[轮轨磨耗及预测]列车紧急制动过程中踏面温度分布及磨耗预测

列车紧急制动过程中踏面温度急剧升高导致车轮踏面的摩擦磨损机理与稳态运行时有显著差异。为了准确预测列车紧急制动过程中踏面磨耗,同时考虑踏面制动过程中车轮踏面与钢轨及闸瓦接触,基于有限元软件ABAQUS建立了踏面制动过程热机械耦合有限元模型,综合考虑制动温升对车轮踏面力学性能、硬度及摩擦因数的影响,仿真得到了紧急制动过程中车轮踏面上温度分布、硬度分布以及接触应力分布,并利用轮轨动力学软件UM得到了紧急制动过程中轮轨接触斑形状以及轮轨蠕滑区相对滑移分布,在此基础上结合Archard磨耗模型对单次紧急制动结束后的踏面磨损深度进行了定量预测。结果表明：对于制动初速度为130 km/h、160 km/h两种工况,踏面最高温度分别达到了397.0 ℃和485.9 ℃,踏面最大累积磨损深度分别为5.90 μm和7.43 μm,与踏面制动实验对比发现,预测结果与实验结果磨损位置及形貌分布趋势一致。     

城市轨道交通车辆踏面制动热应力仿真分析

分析了城轨列车在踏面制动方式下车轮踏面热疲劳裂纹产生的机理,并建立了车轮制动过程瞬态温度场三维有限元模型,采用整体输入热流和对流换热的简化模式为基础的传统理论的热应力计算方法,计算车轮在连续两次紧急制动工况下的热温度场及热应力场,为确定城轨列车制动方式及列车制动距离等技术规范提供计算依据。     

车轮踏面制动的热-机耦合数值模拟

重载列车车轮踏面制动是一个复杂的动态接触热-机耦合问题,介绍了热-机耦合问题的求解方法,并利用有限元分析软件ANSYS对提速货车的单闸瓦踏面制动过程进行了紧急制动工况的数值仿真,定量地给出了车轮踏面温度和应力随时间的变化规律,为研究车轮踏面热疲劳提供了理论依据.     

基于微尺度的列车制动金属镶嵌行为研究

列车制动过程中,无论是踏面制动还是盘式制动都存在金属镶嵌现象,造成车轮踏面与制动盘盘面损伤,从而对车辆运行带来安全隐患.为研究金属镶嵌的形成原因及行为,选取低摩擦因数合成闸瓦与车轮、粉末冶金闸片与制动盘两种摩擦副产生的金属镶嵌物,进行宏观与微观形貌观察、材料物理及力学性能试验和材质成分含量分析.采用有限元软件ABAQU...     

闸瓦踏面制动热过程的仿真研究

建立了闸瓦与机车车轮的踏面制动摩擦接触数学模型,确定了模型的初始条件,位移、力学等边界条件,并计算了制动过程中车轮对外换热系数,最后利用Marc有限元软件,采用热-机耦合方法对闸瓦踏面制动热过程进行了仿真计算。仿真计算后得出的车体动能变化、制动距离、车轮踏面温升变化曲线等结果与理论分析相符,并基本接近于1：1制动试验结果,验证了所构建模型和所选用计算方法的正确性。     

踏面制动温升对重载铁路车轮磨耗的影响

建立一个考虑踏面制动温升影响的重载铁路车轮磨耗预测模型,模型中通过考虑温度对车轮、钢轨硬度的影响,实现温度对车轮磨耗影响的研究。相对以往的轮轨磨耗预测模型,该数值预测模型可以考虑轮轨接触界面有较大摩擦温升(如重载铁路踏面制动)时的轮轨磨耗演化机理,使预测结果更加符合实际情况。用所建立的轮轨磨耗数值预测模型,研究重载列车紧急制动时的车轮磨耗,分析考虑和不考虑温度影响下的车轮磨耗状态。结果表明:重载铁路踏面制动摩擦温升会加剧车轮磨耗,与不考虑摩擦温升相比,考虑摩擦温升时车轮总磨耗体积增加12.1%,当制动温升达到最高时最大磨耗深度增加22.5%。     

基于间隙热源法的车轮踏面制动摩擦温升研究

针对传统模拟车轮踏面制动摩擦热流边界的加载方式存在的不足,如均布热源法计算精度较低和移动热源法计算效率较低,提出基于间隙热流加载法的车轮踏面制动摩擦温升有限元计算方法。以重载列车紧急制动为研究对象,通过与以往的移动热源法和均布热源法进行对比,研究新方法的计算精度和计算效率。计算结果显示:在计算精度方面,新方法不仅可以达到移动热源法的计算精度,还能体现均布热源法无法模拟的因闸瓦和踏面的接触-脱离现象导致的车轮踏面温度时间历程曲线波动现象。在计算时间方面,新方法的计算效率与均布热源法的相当,但新方法的计算速度比移动热源法的快4.3倍。     

粉末冶金闸瓦主要制动参数的仿真计算研究

采用热-机耦合方法,利用Marc软件,在经过准确性验证的粉末冶金闸瓦踏面制动计算模型上,专门针对粉末冶金闸瓦的主要制动参数摩擦体脱落面积和不同初始制动速度下闸瓦摩擦系数变化偏差范围(±0.04或±0.03)对制动试验结果的影响进行了验证性的仿真计算研究.仿真计算结果表明,闸瓦摩擦体脱落10%,车轮踏面最高温度增加52℃,制动距离未发生明显变化;不同初始制动速度下闸瓦摩擦系数变化偏差范围对车轮踏面的最高温度和制动距离影响较小,偏差范围设置合理.     

基于ANSYS的动车组车轮踏面结构动力分析

建立了一个标准车轮的模型,通过ANSYS有限元分析软件对其施加位移激励,进行频谱分析,得到车轮踏面各部位的位移响应谱,以此分析车轮踏面不同部位对于激励的响应.根据位移功率谱分析原理,应用MAT-LAB软件生成位移激励功率谱曲线,结合ANSYS软件通过分析可以看出车轮踏面的振动以轴向振动为主,并得到了位移谱峰值集中存在的两个主要频域范围,为列车车轮的安全平稳运行提供了依据.     

机车整体式车轮与车轴过盈配合应力分析

以DF8型机车现用整体式车轮为例,应用ANSYS软件分析了轮对过盈配合,列车紧急制动及列车在长达下坡道上行驶时轮对应力、温度分布及接触面压力变化.轮轴压装后最大应力出现在轮毂边缘;紧急制动时踏面温度随制动时间先升高然后降低,达到最高温度的时间约为总制动时间的一半;车轮温度升高后,部分释放了接触面的初始接触压力,列车在长大下坡道行驶时接触面压力有较大降低.     

车轮踏面磨耗对齿轨列车齿轮齿条接触状态影响研究

针对齿轨列车车轮踏面磨耗情况下难以探究齿轮齿条接触状态规律的问题,提出了一种基于Hertz接触理论的考虑车轮踏面磨耗情况的齿轮齿条齿面接触应力计算模型。首先,分析了磨耗情况下齿轮齿条的接触关系,获得了接触应力计算关键参数随车轮磨耗的变化规律,并结合Hertz接触理论构建了考虑车轮磨耗的齿轮齿条接触应力计算模型;然后,选取某工程齿轮齿条参数进行计算,获得了磨耗周期内的齿面接触应力分布,并通过27组有限元仿真试验获得了不同磨耗量、不同接触位置的齿轮齿条接触应力数据,与上述计算模型结果进行了对比;最后,运用上述计算模型进一步分析了车轮磨耗影响接触应力规律的内在机制和关键因素。结果表明,模型结果与仿真计算结果的最大相对误差为7.71%,验证了计算模型的准确性;车轮踏面磨耗量越大,齿轮齿条啮入点附近的接触应力越大,其影响机制是车轮磨耗导致啮入点附近驱动齿轮曲率半径急剧减小;增大初始中心距和齿条齿顶圆角影响系数,可降低车轮踏面磨耗对接触应力的影响,并可通过减小高度调整周期来优化接触状态情况。     

基于EMAT技术的轮对踏面探伤仪

简述电磁超声换能器(EMAT)的结构组成及产生表面波的机理,分析了基于电磁超声表面波的车轮踏面缺陷检测原理.设计了基于电磁超声表面波的轮对踏面探伤仪,该探伤仪采用DSP+CPLD结构,构成数据处理、逻辑控制核心单元,信号由功率合成单元进行功率放大并与EMAT探头做输出匹配,提高输出功率;DSP系统完成超声波信号的数据处理及缺陷分析功能.最后对人工缺陷轮对和自然缺陷轮对进行试验,结果表明:检测过程无需耦合剂、无需沿踏面扫查,即可快速实现对轮对踏面表面及近表面10 mm范围内的车轮径向裂纹和大尺寸踏面剥离缺陷进行检测.     

踏面与盘式两种制动模式温度分布特征的模拟分析

探究1∶1踏面制动与缩比盘式制动得到的温度场存在偏差的原因,有利于提高利用缩比制动模式评价制动摩擦副热负荷能力的精度。基于TM-I型缩比车辆制动试验台和1∶1制动试验台,采用ADINA有限元软件,在制动压力10、15、20 kN和初速度60、80、105 km/h条件下,模拟计算2种制动模式的温度场,并分析影响2种制动模式温度偏差的因素。结果表明：1∶1踏面制动模式和缩比盘式制动模式得到的温度存在明显差别,踏面制动的温度均高于缩比盘式制动的温度;2种制动模式的温度差别随压力的变化不明显,但随制动初速度增加而明显加大;踏面制动由于摩擦面积集中,散热程度不良,随初速度从60 km/h增加到105 km/h,制动温度增加幅度为56%~77%,盘式制动由于摩擦弧长沿盘半径方向的不均匀,散热面积大,制动温度随初速度增加幅度为32%~44%。     

制动过程踏面剥离热应力耦合仿真分析

踏面剥离的研究一直是许多的专家从事的工作,研究的轨道和车轮踏面的损伤等一系列的问题。踏面涉及的是重载、振动等一系列的问题。车轮制动产生的摩擦热应力会对于车轮踏面有着一定损伤,本文通过Solidworks建立车轮踏面模型与钢轨,利用ANSYS有限元分析进行模拟制动实验,分别通过纯机械载荷和热应力耦合仿真分析,我们通过研究得出的是在滚动的过程中,高温短时间产生,与周围的空气热交换量小,热量累积,而车轮正在高速的向前移动,导致最高的温度点向后移了一点,比较符合实体实验。     

基于轮轨法向间隙的车轮踏面优化方法

为了寻求基于目标的铁路车辆车轮踏面数值优化技术,开发一种考虑轮轨法向间隙参数的车轮踏面优化方法。利用该方法优化我国高速列车车轮LMa型面。并发现优化后的LMa车轮和CHN60钢轨滚动接触接触时,轮轨界面之间具有较好的“共形”特性,这样能有效降低轮轨接触应力以达到降低滚动接触疲劳目的。并用车辆轨道耦合动力学理论分析优化的车轮型面对车辆动态特性的影响。数值结果表明,在不降低车辆动力学性能的情况下,此方法可以有效改善轮轨接触点对分布,降低轮轨接触应力。     

车轮踏面剥离机理研究

介绍了踏面剥离的分类、形成机理、影响因素和减缓措施；重点讨论了车轮踏面剥离发生的形成机理和减缓措施；其中滚动接触剥离和制动剥离是两种主要剥离类型，滚动接触应力、制动热作用、热裂纹和机械作用是引起剥离的主要原因。     

考虑踏面制动热应力的不同磨耗弹性车轮强度校核

针对地铁用弹性车轮,研究踏面制动热对弹性车轮强度的影响。建立地铁弹性车轮实体有限元模型,进行连续3次紧急制动,对弹性车轮的静强度和疲劳强度进行校核,分析不同磨耗程度下车轮踏面制动热应力对车轮应力的影响及变化特征。结果表明：弹性车轮制动热应力对轮辋影响明显,相比仅考虑力学应力,考虑热应力和力学应力的新轮轮辋最大von Mises应力在直线、曲线和道岔载荷工况下分别增大了98.9%、48.3%、70.9%,相比仅考虑力学应力,考虑热应力和力学应力的磨耗到极限车轮最大von Mises应力在直线、曲线和道岔载荷工况下分别增大了48.2%、13.7%、36.9%;磨耗到极限车轮应力值较大但热应力影响比例较小,均满足静强度要求;轮芯和安装环部分温度上升较小,均不到0.1℃,应力变化很小。采用Goodman曲线对轮辋进行疲劳评价,得到考虑热应力前后最小安全系数分别为2.7和2.5,均满足疲劳校核要求;受到踏面制动热应力影响,轮辋部分最危险点位置与仅考虑力学应力时不同,最危险点位置从轮辋内侧转移到了轮辋最外侧。     

基于ANSYS的起重机车轮踏面分析与优化

起重机在实际的使用中,车轮和轨道之间会有很大程度的磨损,这就要求起重机车轮和轨道的承载能力和抗磨损能力要不断提高。本文利用SolidWorks软件对轨道列车常用的LMA、GDM以及S1002型三种车轮踏面进行再设计,通过软件建立车轮踏面与轨道的配合模型。通过ANSYS软件对三种踏面P60轨道不同的接触状态进行非线性接触分析;采用轮轨法相间隙法,利用Matlab软件对受力较好的踏面进行优化设计;最终对优化前后的车轮踏面进行接触应力以及性能分析,达到提高起重机车轮抗磨损的能力的目的。     

货车车轮制动热疲劳数值仿真分析

热疲劳损伤是车轮的一种主要失效形式,建立了踏面制动的热-结构耦合瞬态非轴对称三维有限元模型及其相关的边界条件,模拟了拖曳制动工况和紧急制动工况的温度动态特性,对制动热负荷产生的热应力引起的热疲劳问题进行了数值模拟.     

踏面擦伤弹性车轮冲击影响因素的研究

踏面擦伤车轮在平滑轨道上滚动引起轮轨冲击.为研究轮轨冲击的影响因素,以某弹性车轮为研究对象,建立踏面擦伤深度不同的弹性车轮有限元模型和简化轨道有限元模型,利用LS-Dyna软件对擦伤深度为2mm的弹性车轮在不同速度运行的工况和不同擦伤深度弹性车轮模型在120km/h速度的工况进行了仿真分析,研究了速度和擦伤深度对轮轨冲击力的影响.将弹性车轮与普通钢轮在相同的工况下产生的轮轨接触力进行对比,结果表明弹性车轮可有效降低车轮过擦伤时产生的轮轨冲击.