重载铁路轮轨摩擦改进剂作用效果仿真研究

建立了某重载货车的车辆-轨道系统动力学模型,仿真分析了在轨侧涂油、轨顶涂摩擦改进剂和全面摩擦控制三种摩擦控制模式下车辆通过具有标准廓形和磨耗后廓形钢轨的曲线时的动力学性能和磨耗特性.研究结果表明,只对高轨轨侧进行润滑会使车辆通过小半径曲线的脱轨系数和横向力增大,而对两侧轨顶进行摩擦控制可以减小脱轨系数和横向力,摩擦改进剂对改善车辆在磨耗轨曲线通过性能的作用效果好于标准轨.不同摩擦控制模式下轮轨横向力的变化主要由不同摩擦控制模式对横向蠕滑力和法向力横向分量的影响程度不同引起,磨耗轨的横向力组成成分的变化比标准轨更明显.三种不同的摩擦控制模式都可以减小高轨磨耗指数,其中全面摩擦控制的效果最好,且对磨耗轨的减小效果好于标准轨.只对高轨轨侧涂油会使磨耗轨的低轨磨耗指数略有增大,而无论是否采取高轨轨侧涂油,两侧轨顶涂敷摩擦改进剂能明显减小低轨磨耗指数,且对标准轨的减小效果好于磨耗轨.     

钢轨打磨小车振动特性及其对打磨质量影响的研究

钢轨打磨小车是打磨列车进行打磨作业的主要执行机构,钢轨打磨小车工作时的振动状态会直接影响打磨质量。本文为探究钢轨打磨小车的振动特性及其对打磨质量的影响,分别在不同打磨速度和不同轨道波磨条件下进行了钢轨打磨小车的打磨实验,并对钢轨打磨小车在不同工况下的振动特性及打磨对钢轨不平顺质量的改善进行了现场测试。测试结果表明打磨小车在作业时的主要振动激励来源于砂轮与钢轨相互作用产生的振动,其频率与电机转子的旋转频率相同;随着打磨速度的增加,打磨小车各主要结构的振动幅值降低,且打磨后的钢轨不平顺质量有所提高;在具有波磨的轨道上进行打磨作业时,打磨小车各主要结构的振动幅值均高于在无波磨的轨道上打磨的幅值;当波磨的通过频率与打磨电机的激振频率吻合时,对钢轨打磨小车的振动和打磨后的钢轨不平顺质量均不利。     

车轮多边形对地铁车辆一系钢弹簧疲劳寿命的影响研究

针对国内某地铁线路车辆在运行中出现一系钢弹簧疲劳断裂的现象,对车轮多边形对地铁车辆一系钢弹簧疲劳寿命的影响进行了研究。通过对发生断簧位置的车轮表面状态进行测试,发现车轮存在明显的六阶车轮多边形磨耗。通过一系钢弹簧动应力测试,发现了车轮多边形激励导致弹簧共振可能是一系钢弹簧断裂的原因。基于SIMPACK和ANSYS相结合建立了考虑一系钢弹簧柔性的刚柔耦合动力学模型,计算了不同多边形状态下一系钢弹簧的应力载荷谱,采用Miner线性累积损伤理论对弹簧疲劳寿命进行了计算和对比分析。研究结果表明:地铁车辆车轮多边形的阶次、波深以及列车的运行速度对一系钢弹簧的疲劳寿命都有很大的影响,且当车轮多边形通过频率与一系钢弹簧固有频率接近时,其寿命显著降低。降低弹簧座橡胶垫刚度可以提高隔振能力,增加弹簧使用寿命。     

带陀螺型声子晶体的高速列车型材结构低频隔声性能探究#br#

针对高速列车地板型材结构低频段振动噪声问题,基于局域共振机理,设计一种新型的陀螺声子晶体结构。首先基于有限元方法,建立陀螺型声子晶体单元模型,计算得到单胞的能带结构,结合其振动模态,分析108 Hz～153 Hz弯曲波带隙和129 Hz～153 Hz完全带隙的形成机理,并探究结构参数对带隙特性的影响。然后建立周期排布的陀螺型声子晶体型材板件模型,计算在垂向单位均布力激励下陀螺型声子晶体型材板的振动传递损失,最后结合参考铝型材结构,探究陀螺型声子晶体结构对于隔声效果的影响。研究表明：增大元胞边长和基体板厚,带隙特性有向低频段、窄带隙的发展趋势;增加头环高度,隙特性有低频拓宽的趋势;而增加弹性连接件高度,对带隙特性无明显影响。在弯曲波带隙范围108 Hz～153 Hz内,有限声子晶体板结构的振动传递损失相比通带范围较明显的提高,且在110 Hz以下频段对于参考铝型材隔声效果有一定的改善。     

基于摩擦温升效应的地铁车轮磨耗特性研究

踏面制动引起车轮温度急剧上升,影响车轮材料性能和轮轨接触状态,加剧车轮磨耗。基于Archard磨耗模型,建立一个考虑摩擦温升效应的地铁车轮磨耗预测模型。模型中根据车轮材料属性与温度之间的关系,考虑摩擦温升对接触斑大小、黏滑区划分和磨耗深度的影响,可实现对高温下的车轮磨耗特性的研究。相对以往的车轮磨耗预测模型,该模型能反映温度对磨耗影响的物理本质,适合研究轮轨接触界面有较大温度(如踏面制动)时的车轮磨耗演化机理。用所建立的车轮磨耗数值预测模型,计算对比不同温度下的轮轨接触状态和车轮磨耗深度。结果表明,轮轨接触斑和滑动区面积随温度的升高而增加;温度升高使接触斑单元磨耗深度增加,当踏面温度从常温25℃增加到最高温度300℃时,最大磨耗深度0.4 nm,增幅为28.4%;车轮转动一圈后,其径向磨耗深度也随温度的升高而明显增加,最大径向磨耗深度15 nm,增幅为28.2%,同时,车轮横向位置的磨耗范围增加5.8%,为踏面制动形式的地铁车轮磨耗预测研究提供更加准确的理论模型。     

不同轨道结构形式下地铁车辆部件振动及应力分析

国内某地铁线路主要存在普通短轨枕整体道床、12 mm弹性短轨枕整体道床、18 mm弹性短轨枕整体道床三种轨道结构形式,为了研究不同轨道结构形式下车辆部件振动加速度及应力的差异,通过现场测试和数值分析的方法,对该地铁车辆部件运行状态及特性进行调查。通过对比测试数据发现,在该线路普通短轨枕整体道床上运行时,车辆部件振动加速度RMS值、一系钢弹簧应力RMS值均超过其他两种轨道结构形式上测试结果的两倍,在不同轨道结构形式下,车辆部件振动加速度、一系钢弹簧应力测试数据的特征峰值频率均与对应区段轨道表面不平顺通过频率吻合。基于线性累计损伤理论,结合一系钢弹簧应力测试结果计算弹簧疲劳寿命发现,在12 mm和18 mm弹性短轨枕整体道床线路运行时,弹簧的疲劳寿命达到设计要求;在该线路普通弹性短轨枕整体道床线路运行时的弹簧疲劳寿命远小于其他两种轨道结构形式下的计算结果,仅9.77万公里。     

多条滚动接触疲劳裂纹共存时的瞬态扩展行为分析

利用有限元法建立考虑轮轨瞬态滚动接触载荷的三维滚动接触疲劳斜裂纹扩展分析模型,分析现场中成群出现的钢轨滚动接触疲劳裂纹之间的相互影响。该模型可以准确反映高频轮轨瞬态滚滑行为对裂纹载荷边界和裂纹面接触的影响,突破了以往研究中基于赫兹接触的稳态接触载荷边界假设带来的种种局限。基于实测,模型中裂纹扩展角度取典型值30°,长度和深度分别取10~20 mm和2~4 mm (长深比固定为5),考虑间距在5~20 mm范围内变化,分析多至5条裂纹共存情况下的裂尖应力场强度因子。300 km/h运行速度下的计算结果表明:相同尺寸的多裂纹共存时某一裂纹尖端的节点力相较于单裂纹时低,但多裂纹时的接触刚度更低,使得裂纹尖端附近两裂纹面间的相对位移较单裂纹更大,最终使得多裂纹工况的裂尖应力场强度因子随裂纹数量的增多而增大;对于特征尺寸(长度)为15 mm的等间距多裂纹,当裂纹间距大于5 mm时,3条裂纹共存模型即足以将裂纹间相互影响精确考虑在内,较5条裂纹共存模型的误差仅为1.7%。对于文中所研究的多裂纹,当裂纹间距大于裂纹特征尺寸时,裂纹间的相互影响可以忽略,即可采用单裂纹模型进行计算。     

车辆轨道关键参数对高速铁路钢轨波磨发展的影响

基于轮轨垂向动力学、轮轨滚动接触理论以及磨耗理论建立高速铁路无砟轨道钢轨波磨发展的理论计算模型,并发展出相应的数值仿真方法。其中轮轨垂向动力学模型包含高速车辆和高速铁路无砟轨道模型;采用Hertz接触理论和Carter二维轮轨接触理论计算轮轨切向力;利用摩擦功磨耗模型计算钢轨表面的磨耗。利用数值仿真再现了高速铁路钢轨波磨的演化过程,以此来研究车辆一系悬挂刚度以及悬挂阻尼,轨道扣件刚度、扣件阻尼以及钢轨硬度对高速铁路钢轨波磨发展的影响规律。结果表明:文中模拟所得的钢轨波磨波长特征与高速铁路上的波磨调查结果相符;较小的车辆一系悬挂刚度,适当的一系悬挂阻尼和扣件刚度,以及较大的扣件阻尼和钢轨硬度有利于抑制高速铁路钢轨波磨的发展。     

基于间隙热源法的车轮踏面制动摩擦温升研究

针对传统模拟车轮踏面制动摩擦热流边界的加载方式存在的不足,如均布热源法计算精度较低和移动热源法计算效率较低,提出基于间隙热流加载法的车轮踏面制动摩擦温升有限元计算方法。以重载列车紧急制动为研究对象,通过与以往的移动热源法和均布热源法进行对比,研究新方法的计算精度和计算效率。计算结果显示:在计算精度方面,新方法不仅可以达到移动热源法的计算精度,还能体现均布热源法无法模拟的因闸瓦和踏面的接触-脱离现象导致的车轮踏面温度时间历程曲线波动现象。在计算时间方面,新方法的计算效率与均布热源法的相当,但新方法的计算速度比移动热源法的快4.3倍。     

带陀螺型声子晶体的高速列车型材结构低频隔声性能探究#br#

针对高速列车地板型材结构低频段振动噪声问题,基于局域共振机理,设计一种新型的陀螺声子晶体结构。首先基于有限元方法,建立陀螺型声子晶体单元模型,计算得到单胞的能带结构,结合其振动模态,分析108 Hz～153 Hz弯曲波带隙和129 Hz～153 Hz完全带隙的形成机理,并探究结构参数对带隙特性的影响。然后建立周期排布的陀螺型声子晶体型材板件模型,计算在垂向单位均布力激励下陀螺型声子晶体型材板的振动传递损失,最后结合参考铝型材结构,探究陀螺型声子晶体结构对于隔声效果的影响。研究表明：增大元胞边长和基体板厚,带隙特性有向低频段、窄带隙的发展趋势;增加头环高度,隙特性有低频拓宽的趋势;而增加弹性连接件高度,对带隙特性无明显影响。在弯曲波带隙范围108 Hz～153 Hz内,有限声子晶体板结构的振动传递损失相比通带范围较明显的提高,且在110 Hz以下频段对于参考铝型材隔声效果有一定的改善。