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。     

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。     

基于有限元法的试验机转轴动力学分析

试验机转轴的动态特性极大地影响了试验机的动力学性能和工作精度,论文利用有限元方法(FEM)对试验机转轴进行了模态分析和谐响应分析,利用模态分析得出转轴的各阶模态及其固有频率,利用谐响应分析得出对转轴振动影响最大的模态。模态分析结果说明固有频率的大小与模态发生的部位有关,同一部位发生的模态固有频率接近;谐响应分析结果说明转轴左端前后方向和竖直方向的弯曲振动模态比较容易引起转轴的共振。分析结果为转轴结构的进一步优化提供了理论参考。     

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。     

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。     

四种列车车轮材料近表层的硬度值分布规律

在试验数据的基础上利用数值分析方法研究车轮试件近表层的硬化规律,提出以硬化率、硬化层厚度和曲率半径函数面积为指标的集合来描述试件近表层的硬化规律,分析不同车轮材料近表层表现出不同硬化规律的原因。结果表明,车轮试件近表层硬度值随深度的分布规律与某个指数函数的曲线非常接近,故将该函数作为其硬化规律的经验公式;提出的硬化指标集能有效地评价试件近表层硬化程度的强弱和硬化规律;在磨损和硬化作用的共同作用下,车轮材料含碳量的不同使其近表层表现出不同的硬化规律。     

车轮显微组织对车轮摩擦学性能的影响

利用JD-1型轮轨模拟试验机研究4种不同成分车轮材料微结构对其摩擦学行为的影响。结果表明:随着碳当量升高,车轮材料显微组织中先共析铁素体体积分数逐渐减小,珠光体晶粒大小和珠光体片层间距则有明显增大的趋势;车轮材料显微组织决定其硬度和耐磨性,随着碳当量的升高,车轮材料硬度增加,耐磨性提高,车轮材料的主要磨损机制为疲劳磨损;随着碳当量升高,车轮材料疲劳裂纹萌生的概率越来越大,疲劳裂纹有向长深裂纹扩展的趋势,而且耐磨性的提高也不利于疲劳裂纹的磨除,车轮材料的抗疲劳性能越来越差。     

新型车轮材料的磨损特性试验研究

采用JD-1型轮轨试验机对四种新型车轮材料做材料摩擦磨损特性试验研究,采用JA4103型电子称重仪对磨损后的试件进行磨损量测量,利用JB-6C轮廓仪对磨损后的轮廓进行分析。试验结果表明,在相同实验条件下,材料的磨损量随着含碳量的增加而减少,含碳量越高,耐磨性越强。磨损后磨痕粗糙度明显增加,磨痕的粗糙度与材料的含碳量、硬度等都没有明显的关系,并且本试验得到的磨痕粗糙度Ra为0.4μm左右。材料的耐锈蚀性与材料中的含铬量有着直接的关系,铬元素的抗锈蚀能力明显。     

钛基纳米润滑添加剂的减摩抗磨及自修复特性对比

针对恶劣工作环境会加剧机械设备摩擦副间的磨损而降低其服役寿命的问题,对比研究3种纳米添加剂TiO2、TiN和TiC在不同工况下的摩擦学性能及其自修复性能。根据SH-T0762-2005标准润滑油摩擦因数测定法,并利用MRS-10A型四球磨损试验机磨斑测量光镜、激光共聚焦显微镜和能量色散谱仪(EDS)对磨损表面进行表征,探讨其润滑抗磨及自修复机理。结果表明:钛基纳米添加剂的加入很好地改善了润滑油的抗磨减磨性能,并使其具有一定的自修复性能;当钛基纳米质量分数为0.5%时,其减摩抗磨性能达到最佳。3种纳米添加剂中,对润滑油减摩抗磨性能改善效果最好的是纳米TiO2,而自修复效果最好的则为纳米TiN。故纳米TiN和纳米TiO2作为润滑油添加剂,具有较好的减摩抗磨和自修复能力。