步导致轮轨动态相互作用力波动程度加剧，但受轴重转移影响，轮轨黏着系数均方根值增载位轮对小于减载位轮对，且增载位轮对受谐波转矩影响较小，而减载位轮对受谐波转矩影响较大。     

高速列车传动系统动态特性分析

以国内现有高速车型为研究对象,综合考虑驱动系统齿轮传动刚度时变特性,实际列车牵引特性和基本阻力特性,通过建立高速列车三维动车动力学模型开展高速列车传动系统与车辆动力学相互作用的研究。齿轮啮合刚度时变特性使得齿轮传动内部产生激励,在刚度激励和啮入冲击激励作用下轮对垂向振动响应较大,但不影响轮对其它运动形态;由于轮轨接触的负斜率特性,仿真分析了轮对出现失稳振动后传动系统的响应,发现相对轮对旋转振动而言轮对纵向振动对列车驱动系统的影响更大,但这两种振动形态往往通过轮轨切向力耦合在一起。     

摩擦因数对轮轨曲线啸叫噪声的影响分析

为分析摩擦因数为常数时是否会出现曲线啸叫,并探讨摩擦因数对轮轨接触特性和曲线啸叫噪声强度的影响,建立详细的轮轨曲线啸叫噪声预测模型,包括轮轨弹性振动模型、时域相互作用模型和声辐射模型,并用CONTACT软件验证了相互作用模型的正确性。分析结果表明:摩擦因数为常数时,也会出现曲线啸叫。摩擦因数对曲线啸叫频率没有影响,轮对横移量为5 mm、横向蠕滑率为-0.01时,啸叫频率总是与车轮的0节圆3节径轴向模态频率相近;摩擦因数越大,曲线啸叫噪声强度越大;可以用横向力级峰值的个数判断是否会出现黏滑振荡,用接触区域内滑动区所占比例的变化程度表示黏滑振荡的激烈程度,用横向力级最大值或声功率级最大值对应频率预测曲线啸叫频率;提出两个临界摩擦因数:摩擦因数小于0.20时不会出现曲线啸叫,大于等于0.24时会出现啸叫,介于0.20和0.24之间时有可能出现曲线啸叫。     

牵引/制动载荷和复杂黏着条件对地铁轮轨动态相互作用影响研究

牵引/制动载荷和轮轨黏着条件对轮轨系统动态相互作用影响显著，尤其是轮轨切向作用。基于车辆-轨道耦合动力学理论，建立地铁车辆-板式轨道空间耦合动力学模型；由于轮轨接触斑形状以及接触应力分布实际上呈明显的非赫兹特性，因此建立考虑轮对摇头角的轮轨非赫兹法向接触模型以及相应的轮轨非赫兹蠕滑模型，并用于耦合动力学的轮轨动态相互作用计算中。基于所建立的动力学仿真模型，系统分析牵引/制动载荷以及复杂的轮轨界面黏着条件对轮轨系统动态相互作用的影响。结果表明，牵引/制动载荷和轮轨黏着条件对轮轨切向接触应力及黏-滑区域分布影响显著，在干燥接触条件下，随着牵引/制动载荷的增大轮轨切向应力幅值增大，黏着区域减小，而当牵引/制动载荷较高且轮轨黏着水平较低时，接触斑内表现为全滑动状态。研究结果可为车轮/钢轨异常磨损和型面优化设计进一步研究提供理论基础。     

两种驱动电机地铁车辆轮轨动态相互作用对比分析

为研究驱动作用下直线电机地铁车辆和旋转电机地铁车辆的轮轨系统动力学响应特性,利用KALKER线性蠕滑理论分析比较电机驱动下两种地铁车辆曲线通过时的轮对导向能力,分别建立直线电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型和传统旋转电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型,对比分析驱动作用和曲线半径对两种地铁车辆轮轨动态相互作用的影响。研究结果表明:驱动工况下,不同于传统旋转电机地铁车辆,直线电机地铁车辆的轮轨蠕滑特性和系统动态响应几乎不受牵引载荷的影响,其轮轨蠕滑力不受到轮轨黏着的限制。曲线通过时直线电机地铁车辆导向轮对的导向能力优于传统旋转电机地铁车辆。     

速率变化对轮轨滚动接触蠕滑特性的影响

从研究影响轮轨滚动接触几何关系的机制出发,利用数值计算方法分析横移量和摇头角变化速率对轮轨接触质点间蠕滑力/率、接触斑黏滑区的分布等的影响。分析结果表明:横移量、摇头角的变化速率对轮轨滚动接触蠕滑特性具有重要的影响具有重要的影响;随着横移量变化速率的增加,轮轨接触斑间的横向蠕滑力/率、蠕滑力密度等增大,同时滑动区逐渐增大,黏着区面积逐渐减小,因此当列车在加速过程中要适当考虑增黏措施;随着摇头角的变化速率的增大,轮轨接触斑间的纵向蠕滑力/率、蠕滑力密度等增大,而横向蠕滑力/率、蠕滑力密度等减小,接触斑上滑移区面积逐渐增大,直至接触斑切向力达到饱和处于全滑动状态。