JD-1轮轨模拟试验机转轴损伤机制分析

转轴是JD-1轮轨模拟试验机夹具的重要组成部分,在试验机运行过程中承受垂向载荷和制动扭矩的综合作用。针对轮轨模拟试验机转轴-轴承过盈配合面上出现的损伤,从宏观、微观层面分析其损伤机制。转轴和轴承内圈在试验机运行过程中发生的弹性变形量存在差异,导致转轴-轴承过盈配合面区域内出现微小幅度的往复相对运动,从而产生微动损伤。在载荷综合作用下,转轴-轴承过盈配合表面出现了严重的微动疲劳磨损和较为严重的不均匀塑性变形,靠近制动器一端的表面塑性变形不均匀程度更为严重。分析结果为转轴损伤的减缓和预防提供了参考。     

试验机转轴微动损伤机制分析

转轴是试验机的重要传动部件,由于扭转载荷和垂向载荷的作用,转动轴在其与轴承内圈过盈配合面处会出现微动损伤。利用扫描电镜、EDX等微观分析手段对失效转动轴损伤部位进行分析,通过分析,得出转动轴的微动损伤机制为:转动轴表面的微动磨损主要以磨粒磨损和黏着磨损为主,在损伤部位萌生的微动疲劳裂纹具有多源性,且扩展角度较小,损伤部位剖面的塑性变形层沿转动轴轴线分布不均,且转动轴左端的塑性变形层比右端厚。     

非概率法的钢轨可靠性分析

基于Hertz接触理论,以大秦重载铁路钢轨为研究对象,将HXD1型交流传动货运电力机车车轮和钢轨的曲率半径、材料弹性模量、泊松比及机车单轮重量和轮轨运行冲角等不定参量设为区间变量,运用非概率法进行强度可靠性分析。计算结果表明,HXD1型交流传动货运电力机车在大秦重载铁路钢轨上运行过程中,其钢轨强度可靠性满足使用要求,证明了非概率可靠度算法在钢轨强度可靠性研究中应用的可行性,为今后钢轨可靠性的研究提供了一种简单有效的方法。     

基于正交设计试验的试验机转轴静态灵敏度分析

影响试验机转轴最大静态应力的结构参数比较多,如果以降低最大静态应力为目标对转轴进行设计时考虑所有的参数,则会大大增加设计的时间和成本。以最大静态应力为指标,利用正交设计试验法,对主要结构参数进行灵敏度分析,筛选出灵敏度较高的设计变量,可以在一定程度上简化设计模型,提高设计速度,计算结果为此类轴类零件的设计提供了参考。根据分析文中得出如下结论:转轴所受的最大静态应力小于其材料的屈服极限;以转轴最大静态应力为指标,各结构参数按灵敏度绝对值从大到小依次为:R3,R1,R2,L8,L2,R4,L9,L3,L1,L4,L6,L7,L5。     

不同蠕滑率下U75V钢轨磨损与损伤性能分析

利用MJP-30A滚动磨损试验机研究U75V钢轨在不同蠕滑率下的磨损与损伤行为,探讨钢轨磨损率随蠕滑率的转变规律。结果表明:U75V钢轨磨损率随蠕滑率的增加呈现"台阶式"上升规律;根据Tγ/A-磨损率变化曲线,可将U75V钢轨材料磨损划分为三个区域:轻微磨损区、严重磨损区和灾难性磨损区。不同蠕滑率下U75V钢轨的磨损与损伤机制明显不同;当蠕滑率小于3%时钢轨材料主要磨损形式为氧化磨损与轻微疲劳磨损,当蠕滑率为6%~12%时钢轨材料主要磨损形式为轻微黏着磨损,当蠕滑率为18%~25%时钢轨材料主要磨损形式为严重黏着磨损;随蠕滑率增加,钢轨材料塑性变形层厚度、疲劳裂纹的深度和角度均呈先增加后减小的趋势,当蠕滑率为12%~18%时、塑性变形层厚度、疲劳裂纹的深度和角度达到最大。     

基于多重分形KPCA和LS-SVM列车车轮早期损伤的检测研究

针对车轮早期损伤难以检测的问题,利用JD-1轮轨模拟试验机进行了车轮早期损伤模拟振动试验,提出基于多重分形核主成分(KPCA)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)的车轮早期损伤诊断方法。首先对信号进行共振稀疏分解预处理降噪,根据峭度和互相关系数最大原则,筛选子带分量重构信号,然后获得其多重分形参数,利用核主成分(KPCA)降维提取敏感特征向量矩阵,将该向量矩阵输入最小二乘支持向量机(LS-SVM)进行分类识别。研究结果表明,该方法可以有效地实现车轮早期损伤的识别,与未通过降噪信号的比较,其具有更高的诊断准确率,为深入研究损伤车轮振动特性提供理论依据。     

基于ANSYS的轮轨摩擦滑动接触应力分析

以Hertz接触理论为依据,利用ANSYS建立2D有限元计算模型,模拟原地打滑、完全制动等轮轨滑动摩擦接触行为。分析了轮轨静接触和滑动接触时接触应力分布情况,研究了接触状态、轴重、滑动速度、载荷类型和钢轨轨顶圆半径对接触应力的影响。结合Hertz接触理论计算结果、剥离损伤理论和自激振动理论进行了轮轨损伤分析。     

不同轮轨材料硬度匹配行为及其机制的初步研究

合理的轮轨材料硬度匹配能够显著提高列车的运行安全,为探究不同轮轨材料的硬度匹配行为及机制,利用MMS-2A摩擦磨损试验机对不同轮轨材料进行相应的匹配试验。结果表明:低轴质量下随着轮轨材料硬度比的升高,轮轨间主要磨损机制由磨粒磨损向疲劳磨损和氧化磨损过渡,轮轨材料整体的耐磨性显著提高;高轴质量下轮轨接触应力显著增大,轮轨硬度比的增大能够显著地减轻轮轨材料间的磨粒磨损,轮轨材料整体的耐磨性显著提高。因此,在现有轮轨接触条件下适当增大车轮硬度,使车轮硬度接近钢轨硬度能够显著改善轮轨材料磨损状态,而且对于重载工况效果更为明显。     

滑动速度对钢轨表面接触应力的影响

利用ANSYS有限元软件建立轮轨系统弹性平面应变有限元简化模型,模拟轮轨滑动接触行为。研究机械载荷条件下滑动速度对钢轨接触表面接触应力的影响,以及热-机耦合载荷条件下滑动速度对钢轨表面接触应力、摩擦温升的影响,并对2种条件下的接触应力进行比较分析。结果表明:耦合载荷条件下的接触应力较机械载荷条件下显著增加,分布更集中于接触斑附近,即轮轨相对滑动产生了明显的摩擦热效应;滑动速度增加,摩擦热效应越明显,热影响层越浅,即滑动速度对接触应力有显著影响,钢轨接触应力分析时必须考虑滑动速度的影响。