轮轨高频动力作用模拟中接触模型的影响分析

轮轨高频动力分析模型目前多沿用了传统的赫兹接触模型,其在高速轮轨系统上的适用性尚未得到验证。针对赫兹接触工况,建立基于多体动力学的车轮-轨道耦合动力学和车辆动力学模型,其中轮轨法向接触由赫兹弹簧表征,作为对比也建立基于显式有限元的三维高速轮轨瞬态滚动接触有限元模型,采用可考虑三维接触几何的"面-面"接触算法精确求解轮轨接触。对比150～500km/h速度范围内典型钢轨短波波磨(波长20～140mm、波深0.01～0.20mm)激励下的高频轮轨力结果,发现三种模型预测的幅值存在显著差异,但未发生轮轨脱离时(波磨尚浅),三种模型预测的幅值均与波深线性正相关。具体而言,相较于瞬态滚动接触模型,车轮-轨道耦合动力学和车辆动力学模型预测的垂向轮轨力更大,其特征幅值的最大差值分别为静轮重的39.2%和88.4%,三种模型预测波长30mm波磨的临界波深(恰好发生轮轨脱离)相应地高于0.2mm、0.14mm和0.05mm。开展高速、高频轮轨动力分析时,传统的赫兹接触弹簧会带来不可忽略的计算误差。     

多边形激励下动车组动态响应研究

首先基于刚柔耦合理论,考虑了轮对、轴箱和构架的柔性,建立了动车组车辆刚柔耦合动力学模型;然后又通过模态叠加法建立了轨道的动力学模型,从而发展成车线-刚柔耦合动力学模型。随后,在车轮上施加20阶理想多边形,研究了300 km/h下轴箱垂向加速度、轮轨垂向力和轮轴弯曲应力的响应,结果表明:轴箱垂向加速度和轮轨垂向力以577 Hz的多边形通过频率波动,而轮轴弯曲应力主频为28.8Hz的车轮转频,在此基础上,叠加了多边形的通过频率,因此多边形的通过频率577 Hz会分岔为548 Hz和605 Hz两个频率。通过对不同速度和不同多边形幅值下车辆响应的研究可以得到以下结论:随着速度和多边形幅值的增大,轮轨力最大值总体上呈现增大趋势。从轮轨力最小值上看:速度越大,多边形幅值越大,则更容易发生轮轨分离。当车轮多边形通过频率与轮轨耦合共振频率耦合,会引起轮轨垂向力的增大。当与轴箱自身模态频率耦合时会导致轴箱加速度的变大。轮轴应力则主要受到轮轨耦合共振模态以及轮轴自身的弯曲模态影响。     

铁路桥梁横向振动模拟及适应快速行车结构型式的研究

针对铁路提速后出现的上承式简支钢板梁桥跨中横向振幅过大的问题,以羊楼司桥(L=32m单跨上承式简支钢板梁桥)为例进行实桥检测和数值模拟,建立车辆、线路、桥梁三者的联合模型,考虑轮轨接触力,应用MSC/DYTRAN大型结构分析程序进行车线桥动力相互作用的仿真分析。研究揭示我国用量最多的C62型货车以70∽80km/h的速度空载通过时,该跨度的钢板梁桥发生横向谐振的机理。此外,用该方法对32m跨长的组合梁结构进行桥梁动力特性及列车走行性分析,表明该结构满足提速货车和高速电动旅客列车走行的要求。研究结果对我国高速铁路桥梁建设和既有桥梁的改造具有积极意义。     

京沪磁浮将酿经济灾难

德、日、美磁悬浮专家、权威及政府高级官员都认为,磁悬浮的优点是加速快、噪音低,在局域线路上使用,如大城市内部或近距离城市之间,还有一定的应用效率。需要看到,在全球范围内,这项先进技术尚处于三、四十公里左右的短距离试验阶段。如果用在北京至上海这种全程逾1300公里的线     

基于轨道轮轨力连续测试的车辆运行状态地面安全监测系统的研究

本文介绍了“车辆运行状态地面安全监测系统”的设计目标和功能。通过实验分析和计算机仿真计算论述了在轨道上实现连续测试轮轨力的可行性 ,为系统的研制工作奠定了基础。     

轮轨式扒渣机防滑夹轨装置研究

轮轨式扒渣机在驻机作业的过程中,工作装置受到渣石阻力的影响,使整机产生水平方向的作用力,导致设备产生滑动,影响工作稳定性及安全性.针对此类情况,通过对机器作业过程中整体受力情况进行分析,提出了通过安装一套水平缸式夹轨装置提高机器与轨道间摩擦阻力的方案来解决此类问题.通过对夹轨装置的运动轨迹分析以及整机的虚拟样机仿真分析,验证了安装该类型夹轨装置防滑方案的可行性.     

冲角对车轮与道岔尖轨弹塑性接触的影响

在机车运行中轮轨间存在冲角,改变轮轨接触关系.针对冲角对车轮与尖轨接触的影响问题,建立了车轮—尖轨接触三维有限元模型,通过弹塑性接触计算,分析不同冲角工况下的接触情况.结果表明:轮轨间冲角的存在,导致车轮与钢轨接触位置发生改变,基本轨和尖轨接触斑中心不在同一钢轨横断面上,冲角越大,超前或滞后的数值越大;车轮与尖轨接触法向力随冲角的增大而增大;不同冲角工况下车轮与尖轨的接触等效应力变化规律基本一致,最大等效应力均出现在2 m位置处;冲角的增大会造成尖轨前端等效应力增大,导致车轮轮缘与尖轨的磨耗增加,降低车轮和尖轨的使用寿命.     

不同牵引制动工况下轮轨接触有限元分析

针对城市轨道交通车辆轮轨关系问题,研究在不同牵引力与制动力作用下轮轨间等效应力和接触力的变化情况,建立地铁车辆LM型车轮踏面和60 kg/m型钢轨轮轨接触有限元模型.通过计算分析得出以下结论:牵引力作用时,车轮最大等效应力的分布相对于接触中心靠前,钢轨最大等效应力分布相对于接触中心靠后;牵引力和制动力对轮轨接触等效应力和纵向切应力的作用效果相反;随着制动力的增大,接触处纵向应力呈近似正比增大,钢轨上最大纵向切应力的分布相对接触中心位于接触斑后部.     

基于轮轨表达式的轮轨接触坐标计算方法

为了能更真实地在车辆-轨道动力学的仿真计算模型中反映轮轨之间的接触状态,结合具有具体函数表达式的车轮踏面和钢轨轮廓曲线并利用迹线法原理,在考虑轮对的横向位移、垂向位移、摇头角及侧滚角的条件下,计算出轨顶区域与车轮之间的最小垂向距离,来判断轮轨的接触状态,并根据非线性赫兹接触理论求轮轨接触点处的轮轨法向力.     

表面粗糙度对轮轨黏着特性影响

水油介质下极易发生轮轨低黏着现象,结合轮轨黏着试验和根据二维滚动接触理论和部分弹流润滑理论建立轮轨黏着数值仿真模型,给出了水油介质下轮轨表面粗糙度对轮轨黏着系数和增黏的影响规律,验证了数值仿真模型的有效性.结果表明:水介质下随蠕滑率增加黏着系数呈先快速增加后小幅减小并稳定的变化;水、油介质下随表面粗糙度增加轮轨黏着系数呈增加趋势;水介质下轮轨表面粗糙度从1μm提高到50μm,黏着系数增加126.5%,油介质下轮轨表面粗糙度从5μm提高到20μm,黏着系数增加61.4%.