高速列车车轮多边形磨耗对轮轨力和转向架振动行为的影响

列车车轮多边形磨耗会显著加大轮轨相互作用力和转向架关键部件振动幅度,恶化车辆系统和轨道部件的工作环境,严重时将会威胁到行车安全。基于三维车辆-轨道耦合动力学模型,用谐波叠加法模拟车轮多边形磨耗,作为车辆轨道耦合动态行为分析时的激励输入,计算车轮多边形磨耗阶次、车辆运行速度和运行里程对轮轨力的影响,并分析车轮多边形磨耗与轮轨力之间的相位关系;建立转向架系统高频振动全有限元模型,以时域轮轨力作为模型输入,分析车轮多边形磨耗参数对转向架轴箱、构架振动响应的影响。计算结果显示,随着列车运行速度、车轮多边形磨耗幅值和阶数的提高,轮轨垂向作用力波动范围和转向架振动响应均会显著增大。所得的结果可为高速列车车轮多边形形成的机理和抑制措施的进一步研究提供参考和指导。     

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。     

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。     

高速列车车轮多边形对齿轮箱疲劳寿命的影响

车轮多边形是高速列车运行过程中常见的磨耗现象,该现象使轮轨作用力增大,齿轮箱持续异常振动,并会影响其疲劳寿命.为研究高速列车车轮多边形对齿轮箱疲劳寿命的影响,建立了含有齿轮箱支撑轴承的驱动系统和柔性齿轮箱的刚柔耦合整车动力学模型,采用数值仿真分析方法,通过分析不同车轮多边形幅值下轮轨垂向力和齿轮箱垂向振动加速度确定极端...     

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。     

车轮多边形磨耗统计规律及关键影响因素分析

针对列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于轨道交通运输领域,会导致车辆/轨道系统产生高频的振动冲击,严重影响车辆和轨道系统零部件的使用寿命,危及行车安全这一问题,调查了大量车轮的多边形磨耗情况并进行统计分析,掌握了高速列车车轮多边形磨耗问题的现状和特点。以18～20阶多边形磨耗车辆为例,通过理论研究和试验分析(试验分析包括车辆系统振动特性测试和转向架模态特性测试),对车轮多边形磨耗的根本原因及诱导因素进行研究。研究发现,轮轨系统在580 Hz频率附近存在固有模态是导致车辆发生18～20阶多边形磨耗的根本原因,轮轨表面的各种不平顺能激发或者加剧轮轨系统在580 Hz频率附近的模态共振,从而诱发车轮多边形磨耗的产生。该结果可为高速列车车轮多边形磨耗问题的防止和进一步研究提供参考。     

车轮多边形对高速动车组动力学性能影响

随着动车组运行速度的不断提高,车轮在运行过程中的磨耗加剧,在增加维修成本的同时,恶化了列车的服役环境,严重时将会威胁行车安全。针对车轮运行磨耗引起的多边形问题,以某型线上服役高速动车组为研究对象,采用Simpack建立其动力学模型,分析车轮多边形(阶数为1～11,波深为0.1 mm～0.5 mm)对高速轮轨系统垂向振动响应的影响。为了直观观察相关变化规律,引入决定系数,对其变化规律进行曲线拟合。结果表明,车轮多边形波深的取值大小对垂向振动响应的影响更为显著,所得拟合曲线的变化规律为高速动车组的检测维修以及安全评估提供参考。     

CHN60/UIC60钢轨廓型下高速列车车轮踏面磨耗对比分析

为了研究不同轮轨廓型匹配时高速列车车轮踏面磨耗情况,运用多体动力学软件UM建立某高速列车单车车辆/轨道耦合动力学模型,利用轮轨滚动接触理论和车轮磨耗预测模型,对比分析列车CHN60和UIC60钢轨廓型与LMA车轮廓型匹配时车轮踏面磨耗规律。研究表明:在运营里程低于26. 5万km时,LMA/CHN60和LMA/UIC60车轮踏面磨耗相差不大,在运营里程超过26. 5万km以后,LMA/UIC60磨耗显著增大;相比LMA/CHN60,车轮踏面磨耗对LMA/UIC60轮轨接触点的分布状态影响更大,前者的轮轨接触状态要优于后者;在车辆运营里程低于13. 5万km时,LMA/CHN60和LMA/UIC60的车轮磨耗功最大值相差不大,在车辆运营里程超过13. 5万km后,LMA/UIC60轮轨匹配下的车轮磨耗功最大值逐渐大于LMA/CHN60轮轨匹配; 2种轮轨廓型在运行中的车轮磨耗功率最大值都逐渐减小,但LMA/UIC60轮轨匹配下的磨耗功率最大值普遍较大。     

车轮磨耗下车下悬吊系统振动特性研究

为研究高速动车组车下悬吊系统在车轮磨耗下的振动特性演变规律,建立考虑车体弹性振动和车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析一个镟轮周期内车轮磨耗对车体和车下悬吊设备振动响应的影响。研究结果表明:车轮磨耗主要影响车下悬吊系统的横向振动,对垂向振动影响较小;在前5万km运营里程下,车体和车下设备的振动特性基本保持不变,随着里程的增加,车体和悬吊设备的振动特性不断恶化,当运营里程达到19.1万km时,车体和悬吊设备的振动加速度幅值达到了新轮下的2倍;车辆运行速度不高于140 km/h时,车轮磨耗对车体和设备的振动影响甚微,随着速度的增加,车轮磨耗对车体和悬吊设备的影响逐渐增大;通过选取合理的横向悬吊刚度可以有效抑制车轮磨耗对悬吊系统的影响,其取值范围在0.7~1.5 MN/m内比较合适。     

高阶车轮多边形对车辆动力学性能的影响

为研究高速列车高阶车轮多边形对车辆系统动力学性能的影响,对轮对进行模态缩减,建立完整的车辆系统刚柔耦合动力学模型,模型中仅把轮对考虑为弹性体,其余部件视为刚体。通过修改轮对的外形来模拟车轮多边形,进行仿真计算研究车轮多边形波深、谐波数以及列车运行速度对车辆动力学性能的影响。结果表明:将轮对考虑为弹性体将会更加准确地模拟出车轮多边形化对轮轨力的影响,车轮多边形对车辆临界速度和轮轨垂向力有较大的影响,而且当多边形阶数达到一定值时车辆会出现跳轨现象;车轮多边形对车辆平稳性指标影响很小。     

高速铁路小半径曲线钢轨磨耗影响因素分析

随着高速铁路运营里程的增大和运量的激增,钢轨磨耗成为不容小觑的问题,尤其在小半径曲线段钢轨磨耗更为复杂和严重。针对高速铁路小半径曲线段钢轨磨耗问题,利用SIMPACK多体动力学软件建立高速动车组车辆动力学模型,利用Archard磨耗模型计算钢轨磨耗深度,并分析不同运营工况、车轮磨耗状态及车辆一系悬挂参数和轨道参数对动车组车辆通过小半径曲线时钢轨磨耗的影响。仿真结果表明：动车组车辆以匀速、制动、牵引3种工况下通过曲线段时,制动工况下钢轨磨耗量最大,牵引工况下磨耗最小;车轮踏面磨耗加剧也会导致钢轨的磨耗量增大,而定期镟修车轮踏面可以减轻钢轨磨耗情况;车辆一系悬挂参数的变化对小半径曲线段钢轨磨耗的影响相对较小;为减小钢轨磨耗,宜采用较小的轨底坡和适当增加轨距,且曲线段超高设置不宜过大。     

列车车轮多边形磨损及其噪音研究综述

介绍了近年来国内外关于列车出现的车轮多边形磨损及其产生噪音的研究概况,解释了车轮多边形磨损的相关概念和定义,列出了多边形磨损产生的原因以及多边形磨损与噪音之间的关系。国内外关于车轮多边形磨损的相关研究,主要集中于车轮多边形磨损对轮轨动力学的影响、车轮多边形磨损的产生和发展机理以及车轮多边形磨损的检测和评估三方面。笔者从车辆振动产生的噪音、车轮多边形磨损产生的振动和车轮多边形磨损产生的噪音三方面对噪音、振动与车轮多边形磨损之间的关系进行了综述,总结了国内外关于列车维修方面的研究进展,为发生车轮多边形磨损的列车检修提供建议。     

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。     

地铁车辆车轮偏磨原因分析与对策研究

轮对偏磨是铁道车辆常见的车轮磨耗形式。对国内某地铁线路的车轮磨耗进行测试分析,发现该线路车辆存在严重的车轮偏磨现象,左侧车轮以轮缘磨耗为主,右侧车轮以踏面磨耗为主。该地铁线路小半径曲线多,且左、右曲线分布严重不均,以及车辆不掉头运行是造成车轮偏磨的主要原因。基于UM动力学软件建立车轮磨耗预测模型,利用地铁车轮磨耗测试结果对磨耗预测模型进行验证,根据数值仿真结果提出轮对偏磨的解决措施。仿真结果表明,车辆掉头行驶能明显减缓车轮的偏磨现象,最佳掉头运行里程数为2×10⁴~4×10⁴ km。小半径曲线占比对车轮磨耗影响较大,左、右曲线百分比差值小于3%时可不采取掉头措施。     

磨料粒度对电镀CBN砂轮磨损影响的有限元仿真分析

以单颗CBN磨粒的磨损为例,对电镀CBN砂轮的磨损进行研究。针对磨削淬硬轴承钢GCr15,将单颗CBN磨粒适当简化成圆锥体,建立楔形滑擦模型,利用Deform 3D软件对单颗CBN磨粒的磨耗磨损进行仿真分析。仿真结果表明:不同粒度磨粒的磨损形式相似,均为前端面磨成弧形月牙洼形,尖端逐渐磨成平台;相同条件下磨粒的最大磨损量随着磨料粒度号的增大而减小。同时也说明了细粒度的电镀CBN砂轮的磨损较小。研究结果对进一步研究电镀CBN砂轮制造工艺有指导意义。     

高速列车轮对磨耗统计规律及预测模型

为研究我国高速列车轮对踏面磨耗规律,对某线路服役高速动车组进行跟踪测试,记录其镟轮周期内的踏面磨耗量,并基于对磨耗统计特征的两次拟合提出轮对型面磨耗预测函数模型。对某高速线路实测型面磨耗量进行拟合,分别得到各走行里程下磨耗量关于型面位置的拟合函数;并进一步对各走行里程下的拟合函数系数进行二次拟合,得到磨耗量关于型面位置及走行里程的二元预测函数。在模型的预测精度与适用性验证时,对比相同走行里程下预测型面和实测型面在轮轨接触几何关系与车辆各关键部件加速度响应两方面结果。对比结果显示,提出的磨耗预测模型在轮轨接触点、等效锥度、轮轨作用力及车辆安全性等各方面均与线路实测结果具有很好的一致性。     

车轮非圆化磨耗对机车轮轨系统动态响应的影响

对频繁发生振动报警问题和运营正常的某型号电力机车分别进行车轮非圆化磨耗测试,对比分析运营正常和发生异常振动报警车轮的非圆化磨耗特征。测试结果表明:运营正常的机车车轮非圆化磨耗形式主要以低阶为主,而频繁发生振动报警的机车车轮非圆化磨耗除低阶磨耗外,还存在明显的16～25阶非圆化磨耗,这是造成机车异常振动的根本原因。建立机车车辆-有砟轨道耦合动力学模型,研究车轮非圆化磨耗对轮轨动态相互作用的影响,系统地调查分析轮轨动态相互作用随车轮非圆化磨耗特征的变化规律。结果表明:严重的车轮非圆化磨耗会加剧轮轨动态冲击作用,轮轨系统动力学响应随非圆化磨耗幅值的增大而增大,但随非圆化磨耗阶次的增长而呈非线性变化趋势。     

Application of Semi-Hertzian Approach to Predict the Dynamic Behavior of Railway Vehicles Through a Wear Evolution Model

Wear prediction due to the wheel-rail interaction in a railway vehicle has a significant role in the view of running stability (critical speed), dynamic performance and maintenance scheduling. In this article, we have focused on the estimation of wear distribution on the wheel profile through co-simulation between the vehicle and the wear evolution models, built in the multi-body simulation (MBS) software ADAMS (VI-Rail) and MATLAB environments, respectively. As the shape of the contact patches varies from elliptical to non-elliptical depending upon the contact patch location on the rail and the wheel, the contact forces/stresses are calculated by using a combined formulation of semi-Hertzian approach with modified FASTSIM. The wear distribution is obtained using Archard’s wear model. The wheel profiles are updated after calculating the wear depth for a particular distance travelled by the vehicle. The dynamic behavior of the vehicle with the worn wheel profile is utilized to predict additional wear during a further fixed distance of travel and this profile updating and dynamic simulation process is repeated. The vehicle’s dynamic performance and passenger comfort are evaluated for various levels of wheel wear.     

纵向力对列车车轮磨损特性的影响

列车在加速和减速过程中车轮将承受纵向力的作用,随着纵向力的增加,车轮的损伤也随之加重,其中车轮的磨损成了迫切需要研究的课题。通过磁粉制动器在JD 1轮轨模拟试验机上设定不同的纵向力,研究其对车轮磨损特性的影响。结果表明,车轮试件的磨损量随着轮轨间纵向力的增大而增大;同时磨痕表面伴随着明显的氧化,且随着纵向力的增加,试件磨痕的氧元素含量有增加的趋势;磨痕的表面裂纹数量随着纵向力的增大而增多,但表面裂纹的长度却随之减小。试件在试验过程产生的磨屑均为片层状,其形状大小与试验条件无关,这种片层状的磨屑表明试件磨痕表面的材料损失主要以层离磨损为主。