车轮多边形对地铁车辆一系钢弹簧疲劳寿命的影响研究

针对国内某地铁线路车辆在运行中出现一系钢弹簧疲劳断裂的现象,对车轮多边形对地铁车辆一系钢弹簧疲劳寿命的影响进行了研究。通过对发生断簧位置的车轮表面状态进行测试,发现车轮存在明显的六阶车轮多边形磨耗。通过一系钢弹簧动应力测试,发现了车轮多边形激励导致弹簧共振可能是一系钢弹簧断裂的原因。基于SIMPACK和ANSYS相结合建立了考虑一系钢弹簧柔性的刚柔耦合动力学模型,计算了不同多边形状态下一系钢弹簧的应力载荷谱,采用Miner线性累积损伤理论对弹簧疲劳寿命进行了计算和对比分析。研究结果表明:地铁车辆车轮多边形的阶次、波深以及列车的运行速度对一系钢弹簧的疲劳寿命都有很大的影响,且当车轮多边形通过频率与一系钢弹簧固有频率接近时,其寿命显著降低。降低弹簧座橡胶垫刚度可以提高隔振能力,增加弹簧使用寿命。     

地铁线路钢轨波磨对车辆振动特性的影响

某地铁线路运营过程中,在通过波磨区段时车辆振动水平加剧,从而导致车辆的轴箱盖螺栓、一系悬挂弹簧等部件频繁发生疲劳断裂.为了研究钢轨波磨对车辆振动特性的影响,首先在车辆各主要部件上安装振动加速度传感器,然后在存在钢轨波磨的线路上开展车辆振动测试,根据获取的振动加速度数据来分析钢轨波磨、轨道结构及钢轨打磨前后条件下车辆轴箱、弹簧座、构架和车体地板的振动特性.结果表明:钢轨波磨对车辆轴箱、弹簧座和构架的振动影响较大,但对车体地板的振动影响不明显.轮轨系统振动在传递过程中,二系悬挂系统起到了较大的衰减振动能量的作用.当打磨后的钢轨波磨依然存在但波深显著降低的前提下,车辆轴箱和构架的振动水平显著降低,车体地板振动水平无明显变化.     

车辆轮对参数检测系统中钢结构整体道床的设计

车辆轮对参数检测系统是对铁路(地铁)车辆车轮轮缘参数进行在线自动检测的自动化测试设备,系统检测不需停车,可在线路行驶中自动完成轮缘各参数的检测。钢结构整体道床是检测系统中最重要的组成部分,不但是整个系统的安装平台,同时对系统的测试精度及稳定性起着非常关键的作用。整体道床的设计应用打破了铁路以往的道渣轨枕道床结构,而是把检测区段变成一个整体,用钢结构整体平台取代了分体的若干轨枕,系统的测试部件、控制部件、布线等全部组成部分都安装在钢结构整体道床的平台中,为检测系统提供了稳定的测试条件和安装平台。     

基于频域方法的轨道随机振动特性及试验验证分析

基于系统工程思想,运用频域分析方法,对轨道结构随机振动特性进行仿真计算与分析,并结合铁路现场测试结果对理论计算结果进行试验验证。结果表明：钢轨振动能量主要集中在1 300 Hz附近,而中、低频率的振动主要体现为轨枕与道床的振动;在整个分析频域范围之内,仿真计算得到的轨道结构振动加速度功率谱密度与试验测试结果吻合较好,且轨道结构振动加速度平均值的计算与试验结果差异不大。     

普通短轨枕轨道结构钢轨波磨初步研究

研究某地铁普通短轨枕轨道结构小半径曲线上125～160 mm波长波磨形成机理。通过现场调查和试验测试,并结合轨道结构动力学理论对波磨形成机理进行预测分析;建立该轨道结构的三维有限元模型,利用该模型分析轨道结构的模态振型以及频响特性,并总结出该轨道结构的动态特性与钢轨波磨的关系。其中,频响分析时探讨簧下质量对轨道结构响应以及波磨成因的影响。数值计算结果与现场测试结果相吻合。研究发现该轨道结构60～80 Hz的振动是125～160 mm波长波磨形成的根本原因。由于该结构的轨枕直接嵌入轨道板中形成整体,轨道结构隔振性能差,车辆通过该轨道结构时极易发生钢轨和道床板一起相对地基的垂向弯曲振动,从而导致了125～160 mm波长波磨的形成。     

基于轨道振动理论的梯形轨枕轨道钢轨波磨研究*

研究半径为350 m梯形轨枕曲线轨道上波磨的成因。借助于现场观察和测量,获得波磨的特征参数。调查区段车辆运行速度在35 km/h左右,该波磨的主波长为60~100 mm,其通过频率为110~180 Hz;次波长为30 mm,其通过频率为324 Hz。结合轨道结构振动理论对波磨成因进行预测分析。根据结构特征建立梯形轨枕轨道三维有限元实体模型,利用此模型分析轨道结构的固有特性与波磨通过频率的内在联系,对波磨的成因做出初步解释,利用该模型计算分析白噪声激励下轨道结构的频响特性,进一步揭示波磨形成的机理。将理论计算结果与现场测试数据比较,两者相吻合。研究表明,车辆通过梯形轨枕轨道时,容易引起钢轨相对于轨枕的垂横向弯曲振动,从而加剧轮轨粘滑振动,加速了该轨道曲线段波磨的形成和发展。     

地铁车辆一系钢弹簧中高频 动态特性分析

现场测试发现地铁车辆一系钢弹簧断裂失效与其运营中表现出的中高频动态特性有关。为研究地铁车辆一系钢弹簧的动态特性,对线路运行的车辆零部件进行动态行为测试,发现一系钢弹簧在中高频段的动态响应异常明显。通过建立一系内外圈钢弹簧的有限元模型,计算分析了钢弹簧在中高频段的固有模态特性、动刚度特性、弹簧动态应力分布特征和橡胶垫刚度对弹簧应力的影响。结果表明:安装状态下内外圈钢弹簧的一阶模态频率分别为58 Hz、52 Hz,其与调查线路钢轨主波长波磨的通过频率相近。在1～1000 Hz位移激励下,一系钢弹簧刚度大小存在频变特性,在钢弹簧固有频率附近发生突变。60 Hz位移激励条件下,钢弹簧出现共振现象时,动态响应最为明显;其动剪应力呈波浪形分布,内簧1.3圈内表面、外簧1.5圈内表面附近的动剪应力最大。钢弹簧动剪应力与橡胶垫刚度正相关,减小弹簧橡胶垫的刚度可降低弹簧动剪应力水平。     

离心通风机结构随机振动下的疲劳分析

由于受路面不平度、线路结构、列车表面风压的变化等因素影响,可能会引起车辆横向和纵向振动加速度增大,通过转向架传递到机车车体,以较高频率产生车体的弹性振动,严重影响车体和其组成部分结构的强度和疲劳寿命。因此,通过有限元分析得出了通风机结构的随机振动Von-Mises均方根应力,采用基于高斯分布和Miner线性累计损伤定律的三区间法,计算随机振动疲劳损伤,得到了疲劳薄弱部位及疲劳分析结果,为离心通风机在随机振动环境下的疲劳分析提供参考。     

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正了考虑一系钢弹簧为柔性的刚柔耦合车辆系统动力学模型,分析了车轮多边形对一系钢弹簧疲劳寿命的影响。主要结论如下:(1)在六阶车轮多边形的激励下,当v=90 km/h时,车轮多边形的通过频率与一系钢弹簧的固有频率接近,引发弹簧共振,导致弹簧振动剧烈,动应力幅值增大导致疲劳断裂,是造成弹簧异常断裂的重要原因。(2)相同的车轮多边形阶次条件下,随着车速的提高,弹簧寿命总体逐渐降低,且在车轮多边形通过频率与一系钢弹簧固有频率接近     

地铁轨道改造前后振动及减振效果试验

针对国内某地铁线路某些区段沿线的建筑物振动与二次辐射噪声严重现象,将轨道原来铺设的普通扣件改造为浮轨扣件,并在跨中钢轨轨腰位置加装阻尼器以降低振动噪声的影响。通过测量列车运营时间内的振动和噪声数据,分析列车通过改造前后线路时的轨道振动、车辆振动和噪声、建筑物振动与二次辐射噪声特性。结果表明：与改造前普通扣件轨道相比,改造后浮轨扣件轨道的钢轨、道床和隧道壁垂向振动加速度有效值分别降低8%,70.6%和71.4%,隧道壁振动降低最显著,由隧道壁垂向振动加速度评估的轨道减振效果为8.28 dB;转向架区域和车内最大声压级降低3.6%和3.4%;昼间建筑物振动和二次辐射噪声降低18.4%和22.0%。车辆、轨道、建筑物的振动与二次辐射噪声的主频均与轮轨系统P2共振频率接近,是引起车辆、轨道和建筑物振动的主要原因之一。     

转向架钢弹簧表面磨痕深度对其寿命的影响研究

为了研究表面磨痕深度对转向架钢弹簧寿命的影响,针对2种典型的磨痕形式,采用仿真模拟的方法对不同磨痕深度的转向架钢弹簧进行分析,并采用试验测试的方法对仿真结果进行验证。建立不同磨痕深度的弹簧有限元模型,根据试验大纲施加载荷并进行计算,得到其理论剩余寿命;对不同深度的钢弹簧进行疲劳试验,得到其实际寿命,从而对仿真结果进行验证。研究结果表明:内簧和外簧磨损深度在0.2～0.5 mm时,钢弹簧的疲劳寿命基本无影响;内簧磨损深度大于4.0 mm,外簧磨损深度大于1.2 mm时,最小寿命位置会发生转移,转移后钢弹簧疲劳寿命大大减小。     

机车车辆踏面损伤机理研究

为研究机车轮对踏面损伤的诱发因素,基于车辆系统动力学和和赫兹非线性接触理论,在恶劣线路上对该机车动力学响应特性进行现场测试。运用频域分析方法获得了轮对和车体等主要部件在加装一系悬挂纵向减振器前后振动加速度功率谱密度变化幅频特性,并对测试数据的频响特征进行研究。试验结果表明,一系悬挂纵向减振器对轮对和车体的纵向振动有密切关系,加装一系纵向减振器对轮对纵向振动有一定的缓解作用;机车轮对的扭振是造成车轮多边形化的一个主要因素,尽管车轮多边形化非常严重,但并不剥离;在运行过程中轮对产生15~20Hz的纵向振动时,踏面剥离将成为主要的损伤形式。     

钢轨波磨对剪切型减振器段振动影响试验

地铁运营中常会出现钢轨波磨,尤其在剪切型减振器地段较为严重。为揭示钢轨波磨对结构振动的影响,选取地铁直线和曲线部分普通扣件和剪切型减振器典型区段进行了钢轨波磨的测量,并对轨道、隧道、地面等结构的振动加速度进行了现场测试。从时域、频域两个方面对比了结构的振动量值和振动传递特性,分析了剪切型减振器钢轨波磨对加速度振级及其减振效果的影响。结果表明:波磨会增大轮轨间动态冲击,使钢轨-道床-隧道-地面的振动显著增加;减振器区钢轨波磨会导致轨下结构振动大于普通扣件区,其减振效果难以实现;减振器区钢轨波磨比普通扣件区严重,曲线半径小、运量较大、速度较快的线路尤为突出,地铁轨道选型应考虑波磨的不利影响。     

车轮扁疤所引起的车辆系统振动特性分析

车轮扁疤所诱发的轮对弹性变形会导致车辆系统部件振动加速度增大,但目前相关研究主要采取刚体动力学模型。为更准确研究车轮扁疤对高速车辆振动特性的影响,在目前成熟且广泛已知的车辆-轨道耦合模型和车辆系统刚柔耦合模型的基础上,综合考虑车辆主要部件的弹性振动和轨道弹性振动的影响,建立改进的车辆-轨道动力学模型。结果表明,在扁疤作用下,轮对弹性变形对轮轨垂向力影响甚微,但对轴箱端盖垂向振动响应影响很大;扁疤所产生的冲击载荷经过转向架或者钢轨的传递作用,会导致同轴另一侧以及转向架同侧处的轮轨力产生小幅值波动;扁疤所在轮对的左右两个轴箱端盖振动加速度要远大于同一转向架的其他两处;在低速时,车轮扁疤对构架端部垂向振动加速度也有着不可忽视的影响。提出的研究成果揭示了车轮扁疤作用下车辆-轨道系统弹性变形的重要性,对车轮状态监控也具有重要意义。     

基于高频振动的天线梁疲劳研究

针对地铁线路运营过程中频繁出现的天线梁疲劳失效问题开展动应力和振动加速度测试研究。根据动应力测试数据,分析天线梁薄弱处的疲劳寿命,对天线梁进行PolyMAX法模态识别找出其低阶固有频率以及振动频谱分析找出其振动特性传递规律。分析结果表明:天线梁ATP吊座与主管连接的焊缝处发生共振而出现高应力循环,其应力水平和作用频率远高于设计水平,在运营中极易发生疲劳失效。同时基于工程应用方案,对天线梁应力集中部位增加加强筋进行结构优化,测试结果表明,加强筋增加了结构强度、有效减小了动应力的幅值,但没有避开共振。最后基于试验数据和仿真结合,提出了减轻质量提高固有频率以及动力吸振装置来降低振动。结合实际振动环境,要求天线梁的设计应该有效的避开工作模态,而不是仅仅优化局部强度,为动态结构的设计提供新思路。     

循环系数修正的膜片弹簧疲劳寿命分析

基于有限元精确应力结果运用循环系数修正的疲劳积累理论对膜片弹簧寿命分析,并讨论工作位置对寿命影响。对膜片弹簧大端加载有限元分析,验证有限元算法精确性;对膜片弹簧疲劳测试工况应力分析,剔除预紧与松紧过程应力,运用基于应力控制的疲劳损伤理论,并用循环系数修法正对其修,对膜片弹簧疲劳寿命分析。借助Ncode Designlife平台Time Step模块,通过计算方法获得零件疲劳危险点位置,与以往实验一致,且与疲劳测试相符。精度较以往计算有较大提高,且该方法可用于所有周期性工作零件疲劳寿命预测。讨论了工作位置对膜片弹簧影响,当工作位置位于极大值点与拐点之间并尽量远离拐点时,膜片弹簧既能发挥其非线性弹性特性,又能保持较高的疲劳寿命。     

火炮悬挂系统测试与应力分析研究

文中对火炮悬挂系统进行了测试及应力计算分析.悬挂系统内部零件的应力难以直接测试.文中利用线位移传感器、角位移传感器测试火炮悬挂系统中缓冲弹簧和扭转杆的位移,测试数据经过处理后,用于应力计算,得出火炮悬挂部分各主要零件的应力.利用加速度传感器测试火炮关键部位的振动加速度,测试数据经过处理后,用于分析火炮行军强度,校正动力学参数.依据这些参数并参考火炮验收技术条件中规定的振动冲击界限,最终确定火炮在各种强化路面上牵引试验速度.     

地铁线路钢轨焊接区轮轨动力学问题

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了地铁车辆-整体道床轨道垂向耦合模型,以实际测量得到的地铁线路钢轨焊接接头不平顺作为轮轨界面不平顺激扰输入,分析了接头不平顺引起的轮轨动力响应特征,以及行车速度、不平顺波长、不平顺波深、轨下胶垫刚度以及轨道结构形式等对焊接接头不平顺激扰下轮轨动力响应的影响。分析结果表明,不平顺波长的减小以及不平顺波深的增大会恶化焊接区轮轨动力响应,轨道结构弹性的提高有助于改善车辆-轨道耦合系统动力学性能。     

跨坐式单轨车辆的横向平稳性研究

为减小转向架相对轨道梁的摇头角,在车辆通过曲线时,跨坐式单轨车辆的辅助导向装置的输出力矩与二系悬挂摇头力矩相互抵消,直接影响车辆运行的横向平稳性。通过动力学仿真,分析车辆运行速度,以及辅助导向装置油气弹簧预压力对转向架和车体的横向振动加速度功率谱密度影响,确定不同预压力下油气弹簧对横向平稳性的影响。仿真结果表明：横向平稳性处于优秀等级,受车速影响较大,受油气弹簧预压力的不利影响较小;随着油气弹簧预压力增加,横向振动功率谱密度的谱值均略有增加,但影响较小。     

A型地铁车体结构疲劳寿命分析

在轨道循环交变应力作用下地铁车体易产生疲劳损伤。获得车体的载荷-时间历程，进行了强度校核；利用雨流计数法获得了循环载荷谱，根据累积损伤理论对A型地铁车体疲劳寿命进行分析，研究了列车速度、二系弹簧垂向刚度与二系弹簧垂向阻尼系数等对车体关键部位疲劳寿命的影响，分别采用逐步回归法和BP神经网络模型对车体关键部位—枕梁疲劳寿命进行拟合与分析。结果表明，BP神经网络模型具有更高的拟合精度。为A型地铁车体结构疲劳寿命的预测提供理论依据。