防爆起重机车轮在钢轨上全滑动摩擦温升分析

防爆起重机在钢轨上紧急制动或车轮卡死时可能产生全滑动工况,由于硬摩擦作用,该工况下起重机车轮和钢轨接触踏面温升显著,对工作在含有爆炸性气体环境中的起重机是一个潜在的危险源。建立起重机轮轨之间的接触模型,采用 Ansys 软件仿真分析起重机在钢轨上全滑动时的温升情况,探究摩擦因数、滑动速度对起重机轮轨温度场的影响。研究表明,全滑动工况下,起重机最高温升发生在车轮接触面上,轨道上的温升较低,其温度场分布为一条长轨迹;表面摩擦因数和滑动速度越大,轮轨踏面温升也越大,但对踏面温度场分布的影响不大。     

轮轨滑动摩擦生热分析

利用ANSYS有限元软件建立轮轨滑动摩擦热-结构耦合简化模型,针对特定载荷、摩擦因数和相对滑动速度工况进行了轮轨的温度场和应力场研究.结果表明:轮轨处在滑动摩擦状态时,需考虑材料参数随温度变化的影响;热影响区分布于轮轨表面很薄层,并在此薄层产生很高的热应力;随着轴重力、摩擦因数和相对滑动速度的增大,轮轨的热效应越明显.轮轨滑动过程的热效应问题研究将有助于揭示接触过程中的表面磨损机理.     

车轮滑动时钢轨热机耦合有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS建立了轮轨接触热机耦合分析的热弹性平面应变有限元模型.模型中考虑温度对材料热物理参数的影响.分析了车轮滑动时不同摩擦因数和轴重对钢轨应力场分布的影响.结果表明,最大Von Mises等效应力发生在接触斑后半轴靠近接触区的边缘处,轮轨摩擦热影响区主要分布在接触表面,并随深度的增加其影响越来越小;当温升较大时,热物理参数随温度变化的影响应予以考虑;钢轨表面应力随摩擦因数和轴重增大而增大.     

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。     

车轮滑动时钢轨热弹塑性有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS建立轮轨接触热弹塑性平面应变热机耦合有限元模型。模型中,材料本构采用的是双线性塑性模型,考虑轮轨自由表面与环境的热对流的影响和温度对材料参数的影响,通过移动边界条件模拟轮轨接触区的移动。分析车轮滑动时不同摩擦因数和轴重对钢轨温度场和残余应力分布的影响。计算结果表明,钢轨表面最高接触温升发生在接触斑中心后半轴靠近边缘处,温升主要分布在接触表面大约1.6mm的深度范围,钢轨表层最大VonMises等效应力发生在离钢轨表面大约0.2mm的次表面;残余应力应变的影响主要在钢轨表面大约10mm范围内,在钢轨表面考虑热影响时残余应力比不考虑热影响的大;考虑热影响时钢轨表层的温度随摩擦因数和轴重的增大而增大,钢轨表层残余应力也随着摩擦因数的增大而增大,而轴重对钢轨表面残余应力影响不明显,而在次表层影响很大。     

考虑摩擦因数与滑动速度相关时的轮轨滚动接触有限元分析

使用与滑动速度相关的摩擦因数替代库伦摩擦定律中的常系数,结合mixed Lagrangian/Eulerian方法建立轮轨滚动接触有限元模型,分析牵引力主导的蠕滑工况下的干燥状态的轮轨滚动接触特性。通过与摩擦因数取值为常数的轮轨滚动接触分析结果对比发现:与滑动速度相关的摩擦因数对轮轨滚动接触最大接触应力和接触斑面积影响不大,均在1%以内;但是对轮轨接触斑内最大Mises应力、最大纵向切应力、最大横向切应力和最大等效塑性应变影响较大,特别是对最大纵向切应力影响幅度近20%;更需要引起注意的是对轮轨滚动接触摩擦力矢量分布和切向塑性应变分布影响明显,这对轮轨滚动接触疲劳损伤分析非常重要。     

高速机车单轮对牵引力矩数值分析

用数值分析方法计算了高速机车轮对和轨道之间的粘着力,确定了轮对的牵引力矩随机车的运行速度、轮对相对轨道的位置和轮轨之间滑差的变化情况。数值分析中改进了Kalker三维弹性体滚动接触理论模型,并考虑到接触斑质点对之间相对滑动速度对摩擦因数的影响。数值结果对高速机车轮对粘滑控制提供了重要数据。     

摩擦因数对轮轨曲线啸叫噪声的影响分析

为分析摩擦因数为常数时是否会出现曲线啸叫,并探讨摩擦因数对轮轨接触特性和曲线啸叫噪声强度的影响,建立详细的轮轨曲线啸叫噪声预测模型,包括轮轨弹性振动模型、时域相互作用模型和声辐射模型,并用CONTACT软件验证了相互作用模型的正确性。分析结果表明:摩擦因数为常数时,也会出现曲线啸叫。摩擦因数对曲线啸叫频率没有影响,轮对横移量为5 mm、横向蠕滑率为-0.01时,啸叫频率总是与车轮的0节圆3节径轴向模态频率相近;摩擦因数越大,曲线啸叫噪声强度越大;可以用横向力级峰值的个数判断是否会出现黏滑振荡,用接触区域内滑动区所占比例的变化程度表示黏滑振荡的激烈程度,用横向力级最大值或声功率级最大值对应频率预测曲线啸叫频率;提出两个临界摩擦因数:摩擦因数小于0.20时不会出现曲线啸叫,大于等于0.24时会出现啸叫,介于0.20和0.24之间时有可能出现曲线啸叫。     

滑动状态下摩擦提升绞车衬垫温升有限元分析

考虑黏弹性体性质对衬垫热物理性质的影响,建立了衬垫温升计算模型,并对其进行有限元分析。得出了衬垫温升受滑动速度、衬垫摩擦因数及热量分配系数等参数的影响程度,衬垫温升与滑动速度、摩擦因数、轻载侧拉力和围包角成正比,滑动初始阶段温升变化较大,之后温升趋于平稳,在衬垫接触面的不同深度温升曲线形状有所不同。给出了特定滑动速度下所允许的滑动距离,为研究滑动保护装置投入时间提供理论依据。与实验数据对比,验证了模型的正确性,并具体分析了钢丝绳蠕动状态下的衬垫温升,说明了蠕动不是造成衬垫性能降低的主要因素。     

滚滑工况下轮轨摩擦生热分析

随着铁路的高速化和重载化,车辆运行环境日益恶化,破坏的程度也越严重。应用有限元分析软件ANSYS建立了轮轨摩擦接触时的热弹性平面应变有限元模型,分析了不同蠕滑率、摩擦因数以及轴重对轮轨表层温升和应力的影响情况。结果表明:高速列车滚动运行时,温升不高,但也产生了可观的热应力;车轮滚动过程中承受冷热交替的载荷,很容易产生破坏;随着轴重、摩擦因数和蠕滑率的增大轮轨的摩擦热效应越明显。摩擦生热的计算分析对于揭示热损伤机理有很大的指导意义。     

车轮辐板形状与轨距对钢轨波磨的影响

基于轮轨摩擦自激振动引起钢轨波磨的理论,建立不同的车轮辐板形状和轨距的轮轨系统有限元模型,使用复特征值法对轮轨系统的波磨发生趋势进行分析,研究车轮辐板形状和轨距对波磨的影响。结果表明:车轮辐板形状对轮轨系统摩擦自激振动存在影响,且直幅板车轮对钢轨波磨有一定的抑制作用;轨距对S形辐板车轮系统摩擦自激振动情况几乎没有影响;轨距对直辐板车轮系统摩擦自激振动存在影响,当选用特定轨距(1430 mm)时,得到了一个未发生摩擦自激振动的直辐板车轮轮轨系统模型。     

铁路轮轨润滑脂的研制

采用IR、XRD、SEM-EDS等手段,对常用铁路轮轨润滑脂进行剖析,得到润滑脂的基础油种类和添加剂组成。研制一种新型铁路轮轨润滑脂,并与常用铁路轮轨润滑脂的性能进行比较。结果表明:研制的润滑脂的最大无卡咬负荷为863 N,比常用铁路轮轨润滑脂的大一倍多,其摩擦因数为0.008～0.032,明显小于常用铁路轮轨润滑脂的0.039～0.051,但烧结负荷小于常用铁路轮轨润滑脂;研制的润滑脂具有更好的胶体稳定性和耐热性。     

钢轨型面对重载轮轨匹配关系影响

基于静态接触和动力学分析,研究了两种钢轨型面与LM踏面匹配时的重载轮轨关系行为。结果表明:75kg/m钢轨与LM型面匹配时的最大正压力、剪应力和等效应力均大于60kg/m钢轨的匹配结果;75kg/m钢轨匹配时轮轨接触点较集中,存在两次明显的轮轨接触点跳跃现象;75kg/m钢轨型面与LM匹配时的轮轨横向力、脱轨系数和轮轨冲角均大于60kg/m钢轨匹配的结果,而轮重减载率和轮轨垂向力无明显变化。综合分析认为60kg/m钢轨型面与LM踏面轮轨匹配关系更佳,建议对重载75kg/m钢轨型面进一步优化设计以获得最佳的轮轨匹配关系。     

轮轨黏着特性试验研究

利用JD-1轮轨模拟试验机研究了干态工况下蠕滑率、速度和轴重等参数对轮轨黏着系数的影响.结果表明:蠕滑率是影响轮轨黏着系数的主要因素;当蠕滑率为0时,黏着系数很小大约为0.02;当蠕滑率在0～1%时,轮轨黏着系数快速增加;蠕滑率在1%时黏着系数达到最大值,随后随蠕滑率的增加黏着系数出现下降趋势并逐渐趋于稳定,此时表现为轮轨宏观滑动.轮轨黏着系数随着速度增加而降低,随着轴重的增大呈现增加趋势.     

轮对辐板开孔对钢轨波磨的影响

基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致钢轨波磨的理论,研究轮对辐板开孔对地铁小半径曲线钢轨波磨的影响,利用ABAQUS仿真软件分别建立无孔和开孔的轮对与钢轨、轨枕组成的有限元模型,采用复特征值方法研究辐板开孔距离、开孔大小和开孔个数对钢轨波磨的影响。结果表明:小半径曲线工况下饱和蠕滑力会导致钢轨波磨;辐板开孔距离对钢轨波磨的发生概率是有影响的,较小的开孔距离可以得到相对良好的稳定性;辐板开孔大小对钢轨波磨的发生概率影响较小;相比较无孔辐板和其他开孔个数辐板,辐板开4孔稳定性最好,可降低钢轨波磨的发生概率。     

Probabilistic Analysis of Lateral Wheel–Rail Forces

Russian Engineering Research - In probabilistic analysis of lateral wheel–rail forces, the wheel–rail interaction is assumed to involve a modified useful process and a random process of...     

阻尼环车轮对钢轨波磨的影响*

提出采用阻尼环车轮来抑制地铁钢轨波磨现象的发生和延长轮轨使用寿命。基于小半径曲线轮对饱和蠕滑力引起摩擦自激振动产生波磨理论,使用有限元软件ABAQUS建立阻尼环、导向轮对、钢轨、轨枕三维有限元模型。采用复特征值方法研究有无阻尼环、阻尼环阻尼系数(β)、阻尼环安装位置以及单侧阻尼环宽度D对钢轨波磨的影响。结果表明:阻尼环车轮能有效抑制波磨产生;随着β的数量级增加,阻尼环抑制波磨能力加强,当β=1×10~(-3)时,能完全抑制波磨;阻尼环安装位置对波磨抑制能力没有明显影响;阻尼环安装在轴侧时,其宽度变化对波磨抑制能力没有明显影响,而阻尼环安装在外侧时,随阻尼环宽度的增加其对波磨抑制能力呈先增大后减小的趋势,即存在最优宽度,使得阻尼环车轮的波磨抑制能力最佳。     

基于钢轨应变轮轨垂直作用力连续测量方法

现有基于钢轨应变轮轨垂直力测量方法的响应范围小,测试点之间存在盲点,无法进行连续测量。文中仿真计算钢轨有限元模型在移动荷载作用下中性轴上节点应变响应。依据仿真结果将剪力法传感器布点间距扩大到了400mm,并结合剪力法与轨腰压缩法形成可以实现轮轨垂直力连续测量的方案。最后,通过室内实物加载试验得到了与仿真结果具有相同的变化规律,验证了连续测量方法的有效性。     

基于钢轨型面扩展法的车轮型面设计

首先对欧洲国际铁路联盟(Union enternationale des chemins der fer, UIC)高速轮轨型面S1002/UIC60和我国准高速型面LMa/CHN60进行接触几何分析,认为LMa/CHN60型面共形度太低,对钢轨磨损以及滚动接触疲劳极为不利.以改善钢轨的受力状态为出发点,在对钢轨型面扩展法进行数值研究的基础上,采用钢轨局部型面扩展法,根据我国60 kg/m钢轨设计出共形度较高的车轮型面.通过车辆轨道耦合动力学仿真确定车辆临界速度约为400 km/h,且具有较好的曲线通过性能.轮轨非赫兹滚动接触分析表明,在靠近钢轨一侧接触斑面积、应力等较LMa型面变化不大的情况下,离开钢轨一侧接触斑面积明显增大,接触应力降低约20%,钢轨与车轮的接触带变宽,钢轨接触频次得到改善.在车轮型面优化设计做了尝试性工作,以期为我国高速、重载以及城市轨道交通车辆车轮型面优化设计提供借鉴.     

大型轮轨式天线方位座架优化设计

大型轮轨式天线方位座架是整个结构非常重要的部分,在结构布局合理且满足设计要求的前提下,尽可能轻量化以节约成本。文中利用ANSYS参数化设计语言将原始天线方位座架结构的三维模型转化为有限元模型,进行结构静力学分析。根据计算结果,建立大型轮轨式天线方位座架优化函数,利用ANSYS优化设计模块,对天线方位座架结构进行优化,寻求设计最优解。最终在满足应力、变形以及约束条件要求下,获得轻质量的天线方位座架结构。通过此次优化设计,实现了该天线方位座架轻量化设计,在其应力水平相当的情况下,质量减轻了5%,Z向最大变形减小了15%。文中的设计思路和方法可为实际工程应用提供有益参考和宝贵经验。