多边形磨耗对轮轨力和轴箱加速度的影响研究

针对高速动车组车轮多边形磨耗会加剧轮轨间的相互作用,导致轮轨间异常伤损的问题,建立了车辆轮对的有限元模型,并利用Lancos法对车轮进行了模态分析。建立了考虑轮对柔性的车辆刚柔耦合动力学模型,研究了车轮多边形磨耗对轮轨力和轴箱加速度的影响,分析了不同速度级下的不同幅值、阶次的车轮多边形磨耗的动力学响应。仿真及研究结果表明:随着车轮多边形磨耗的幅值增加,轮轨垂向力和轴箱垂向加速度均有增加,在18、23多边形阶次下,车轮多边形磨耗引发的激扰频率区间为300 Hz～350 Hz、500 Hz～550 Hz和680 Hz～750 Hz,该频率区间与柔性轮对系统模态接近引起谐振,导致在上述区间段轮轨力与振动加速度幅值显著增加。     

基于形态学滤波的车轮多边形故障诊断方法

通过车轮多边形轴箱振动响应提出一种基于形态学滤波的车轮多边形故障诊断方法。核心是通过形态学滤波算法对轴箱振动加速度信号进行降噪，通过降噪信号频谱分析确认是否存在多边形故障，并根据多边形主频计算多边形阶次。首先，根据车轮多边形仿真信号研究形态学滤波器类型、结构元素类型、结构元素尺寸对车轮多边形信号降噪的影响，并给出上述参数的选择建议；然后，通过车轮多边形仿真信号验证本文多边形故障诊断方法的有效性；最后，通过线路试验数据和轮对多边形测试验证该方法的有效性。验证结果表明，该方法可实现车轮多边形故障信号降噪，并能有效诊断出车轮多边形故障。     

高速动车组垂向止挡异常振动特性及成因分析

针对高速动车组在运营过程中出现的垂向止挡异常振动,且个别存在明显断裂裂纹的典型振动问题,基于现场车轮粗糙度与振动响应同步测试,分析了镟修前后的车轮非圆特征及其对轴箱及垂向止挡振动特性的影响;采用试验与计算相结合的垂向止挡模态分析,确定了垂向止挡的模态特性,据此分析了高速动车组垂向止挡异常振动的成因。结果表明,测试的高速列车动车组车轮存在较为明显的25～27阶多边形,在192 km/h运营速度下,会对轴箱和垂向止挡形成显著的515Hz频率振动激励。而垂向止挡一阶弯曲模态频率也为510 Hz,且其模态应变最显著区域与断裂裂纹位置一致。由此可判断垂向止挡异常振动是车轮多边形激励引起垂向止挡结构共振所致。车轮镟修可有效减缓或抑制其异常振动,相关研究可为高速动车组减振降噪提供参考。     

轮轨综合磨耗下对高速列车动力学性能的影响

高速铁路长时间运营,经常发生车轮多边形磨耗,并伴随钢轨波磨,两种损伤形式对列车运行特性的综合影响有待深入研究。采用简谐函数法建立车轮多边形模型,设计余弦函数描述钢轨不平顺磨耗,建立列车刚柔耦合动力学模型,分析不同车轮多边形及钢轨波磨综合磨耗情况下,列车的动力学性能的影响,并提出轮轨综合磨耗的安全限值。结果表明：在轮轨综合磨耗激扰下对列车的动力学性能的影响更为剧烈;列车运行速度为300 km/h下,轮轨垂向力增长幅值最大达到30%,车轮与25阶振型模态产生共振;车轮多边形比钢轨波磨对垂向力的影响更大;不同多边形阶次、幅值下,轮轨综合磨耗工况对轴箱、轮对以及钢轨垂向振动加速度影响更大。车轮多边形安全限值更小,多边形幅值限值平均降低了25.9%,在轮轨综合磨耗作用下更易超出限值;当速度为300 km/h,提出了钢轨波磨和车轮多边形阶次在一定范围内的安全限值。     

车轮多边形磨耗参数对地铁车辆动力学性能影响分析

针对车轮多边形磨耗不同状态下对车辆动力学影响展开研究,建立轮轨柔性某地铁B型车辆刚柔耦合动力学模型,计算车轮多边形阶数和谐波幅值变化对轮轨垂向力、轮轨振动、运行平稳性等车辆动力学性能的影响。结果表明：阶数和谐波幅值在速度增大时轮轨垂向力逐渐增大;阶数14阶、18阶是轮对和轴箱振动加速度随谐波幅值变化产生振动的主要诱因;动力学指标中轮重减载率在18阶、0.04 mm时对其影响最大;车轮多边形使钢轨垂向动位移和振动加速度增大,谐波幅值对钢轨振动特性更有影响。建议考虑制造轮轨柔性,18阶、0.04 mm时对轮轨璇修打磨,以提高动力学性能和行车安全性。     

基于迭代修正DFT的车轮多边形磨耗状态识别

受车辆变速运行、轨道随机不平顺等因素的影响,轨道车辆的运行过程为典型的非平稳过程。由于传统方法对于非平稳信号的处理不理想,使得车轮多边形磨耗阶次与幅值的准确识别比较困难。为提高车轮多边形磨耗状态的识别准确度,提出了一种基于迭代修正离散傅里叶变换（discrete Fourier transform,简称DFT）的动态识别方法,采用车辆处于相对稳定速度运行时产生的轴箱垂向振动加速度信号进行分析。首先,通过设定适当的平稳性检验条件,从样本信号中抽取出部分相对平稳的短时信号;其次,对所抽取的短时信号进行频域分析与迭代计算,获得各阶车轮多边形的振动频率与振动周期;然后,根据振动周期的长度对所抽取的短时信号进行二次截断,获得代表各阶车轮多变形振动周期整数倍长度的新短时信号;最后,结合车轮多边形的几何特征与动态特性,对抽取的新短时信号再次进行频域分析与磨耗参数（阶次、幅值）计算,进而实现对车轮多边形磨耗状态的准确识别。分析表明,该识别方法有效减少了传统分析方法中因栅栏效应和频谱泄漏等固有缺陷导致的识别误差,可消除大部分非平稳因素的干扰,为轨道车辆的安全运行维护提供理论支持和方法参考。     

高速车轮非圆化磨耗对轴箱端盖异常振动影响初探

国内现有某高速列车在运营一段时间后,轴箱端盖的连接螺栓经常发生松动现象。为寻找轴箱端盖螺栓松动的原因,分别对车轮表面磨耗状态及列车关键部件振动特性进行测试,系统地分析轴箱显著频率振动与车轮非圆化磨耗之间的相关性;根据车轮多边形及关键部件的振动特征,对轴箱端盖和一系减振器进行模态测试,对轮对和构架进行有限元模态分析,并通过观察轴箱振动显著频段内轴箱端盖变形,初步分析了轴箱端盖螺栓易松动的原因。结论如下：轴箱振动能量主要集中在314～372 Hz和514～600 Hz的频率范围内,该频率段分别对应车轮的11～13阶多边形磨耗和18～21阶多边形磨耗产生的激励频率范围。轴箱在314～372 Hz的振动显著频率与减振器在221～436 Hz的固有模态群相互耦合,轮对和构架在514～600 Hz的固有模态群相互耦合,这两种模态耦合关系是导致轴箱端盖异常振动,后期发展为螺栓松动的主要原因。     

基于EEMD的列车车轮多边形故障诊断方法

多边形故障作为车轮常见的故障形式之一,不仅会增大列车的振动和噪声、降低列车乘坐舒适性,还会加剧轮轨相互作用力,导致车辆和轨道部件过早出现疲劳失效,对列车安全稳定运行造成不良影响,因此对车轮多边形故障进行诊断具有重要意义.本文根据多边形故障轴箱振动响应提出了基于总体经验模态分解(EEMD)的车轮多边形故障诊断方法.其核心...     

机车异常振动原因分析和控制措施研究

针对某和谐型电力机车在运营过程中存在振动过大等问题,对该型机车车轮不圆度和线路振动进行了测试。基于SIMPACK软件建立了考虑钢轨、轮对和构架弹性变形的机车-轨道刚柔耦合动力学模型,通过试验结果对模型进行了验证。利用建立的仿真模型分析了车轮多边形对机车振动和轮轨相互作用的影响,据此提出了机车车轮多边形镟修限值。试验测试发现该型机车车轮存在显著的16～19阶和24阶多边形磨耗,且车轮多边形磨耗是引起机车异常振动的根本原因。通过车轮镟修可以显著降低机车振动水平。机车关键部件的柔性对振动影响较大,在仿真计算时需予以考虑。基于轮轨垂向力限值,建议对于高阶多边形车轮,当径跳超过0.25 mm及时进行镟修。     

基于参数化功率谱估计的车轮多边形动态识别

由于传统频谱估计方法存在固有缺陷,对车轮多边形振动频率的识别容易产生较大误差,尤其对于初期车轮多边形的识别更是困难。为解决上述问题,基于参数化功率谱估计理论,提出一种车轮多边形动态识别方法。首先,根据车轮多边形的动态特性,建立了谐波频率恢复模型;其次,基于奇异值分解法与归一化误差分析对谐波恢复模型的阶数进行确定;然后,采用总体最小二乘法对谐波恢复模型的参数进行计算;最后,根据Cadzow估计理论对异常磨耗信号进行功率谱估计,并以某地铁车辆的轴箱垂向振动加速度实测信号为例,对该方法的可行性与正确性进行了验证。结果表明：该方法可基于短时序列数据实现高精度频域估计,且对谐波信号敏感,尤其适用于早期车轮多边形异常磨耗信号的识别。