山地城市地铁制动/轨道结构参数对钢轨波磨的影响

目的 山地城市地铁相较于平原城市地铁具有爬坡大且曲线多的复杂线路特点,其钢轨波磨问题更加严重。探究山地城市地铁制动区间钢轨波磨的形成机理,提出相应钢轨波磨的控制方法。方法 首先,结合现场调研建立了轮对-轨道-制动系统的有限元模型。然后,采用复特征值分析法研究了轮对-轨道-制动系统的摩擦自激振动特性,进而对制动闸片的表面织构及扣件参数进行参数化分析。最后,基于最小二乘法,采用2种拟合方程对扣件参数进行多参数拟合,并采用遗传算法与粒子群算法确定抑制钢轨波磨扣件参数的最优解。结果 发现轮对-轨道-制动系统存在2个不稳定振动频率,分别为653.73 Hz与584.76 Hz,其中653.73 Hz的复特征值实部较大,为46.53。对比不同表面织构,采用正六边形织构表面闸片的轮对-轨道-制动系统复特征值实部最小,为19.46。对比扣件参数优化前后,采用优化后的扣件参数的轮对-轨道-制动系统复特征值实部较小,为0.49。结论 轮轨子系统与制动子系统的摩擦耦合作用导致轮对-轨道-制动系统摩擦自激振动,是诱导山地城市地铁制动区间钢轨波磨产生的重要因素。当采用正六边形表面织构闸片或设置扣件参数中垂向刚度为36.2 MN/m,垂向阻尼为2 800 N.s/m,横向刚度为25 MN/m,横向阻尼为2 000 N.s/m时能有效抑制钢轨波磨的产生。     

车轮辐板阻尼涂层对钢轨波磨的影响

目的研究车轮辐板涂敷有阻尼性能的涂层对小半径曲线钢轨波磨的影响,并根据试验结果提出减缓或抑制钢轨波磨的建议。方法基于摩擦自激振动导致钢轨波磨机理,利用ABAQUS有限元仿真软件,建立轮对、钢轨、轨枕、车轮辐板涂层有限元模型,模拟曲线半径为300 m的工况,采用ABAQUS中内置的复特征值分析方法,分析轮轨系统在小曲线半径工况下的稳定性。结果在曲线半径为300 m的工况下,轮轨间因存在饱和蠕滑力引起自激振动,于频率f=502.32 Hz时产生不稳定振动,从而引起钢轨波磨。通过在车轮辐板内侧和双侧涂敷有阻尼涂层,可有效增强轮轨系统的稳定性,减缓钢轨波磨的发生趋势。只在车轮辐板外侧添加涂层会增加钢轨波磨的发生概率。车轮辐板双侧和内侧涂层模型中,涂层厚度的增加会提高系统稳定性;外侧涂层模型中,涂层厚度的增加会降低系统的稳定性。涂层的阻尼系数对钢轨波磨有较大影响,提高涂层阻尼系数可有效减缓钢轨波磨发生趋势。结论在地铁小半径曲线上,通过在车轮辐板内侧涂敷有阻尼涂层,可有利于减缓钢轨波磨现象,当涂层阻尼系数增大至1.5e–3时,可有效抑制钢轨波磨。     

抑制钢轨波磨的梯形轨道结构的多参数拟合与优化

目的研究地铁车辆结构一系悬挂及轨道结构支承刚度和阻尼对梯形轨道小半径曲线钢轨波磨的影响规律,并提出抑制相应区段钢轨波磨的多参数拟合优化方法。方法基于轮轨系统的摩擦自激振动理论,构建梯形轨道小半径曲线段上带有一系悬挂轮轨系统的有限元模型。然后通过复特征值分析,研究地铁梯形轨道小半径曲线段轮轨系统的摩擦自激振动特性。最后开展地铁车辆结构一系悬挂及轨道结构支承刚度和阻尼的参数化分析,采用最小二乘法,对影响不稳定振动的关键参数进行多参数拟合。根据该拟合方程,采用遗传算法进行关键参数的优化匹配。结果在曲线半径为350 m的梯形轨道上,轮轨间因存在饱和蠕滑力,引起摩擦自激振动,在439.02 Hz时,产生了不稳定振动,从而导致了钢轨波磨的产生。影响轮轨间不稳定振动的关键因素为扣件的垂向刚度、横纵向刚度、垂向阻尼和减振材料的垂向刚度。结论当扣件的垂向刚度为36 MN/m、扣件的横纵向刚度1.68 MN/m、扣件的垂向阻尼为2.9 kNs/m、减振材料垂向刚度为5.57 MN/m时,可有效抑制梯形轨道小半径曲线段上钢轨波磨的发生。     

科隆蛋扣件区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果研究

目的 研究科隆蛋区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果.方法 首先,结合现场建立轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型.然后,基于摩擦自激振动理论,采用复特征值法与瞬时动态法对单重和双重钢轨吸振器的抑制效果进行对比.进而,采用谐响应分析探究双重钢轨吸振器对钢轨波磨抑制效果提高的原理.最后,对双重钢轨吸振器的关键连接参数进行参数化分析,基于最小二乘法对其进行多参数拟合求最优解.结果 轮轨系统有 3 个不稳定振动频率 228.57、480.97、1 181.60 Hz,单重钢轨吸振器对其的抑制效果分别达到了15.20%、100%、20.19%,双重钢轨吸振器对其的抑制效果达到了15.20%、100%、100%.双重钢轨吸振器调谐频率分别为 183.64、473.62 Hz.对比参数优化前后,经过优化连接参数后的轮对-钢轨-吸振器系统的复特征值实部较小,为 33.683.结论 双重钢轨吸振器因其 2 个调谐频率能更好地抑制轮轨系统的多个不稳定振动频率,从而对钢轨波磨的抑制效果更好.减小连接刚度和增大连接阻尼能提高其对钢轨波磨的抑制效果.当双重钢轨吸振器的下质量块垂向刚度为 22.7×107 N/m、上下质量块垂向刚度为 1.856×107 N/m、连接阻尼为 6 N·s/m时,能有效地抑制科隆蛋扣件区段钢轨波磨的产生.     

扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响

目的 研究扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响,获得抑制钢轨波磨的有效措施。方法 建立小半径曲线DTVI2扣件的轮轨系统有限元模型,对扣件系统进行实体化建模,考虑轨下垫板之间的接触情况,同时模拟扣件系统中弹条预紧作用。采用复特征值分析和瞬时动态分析研究轮轨系统的摩擦自激振动特性,并将预测结果与现场测试结果对比,揭示该区段钢轨波磨产生的原因。最后开展轨下垫板材料属性以及扣件结构参数的影响分析,获得其对钢轨波磨的影响。结果 轮轨间饱和蠕滑力引起轮轨系统发生频率为500 Hz的不稳定振动,会导致波长为30 mm的钢轨波磨。轨下垫板杨氏模量在10~50 MPa区间,等效阻尼比先从‒0.015 2减小到‒0.016 9又增大到‒0.014 2;阻尼系数在0~0.000 1区间内,等效阻尼比从‒0.016 9增大到‒0.010 2;轨下垫板泊松比的变化没有引起系统等效阻尼比发生明显的变化;扣件间距在575~675 mm区间内,等效阻尼比从‒0.016 3降低到‒0.019 0;等效阻尼比随着弹条预紧力的增大而增大。结论 选取合适的轨下垫板杨氏模量可以减轻由轮轨摩擦自激振动导致的钢轨波磨;提高阻尼系数对轮轨系统的自激振动具有较强的抑制作用;而轨下垫板的泊松比对钢轨波磨的影响较小;适当减小扣件间距可以略微降低钢轨波磨的产生趋势;增大弹簧预紧力可以抑制由轮轨系统摩擦自激振动导致的钢轨波磨。     

地铁小半径曲线不同扣件区段钢轨波磨磨耗对比研究

目的 针对重庆地铁小半径曲线不同扣件区段钢轨波磨磨耗情况呈差异性问题,对科隆蛋扣件区段和DTVI2扣件区段的钢轨波磨开展对比研究.方法 首先,结合现场调研数据建立相应区段的轮对-钢轨-扣件系统有限元模型.然后,基于摩擦自激振动理论对比分析2种不同扣件区段轮轨系统的振动特性,基于摩擦功理论对比分析2种不同扣件区段轮轨系统的磨耗特性.最后,根据钢轨波磨的发展情况,分别给定2种扣件区段钢轨波磨的磨耗修正系数.结果 在科隆蛋区段轮轨发生摩擦自激振动的主频为486 Hz,DTVI2扣件区段轮轨系统发生摩擦自激振动的主频为496 Hz.另外,轮对通过1次,2种扣件区段钢轨表面的磨耗平均值分别为0.00075、0.00037 mm.在添加钢轨表面不平顺后,2种扣件区段的钢轨波磨磨耗增加率分别为33.3％、18.9％.结论 在小半径曲线路段轮轨系统的摩擦自激振动是诱发钢轨波磨的成因,车轮与钢轨间的相对滑动所产生的轮轨摩擦功将进一步导致钢轨磨耗.不同扣件区段轮轨系统振动响应的差异是导致钢轨磨耗差异的根本原因.此外,2种扣件区段钢轨表面的波磨不平顺会加剧轮轨系统的摩擦自激振动,同时轮轨间摩擦功增大导致钢轨磨耗增大.最后,给定科隆蛋扣件区段磨耗修正系数为1.10,DTVI2扣件区段磨耗修正系数为1.19,这为现场地铁线路中钢轨波磨的运营维护周期提供了参考.     

地铁大坡度道岔制动工况下钢轨表面接触应力变化规律研究

目的 通过分析不同坡度条件下道岔钢轨在列车下坡制动作用时的力学行为,探讨了坡度对钢轨表面接触应力指标的影响情况,为铁路线路设计人员对线路坡度进行决策时提供参考.方法 针对地铁单开道岔尖轨跟端60AT轨,运用有限元方法对其进行数值模拟,建立地铁车轴与60AT轨的精细化模型,分析了制动力作用下不同坡度时钢轨表面各项应力指标...     

高速列车车轮多边形磨耗的形成机理及影响因素探究

目的研究高速列车车轮多边形磨耗的形成机理以及轮轨系统结构参数对车轮多边形磨耗的影响。方法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车轮多边形磨耗的理论,建立了包含车轮、钢轨、轨枕和道床的实体模型,然后导入到有限元软件ABAQUS中,钢轨和轨枕之间采用点对点的无质量弹簧阻尼单元组进行模拟,轨枕和道床之间采用绑定约束连接,道床底部支撑采用点对地的无质量弹簧阻尼单元组。采用复特征值方法研究高速线路上发生制动滑动时轮轨系统的运动稳定性。结果在饱和蠕滑力的作用下,高速线路轮轨系统产生的不稳定振动频率为f=495.01 Hz,列车轮对容易产生18阶多边形磨耗。在一定范围内,扣件的垂向刚度对抑制车轮多边形磨耗影响较小,适当提高扣件的垂向阻尼,可以有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动,从而达到抑制车轮多边形磨耗的目的。不同偏心形式对轮轨系统不稳定振动几乎没有影响。结论在高速线路上,列车制动滑动容易引起车轮多边形磨耗,适当提高钢轨扣件的垂向阻尼,可有效抑制车轮多边形磨耗。     

喷砂表面处理控制滑动摩擦尖叫噪声

采用球—平面接触方式,对喷砂处理的制动盘蠕墨铸铁试样进行了滑动摩擦噪声试验,并与光滑表面样品试验对比。在对摩擦噪声特性和摩擦磨损特性进行综合分析的基础上,探讨控制滑动摩擦尖叫噪声触发和演变规律的关键界面因素,研究了喷砂表面对滑动摩擦尖叫噪声的影响及其机理。结果表明:喷砂处理表面能明显的抑制界面摩擦尖叫噪声的产生,且表面粗糙度越大,抑制尖叫噪声效果越明显,界面微凸体的分布和磨损情况对摩擦尖叫噪声的产生及演变具有关键的影响。该试验条件下摩擦尖叫噪声的产生主要归因于磨屑堆积、粘着剥落和犁沟等界面因素引起界面摩擦力剧烈波动,诱发了摩擦系统的自激振动。相比光滑表面,喷砂处理表面的微凸体接触磨损\"平台\"表面的磨屑堆积、粘着剥落和犁沟等现象较轻,引起摩擦力波动的能量较弱,产生的尖叫噪声强度较低。     

冷连轧机垂直振动理论研究进展与展望

轧机振动是冷轧带钢生产时普遍存在的问题,严重影响了产品质量并制约了板带材制备过程的高速化发展。其产生机理是由于轧机结构动态变化和轧制过程相互作用产生的自激振动。国内外学者从大量实验测定和理论探索中逐步形成并完善了不同简化模型,这些模型为提高轧机稳定性和发现消振抑振手段奠定了坚实基础。在归纳总结国内外相关文献中采用的不同理论模型基础上,从建模方法、轧机结构模型和轧制过程关键子模型等角度对研究成果进行了简要阐述、对比和评论;同时,介绍了人工智能理论在振动预测方面的应用,并结合当前钢铁行业的发展趋势对轧机振动未来的研究方向进行了展望。     

机械摩擦状态监测技术研究现状

综述了机械摩擦过程中摩擦力、摩擦热和摩擦振动噪声等摩擦状态特征量的监测方法与研究现状。阐述了摩擦力的产生机理及影响因素,重点表述了摩擦力的监测方法——直接法和间接法;总结了研究摩擦热的解析法和有限元法等理论方法,着重表述了摩擦过程中摩擦温度的监测技术--直接测温和间接测温法;简述了摩擦振动的机理,重点归纳了摩擦振动特征量的提取方法——时域法、频域法和时频法等;简介了摩擦噪声机理及特性,结合摩擦振动表述了摩擦噪声监测方法;指出了多摩擦特征监测和综合监测为机械摩擦过程状态监测的未来发展趋势。