地铁线路曲线段磨耗状态下轮轨滚动接触有限元分析

基于城市轨道交通曲线段不同磨耗程度的典型钢轨和车轮的实测型面,利用有限元分析软件ANSYS建立曲线段轮轨三维弹塑性接触有限元模型,对三种不同轮轨磨耗型面匹配工况下的地铁车辆的曲线通过性能以及轮轨接触应力进行计算分析,分析不同磨耗状态下车轮和钢轨接触时的接触应力和轮轨应力的分布状态,并研究其对钢轨磨耗的影响。发现钢轨使用初期,由于轮轨廓形不一致,轮轨间易出现应力集中,应力集中部位易出现磨损;随着钢轨侧磨的增加,轮轨接触状态逐渐由一点接触变为两点接触,且接触点的塑性变形部分和弹性部分的过渡区间易出现裂纹;两点接触状态下,外侧轨距角处接触面积及应力集中区域远大于钢轨侧面部分,轨距角易出现较大的接触压力,易加速钢轨磨耗与疲劳伤损的产生。     

铁道车辆轮轨接触疲劳的影响因素

随着铁路客货运量的增大和列车速度的提高,使得高速铁路的轨道必然比普通线路具有更高的安全性、可靠性和平顺性,为保证轨道结构的这些要求,轨道各部件的力学性能、使用性能和组成为结构的整体性能都比普通轨道部件高,但在高速铁路轨道上仍然存在很多问题。目前,轮轨接触疲劳是最常见的轮轨问题,国内外许多学者对此做了研究。导致机车车辆轮轨接触疲劳的因素有很多,指出了当下一些常见的轮轨接触疲劳损伤形式,同时对滚动接触疲劳的影响因素进行了简要分析。为了研究疲劳损伤产生、发展的机理和影响因素,通过查阅大量资料,了解了各种常见损伤的产生和发展机理,并总结了在该领域的研究方向与热点,同时指出了当下高速铁路建设中存在的技术难题。结合轮轨接触疲劳的失效形式和磨损的特点,从材料对踏面的影响、高速与重载对轮轨接触疲劳的影响、润滑剂对轮轨裂纹增长的影响等方面,进一步提出预防和减缓钢轨接触疲劳损伤的具体措施。     

轮轨材料/硬度匹配研究进展与展望

车轮与钢轨硬度是影响轮轨磨损的主要因素之一,合理的轮轨材料与硬度匹配对于减轻轮轨磨损、延长服役寿命具有十分关键的作用。当前我国铁路运营过程中存在2种硬度钢轨匹配4种硬度车轮的现象,材料匹配行为复杂。针对铁路轮轨材料和硬度的选用与匹配,至今尚无统一合理的规定与标准。从轮轨材料硬度出发,首先分析了国内外轮轨材料发展与硬度匹配的使用现状,发现不同国家和地区轮轨材料硬度的选用存在较大差异。具体表现为:日本新干线使用的车轮硬度远高于钢轨(H_R/H_W<1),欧洲高速铁路上H_R/H_W值接近1,而中国高速铁路系统中,轮轨种类多,硬度区间大。其次,总结了轮轨硬度匹配研究进展,明确材料硬度和轨轮硬度比(H_R/H_W)对磨损与滚动接触疲劳损伤都具有显著影响,但并没有形成统一的结论,且以往的材料选用经验并不完全适用于当前的铁路系统。然后,针对现阶段轮轨材料与硬度匹配研究,探讨了材料加工硬化、合金钢微观组织、表面热处理工艺、复杂服役环境与车轮运行参数等因素的潜在影响。最后,提出...     

高速动车组车轮偏磨影响因素与限值研究

目的 高速动车组在运营过程中的轮轨磨耗严重威胁着运营安全和运营经济性,车轮偏磨对车辆的运行性能具有重要影响。探究高速动车组车轮发生偏磨的原因,从而提出对应的抑制措施。方法 通过实测数据,统计分析动车组偏磨问题和演化规律,并对不同车轮偏磨下的轮轨静态接触参数进行分析;建立高速动车组车辆模型和Jendel车轮磨耗模型,分析偏磨产生的机理和影响因素,主要从4个方面进行探究,包括左右轮表面硬度、左右侧转臂节点参数、线路分布和钢轨廓形的不对称性;通过建立轮对刚柔耦合模型,对不同车速下的车轮偏磨限值进行研究。结果 磨耗里程为200 000 km,当硬度差为0、5H、10H时,右侧车轮的磨耗深度分别为0.954、0.966、0.973 mm。当右侧转臂节点刚度减小为5 MN时,右侧车轮的磨耗深度减小了5%。当左右钢轨廓形不对称时,左侧车轮的磨耗比右侧的磨耗增大了15.8%。当速度为300、350、400 km/h时,轮径差限值分别为2.4、2.1、1.7 mm。结论 左右车轮的表面硬度、左右侧转臂节点参数、线路分布和钢轨廓形不对称性是引起车轮偏磨的主要诱因,在服役过程中需对影响车轮偏磨的车辆和线路参...     

在线连续测量轮轨接触点的神经网络方法

尽管轮轨力测量的测力轮对技术已相对成熟,轮轨作用点位置的测量却一直很困难。作用点位置的在线连续测量对脱轨机理的研究、机车车辆性能的研究有十分重要的意义。在常规测力轮对的基础上,增加一个电桥感应作用点位置的变化。采用神经网络拟合轮轨作用力位置变化与电桥输出间复杂的非线性映射关系,用不同作用点位置下各种横、垂向力的组合来训练神经网络,从而达到由电桥输出值得到作用点位置的目的。实验结果表明,网络不仅训练精度好,而且预测能力也令人满意。     

轨道交通轮轨滚动噪声的预测

随着我国大规模的铁路提速改造工程的实施，以及大力发展高速客运专线，铁路列车的运行噪声给沿线的居住环境带来了严重影响。基于轮轨竖向及横向振动相互作用关系，根据结构声辐射理论，考虑大地反射的影响，推导了铁路轮轨滚动噪声声压级谱的理论表达式。为验证本模型的正确性，在轮轨高频振动响应和轮轨噪声计算两方面和有关文献实测结果进行了对比验证，此外还对我国既有线轮轨噪声进行了理论预测和现场实测，数值计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

我国宜一步到位发展高速磁悬浮列车——先行建设宁沪杭甬高速磁悬浮列车线

高速磁悬浮列车是 2 1世纪新型的、理想的交通工具 ,具有较多的优越性 ,其技术已趋成熟。我国应跨越轮轨铁路 ,一步到位发展磁悬浮列车。长江三角洲地区经济、社会飞速发展 ,区域需要建立快速、安全、舒适、清洁、节能的高速主通道。先在沪宁线或沪杭甬线上建试验段 ,然后建设宁—沪—杭—甬高速磁悬浮列车线 ,成为区域内实现 2小时经济圈的主通道     

高速列车二系横向阻尼改变对轮轨磨耗影响研究

当列车偏离设定运行速度时,车体横向振动变差,被动悬挂系统阻尼值预先设定,难于满足要求。采用迭代寻优控制算法,车体横向平稳性提高,乘客舒适性得到较好改善;但导致轮轨磨耗加剧,严重影响行车安全性,同时增加旋修带来的经济损失。进一步分析二系横向阻尼改变对车体平稳性和轮轨磨耗的影响,同时考虑车体横向振动和轮轨磨耗,100km/h速度时,建议二系横向阻尼的调节范围为(15~30)k N.s/m;300km/h速度时,建议其范围为(30~45)k N.s/m。为列车参数优化、安全运行提供理论指导。     

基于 ANSYS 的车轮材料特性对轮轨接触应力的影响

目的随着我国铁路运输朝着高速、重载、低能耗的方向高速发展,高速列车轮轨承受的载荷显著增加,研究车轮材料特性(弹性模量、泊松比)对CRH3型动车组轮轨接触应力的影响,对保证列车安全性、可靠性及舒适性有重要的现实意义和应用价值。方法采用S1002型磨耗踏面轮对和60 kg/m的标准钢轨,首先对轮轨接触的模型做基本的假设,其次对模型参数、单元选择、网格划分等计算过程进行说明,最后应用弹塑性理论及有限元软件ANSYS分析轮轨接触应力。结果车轮材料弹性模量E分别为124,165,206,247,288 GPa的情况下,轮轨接触对应的最大Mises应力依次为315.451,370.458,435.498,500.274,554.604 MPa,最大接触压力依次为669.264,802.328,920.832,1033.87,1135.19MPa;在车轮材料泊松比分别为0.18,0.24,0.30,0.36,0.42的情况下,轮轨接触对应的最大Mises应力依次为468.035,450.601,435.498,422.587,415.412 MPa,最大接触压力依次为903.068,911.168,920.832,936.339,961.234 MPa。结论车轮材料的弹性模量对轮轨接触应力有显著的影响,最大Mises应力和最大接触应力的变化与弹性模量的变化呈正比关系;泊松比对轮轨接触应力也有一定的影响。     

高速列车车轮型面多目标优化研究

对于动车组车轮磨耗引起的动力学性能降低问题,车轮型面优化是一个很好的解决方案。采用旋转压缩微调法（Rotary-scaling fine-tuning method,RSFT）进行型面生成;建立某型动车组车辆动力学模型,采用该模型计算相应的优化目标和约束条件;利用径向基神经网络-粒子群（Radial-based neural network-particle swarm optimization,RBF-PSO）算法优化出最优廓形。通过对比优化前后车轮型面的动力学性能和磨耗性能,可以发现：优化后车轮型面临界速度为424.6 km/h,增大10.2%;横向平稳性和垂向平稳性指标整体减小,同时提高了曲线通过时的安全性指标,脱轨系数、倾覆系数和轮轴横向力都进一步减小。优化后车轮型面接触点分布相对更加均匀,等效锥度减小。同时优化后车轮型面有效减小车轮磨耗深度,并减小了轮缘根部磨耗,车轮最大磨耗深度减小9.8%。