车轮多边形磨耗统计规律及关键影响因素分析

针对列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于轨道交通运输领域,会导致车辆/轨道系统产生高频的振动冲击,严重影响车辆和轨道系统零部件的使用寿命,危及行车安全这一问题,调查了大量车轮的多边形磨耗情况并进行统计分析,掌握了高速列车车轮多边形磨耗问题的现状和特点。以18～20阶多边形磨耗车辆为例,通过理论研究和试验分析(试验分析包括车辆系统振动特性测试和转向架模态特性测试),对车轮多边形磨耗的根本原因及诱导因素进行研究。研究发现,轮轨系统在580 Hz频率附近存在固有模态是导致车辆发生18～20阶多边形磨耗的根本原因,轮轨表面的各种不平顺能激发或者加剧轮轨系统在580 Hz频率附近的模态共振,从而诱发车轮多边形磨耗的产生。该结果可为高速列车车轮多边形磨耗问题的防止和进一步研究提供参考。     

人工缺陷对S38C车轴钢疲劳极限的影响

采用布氏硬度计和电火花烧蚀方法在S38C车轴钢疲劳试样上引入压痕和电火花凹坑两类人工缺陷,研究含不同尺寸人工缺陷试样的疲劳极限,并与Murakami模型的计算结果进行对比。结果表明:疲劳裂纹从人工缺陷底部萌生;在研究范围内,含人工压痕和电火花凹坑试样的疲劳极限均随着缺陷投影面积的增加而呈线性降低趋势;在缺陷于横截面上投影面积相同条件下,试验得到含电火花凹坑试样的疲劳极限比含人工压痕试样的低30 MPa左右,含人工压痕试样的疲劳极限试验值比计算值高约50MPa,而含电火花凹坑试样的疲劳极限仅比计算值高约20MPa,含该类缺陷试样的疲劳极限可由Murakami方程进行近似预测。     

地铁先锋扣件和普通扣件整体道床轮轨动力特性对比研究

针对地铁普通扣件和先锋扣件不同的结构和支撑特性,分别建立两种扣件系统的动力学模型,基于车辆-轨道耦合动力学理论,对比分析了两种扣件系统的轮轨动力特性及其差异。结果表明:相比于普通扣件,先锋扣件由于具有较低的垂向刚度,钢轨垂直位移较大;同时,安装于轨腰的橡胶支撑作用区离钢轨质心较近,形成的扭转刚度和阻尼较小,钢轨扭转位移较大。通过钢轨焊接接头不平顺时,与普通扣件轨道相比,先锋扣件轨道轮轨垂向力波动衰减要快,先锋扣件轨道钢轨在低频15～30Hz处振动略有增加,但在40～70 Hz范围大幅衰减,这有利于车辆轨道系统的减振。     

多悬挂设备对高速列车乘坐舒适性影响分析

为研究悬挂多设备对高速列车舒适度指标影响规律,建立车体-设备的27自由度的刚柔耦合数学模型,获得车体及车下设备悬挂系统的加速度频率响应函数表达式,结合德国垂向不平顺轨道谱和舒适度滤波函数计算车体参考点的舒适度指标。分别研究有无设备、不同悬挂频率、不同悬挂位置对车辆垂向舒适度指标的影响规律。研究结果表明:合理设计车下设备悬挂参数不仅能降低车体中部舒适度指标,还能在一定程度改善车体端部乘坐舒适性,尤其是200~300 km/h时车体端部舒适度指标;通过分析最终确定设备1最优悬挂频率为10.2 Hz;双层悬挂系统中框架最优悬挂频率小于8 Hz,设备2最优悬挂频率为11~12 Hz;设备的空间布置也会对舒适度产生影响,设备1悬挂位置对车体中部和端部舒适度影响不大,而双层悬挂系统悬挂于13.5 m位置处时车体中部和端部都能获得较好舒适性。     

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。     

货车转向架服役期间车辆安全性演变规律研究

针对影响车辆运行性能的关键尺寸和参数,结合运用磨耗规律对转向架现场调研的结果,以C70型敞车为研究对象开展动力学仿真分析计算,确定转向架服役性能演变规律,以及转向架服役期间车辆安全性指标变化情况。结果表明:随着服役时间的增加,车辆在直线行驶时的各安全性指标均增大,但安全性指标值满足国内相关标准,当车辆参数达到检修限值时,车辆在高速行驶时会出现脱轨风险;而随着服役时间的增加,车辆的曲线通过性会出现一定程度的先转好再恶化的过程,这是由于车轮在磨耗后,等效锥度增大而导致,同时车辆在空车和重车工况下,安全性演变规律相似。     

间隙配合变轨距轮对与轨道间瞬态滚滑接触模拟研究

变轨距技术是实现不同轨距铁路联运的重要手段，我国相关研究仍在起步阶段。基于显式有限元法，建立包含渐开线花键副的三维变轨距轮对-轨道耦合瞬态分析模型，于时域内模拟速度高至400 km/h下的瞬态轮轨滚滑和花键间动态接触行为及其相互影响。模型充分考虑轮轨和花键副三维几何、系统高频结构振动等，引入时变牵引/制动转矩，采用集成库仑摩擦定律的"面-面"接触算法求解轮轨接触和花键接触。假设圆柱直齿渐开线花键，齿数取32，齿侧间隙恒0.1 mm，无激励下模拟结果表明，花键副的存在使得轮轨力波动范围大于传统轮对，例如，400 km/h下法向轮轨力波动幅值增加静载的3.7%。时速400 km/h和牵引系数0.05下，内外花键的径向和角向偏置使得花键左、右两侧各存在1个位置相对固定的承载区，各涉及5~6个键齿，承载面分别为II和I键齿工作面。瞬态法、切向接触应力极值发生在靠近一系悬挂侧的齿根或齿顶部，典型值分别为102 MPa和4.6 MPa，任一键齿的应力极值因不断有键齿进出承载区而波动上升和下降。牵引系数0.3时，左侧承载区消失，右侧承载区扩至18个键齿，相同时刻下的法、切向接触应力极值因承载齿数和总接触面积增加变为89 MPa和5.2 MPa。为变轨距机构中花键的强度和动力学分析及相关设计提供精确模拟手段。     

B0-B0机车横向晃动现象研究

为解决某B0-B0机车在试验时出现的低频横向晃动问题,应用Simpack建立了该机车动力学模型,从振动特性的角度出发,采用根轨迹法对该机车低频横向晃动的问题进行分析,探究关键悬挂参数对机车振动特性的影响。分析结果表明机车"复合振动"模态在分界速度点处发生模态轨迹的异常变化是机车低频横向晃动现象产生的原因。从减小轴箱纵向定位刚度、增大二系弹簧水平刚度、减小电机减振器阻尼等3个方面对机车进行综合整改,拉开机车"复合振动"模态和转向架蛇行运动模态之间的振动频率,可以有效解决机车低频横向晃动问题。非线性计算结果表明,综合整改后机车动力学性能满足安全运用的要求。现场试验的结果表明,综合整改后机车基本消除了低频横向晃动。     

双层客车通风模拟与送风均匀性优化

针对双层铁路客车客室送风均匀性问题,建立双层客车风道及客室通风数值计算模型,分析风道的送风均匀性和车内风速大小,按照ASHRAE23的相关舒适性评价指标对客室风速场进行评估,并依据仿真结果进行优化。研究表明,等截面风道不能满足均匀送风要求,其头部出风量小、尾部出风量大,内部风口的出风有很大的纵向速度,导致风量沿风道下游端部聚集;风道直角拐角处压力损失大,采用圆角过渡能有效减小局部流动阻力,减小幅度达40%;风道出风口处静压腔空间较小,不能有效减小内部风口处射流冲击,需要用横向整流措施来减小气流的纵向速度;增加横向整流板、引流板、阻力板、三角导流板等措施能有效调节风道沿纵向的出风均匀性;综合风道优化措施能在不改变原有风道安装空间和外形的情况下,保证车内送风的均匀性且满足标准要求。