轻轨线路曲线半径对车轮磨耗的影响

为分析线路曲线半径对轻轨列车车轮磨耗的影响,以长春市轻轨3号线70％低地板轻轨列车车轮为研究对象,建立独立旋转轮对的轻轨车辆-轨道耦合动力学计算模型、轮轨接触模型和Archard材料磨耗模型,对轻轨列车车轮磨耗进行仿真分析.计算结果表明:轻轨列车通过半径为50 m的曲线时,圆曲线上的车轮磨耗比缓和曲线更严重,整体轮对比独立轮对磨耗更严重;曲线半径大于150 m时,内、外侧车轮磨耗随着曲线半径增大而减小,并且在曲线半径相同的条件下,独立轮对各车轮磨耗量均比整体轮对各车轮磨耗量约大2 ～3 mm;随着列车行驶里程的增加,车轮磨耗率有先增大后减小的变化趋势,即可以将车轮磨耗分为快速磨耗和稳定磨耗2个阶段.轻轨车辆外侧车轮的磨耗率大于内侧车轮,说明车轮磨耗主要发生在外侧车轮.     

钢轨波磨对地铁车辆动力学响应的影响

建立地铁车辆-轨道耦合动力学模型,将钢轨视为弹性离散点支撑的无限长Timoshenko梁,将实测钢轨短波波磨不平顺数据作为不平顺激励.通过数值计算得到在科隆蛋扣件线路上不平顺发展过程中车辆动力学响应的变化情况.随着短波波磨不平顺幅值的增大,轮对和转向架的横、垂向加速度以及轮轨横、垂向力均呈增大趋势,且受不平顺程度的影响较大.结果表明钢轨波磨主要影响车辆系统的垂向振动.     

分数阶PID扭矩控制在边驱耦合轻轨车辆的应用研究

边驱耦合独立轮对(Independently rotating wheelset,IRW)技术是100%低地板轻轨车(Low floor tram,LFT)的关键技术之一,边驱电机的扭矩控制策略直接影响轻轨车的动力学性能.本文基于5自由度独立轮对的轨行机理,搭建了考虑边驱传动系统的单节轻轨车动力学模型.应用了一种分数阶PID(Fractional order PID,FOPID)扭矩控制策略,优化了车辆的曲线通过性能.采用Riemann-Liouville(RL)分数阶微积分理论及Oustaloup滤波器数值逼近法构成FOPID控制器,通过寻优运算对FOPID参数进行整定,在Simulink平台下建立了整车的集成控制系统.通过扭矩控制器与整车动力学模型s函数联合仿真的方式,开展了100%低地板轻轨车辆的直线与曲线运行特性研究,并将计算结果与无控制的独立轮对模型、传统轮对模型进行了对比分析.研究结果表明,在直线运行下,FOPID控制下的轻轨车能够提高车辆的稳定性,受控轮对的抗轨道不平顺激扰能力较强.在大半径曲线下,无控制的独立轮对曲线通过性较差,而受分数阶PID控制的独立轮对能够表现出与传统轮对一样优异的曲线通过性能;在小半径曲线下,分数阶PID扭矩控制策略能够使轻轨车获得足够的导向力,曲线通过性能明显优于其他模型.     

基于柔性轮对的轨道车辆动力学仿真分析

为研究柔性轮对对轨道车辆动力学性能的影响,应用ANSYS创建轮对实体有限元分析模型,并选用Guyan缩减法和Lanczos分块法对其进行子结构模态分析.联合SIMPACK创建柔性轮对车辆仿真模型,此模型的构架、车体等部件仍视作刚性体.与刚体车辆仿真模型对比分析出在中国高铁谱和美国六级谱激励作用下两模型的动力学性能的差异.分析结果表明:轮对采用柔性体的车辆非线性临界速度较全刚体车辆的非线性临界速度稍稍降低.在两激励线路下,轮对采用柔性体对车辆的平稳性和曲线通过性能也有一定程度的影响.     

柔性轮对结构振动对车辆动力学性能的影响

为研究轮对柔性对车辆动力学的影响,建立高速列车轮对的有限元模型,对轮对进行自由模态分析.通过模态综合法获取柔性轮对模态信息,应用多体系统动力学理论建立柔性轮对-刚性轨道接触力学模型;建立包含高速旋转柔性轮对的车辆-轨道耦合动力学模型,研究高速列车在直线和曲线通过时轮对结构振动对车辆动力学性能的影响.结果表明:轮对的结构振动对轮轨接触点位置、蠕滑率、蠕滑力和脱轨因数等均产生较明显的影响,但是对轮重减载率影响较小,因此应采用更加精确的柔性轮轨耦合模型研究轮轨相互作用、轮轨滚动接触疲劳和轮轨噪声等.     

地铁线路扣件刚度对钢轨振动与波磨的影响

为探明整体道床轨道区段波磨发生机理及其对轮轨系统参数的影响规律,建立轮对和整体道床轨道三维有限元模型,分析轮轨共振模态与整体道床钢轨振动特性,探讨钢轨扣件刚度和轮对振动模态对整体道床区段钢轨波磨的影响规律.结果 表明:钢轨扣件刚度主要影响钢轨起跳共振频率,而对钢轨pinned-pinned共振频率影响甚微;较低的扣件刚...     

钢轨磨耗测量系统中光带主曲线提取的研究

在基于计算机视觉的钢轨磨耗测量系统中,针对系统中的图像处理部分进行了大量实验,并根据钢轨形成的光带自身特点,提出了斜率驱动提取主曲线算法.斜率驱动主曲线算法能够有效的抑制钢轨图像的杂散光和提高目标图像的清晰度,从而消除了图像处理中出现的毛刺和图像不完整的现象.实验结果表明这种方法对钢轨图像中光带主曲线的提取有很大的改进,从而将系统测量误差控制在所要求的范围之内.     

激光三角法钢轨磨耗检测系统研究

传统基于图像处理的钢轨磨耗检测系统处理过程复杂、运算量大,难以满足实时检测的需求.为了解决以上问题,基于激光三角法构建了一种新的二维高精度钢轨磨耗检测系统.它采用光切法扫描钢轨轮廓,将直接采集到的轮廓坐标通过以太网传输到工控机上;通过对不同去噪方法的性能比较,最终采用基于灰色关联的中值滤波方法对初始轮廓数据进行预处理;采用基于最小二乘的高斯-牛顿非线性二次拟合来提取轨腰圆心特征点,通过仿射变换将实测轮廓与标准轮廓进行对位,得到钢轨的磨耗值.实验结果表明:该检测系统垂直磨耗和侧面磨耗测量精度均达到±0.2mm,性能优于传统图像检测方法(±0.3mm),满足铁路标准要求,可用于实时检测钢轨磨耗参数,指导轨道维护工作.     

车轮滑行轮轨热接触耦合有限元分析

为研究轮轨接触温升和热应力规律,用有限元法分别建立锥型踏面车轮和磨耗型踏面车轮在60kg／m钢轨上滑行的三维热接触耦合模型．考虑温度场与结构场相互影响、相关材料参数随温度变化以及轮轨接触问题,对在一定速度下抱死滑行时轮轨温度场和应力场的热一结构直接耦合进行分析．结果表明磨耗型踏面车轮的接触斑面积大于锥型踏面车轮的接触斑面积,且前者接触斑趋近于圆形,后者接触斑为细长椭圆形;材料参数随温度的变化对轮轨温度场和应力场影响很大,不可忽略;温度场对应力场的影响很大,温度升高的趋势与应力升高的趋势相同;磨耗型踏面对轮轨的热损伤比锥型踏面小很多．     

A numerical method for prediction of curved rail wear

Important published papers on rail wear in the past were reviewed. A numerical method was put forward to predict curved rail wear during a railway vehicle curving. The numerical method was discussed in detail. It considered a combination of Kalker’s non-Hertzian rolling contact theory, rail material wear model, the coupling dynamics of the vehicle and track, and the three-dimensional contact geometry analysis of wheel-rail. In its numerical implementation, the dynamical parameters of all the parts of the vehicle and track, such as normal loads and creepages of the wheels and rails, were firstly obtained through the curving dynamics analysis. The wheel-rail contact geometry calculation gave the wheel-rail contact geometry parameters, which were used in the wheel-rail rolling contact calculation with Kalker’s non-Hertzian rolling contact theory modified. The friction work densities on the contact areas of the wheels and rails were obtained in the rolling contact calculation, and were used to predict the rail running surface wears caused by the multiple wheels of the vehicle simultaneously with the rail material wear model. In the rail material wear model, it was assumed that the mass loss of each unit area was proportional to the frictional work density in the contact area. A numerical example was present to verify the present method. The numerical results of the example are reasonable, and indicate that the high rail wear of the curved track caused by the leading wheelset is much more serious than those caused by the other three wheels of the same bogie.     

车轮与高速道岔翼轨的接触分析

为合理设计道岔,更好地匹配轮对和道岔型面,用有限元法求解车轮与高速道岔翼轨的接触问题.建立4种不同型面车轮与高速道岔翼轨接触的有限元模型,分析车轮通过高速道岔翼轨的轮岔接触斑和等效应力的变化规律,计算结果表明:机车车轮与翼轨的接触斑位于翼轨轨顸外侧,动车车轮与翼轨接触的接触斑位置在翼轨轨顶中部;磨耗后JM3型面车轮与翼轨接触时,容易出现应力集中,尤其是在距离心轨尖端50 cm位置处;磨耗后JM3型面车轮与翼轨接触产生的等效应力最大.