重载机车在不同牵引工况下的轮轨匹配分析

重载机车轴重增大及速度提高带来了严重的轮轨磨耗问题.针对机车在不同牵引工况下的轮轨型面匹配情况,应用轮轨型面测量仪实测机车车轮型面数据,将标准与磨耗后机车车轮型面分别和标准75 kg/m钢轨型面在对中位置匹配,建立机车轮对-钢轨三维有限元模型,并进行接触计算分析,得出如下结论:车轮踏面磨耗使轮轨间的Mises应力减小,其中标准型面的最大Mises应力点出现在轮轨表面下2~3 mm处,磨耗型面的最大Mises应力点更接近轮轨表面;牵引力使车轮的等效应力点较钢轨上的应力点位置出现纵向偏移,且随着牵引力的增加,纵向偏移量越大;车轮的踏面磨耗使轮轨接触斑中心更接近钢轨内侧轨距角;施加不同牵引工况时的轮轨横向切应力几乎不变;施加相同牵引工况时,车轮型面磨耗1 mm的轮轨纵向切应力大于标准型面,而车轮型面磨耗2 mm的轮轨纵向切应力小于标准型面.     

轨道参数对轮轨滚动接触行为影响

计算了不同轨道参数下JM3磨耗型车轮踏面沿60kg/m钢轨轨道滚动接触时轮轨接触几何参数和蠕滑率的变化情况;然后根据确定的轮轨接触几何参数和蠕滑率,利用非Hertz滚动接触理论和数值程序CONTACT分析了不同轨底坡和轨距对轮轨接触斑行为的影响。数值结果表明：使用1/40轨底坡时轮轨滚动接触行为不能达到最佳匹配状态,建议对目前的轮轨型面进行重新优化设计;增加轨距对轮轨接触几何参数和蠕滑率产生较大影响,小半径曲线上在考虑运行安全情况下可适当增加轨距。     

独立车轮与钢轨接触问题的研究

应用有限元参数二次规划法建立了独立车轮与钢轨接触的三维计算模型,通过分析不同踏面、不同相对位置的轮轨接触,得出了轮轨接触斑形状和面积、接触力的变化规律,并且对比不同踏面在减缓磨耗方面的特点.同时建立了磨耗后的轮轨接触模型,分别研究直线段和曲线段轮轨配合接触问题,总结了不同模型的接触斑面积、形状、位置,以及接触力分布和等效应力的变化规律.结果表明磨耗后的轮轨配合与其它模型相比接触斑面积最大,轮轨匹配相对较好.     

重载铁路车辆车轮与辙叉型面匹配研究

道岔是重载铁路最为薄弱环节之一,针对大秦重载铁路道岔的磨耗磨损问题,通过轮轨型面测量仪测得大秦线路磨耗后道岔型面数据,建立车辆车轮标准型面与不同辙叉型面的有限元模型,计算分析在轴重作用下的匹配情况.结果表明:车轮通过磨耗后辙叉时接触斑相对细长,使车轮与辙叉产生较大的应力集中,随着辙叉磨耗程度的增加,应力集中愈加明显;在不同轴重作用下,轴重的增加使接触斑面积增大,弹塑性变形也有助于降低轮叉接触应力的变化率.     

不同牵引制动工况下轮轨接触有限元分析

针对城市轨道交通车辆轮轨关系问题,研究在不同牵引力与制动力作用下轮轨间等效应力和接触力的变化情况,建立地铁车辆LM型车轮踏面和60 kg/m型钢轨轮轨接触有限元模型.通过计算分析得出以下结论:牵引力作用时,车轮最大等效应力的分布相对于接触中心靠前,钢轨最大等效应力分布相对于接触中心靠后;牵引力和制动力对轮轨接触等效应力和纵向切应力的作用效果相反;随着制动力的增大,接触处纵向应力呈近似正比增大,钢轨上最大纵向切应力的分布相对接触中心位于接触斑后部.     

高速列车车轮多边形化对车辆动力学性能的影响

采用车轮圆周轮廓法建立比传统等效轨道激扰法更准确的车轮多边形化模型,假设车轮型面不发生变化,车轮半径沿圆周方向发生改变.只考虑车轮周期性多边形不圆顺,且同一轮对上的2个多边形车轮不存在幅值和相位的差异,建立车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算高速运营状态下周期性多边形的车轮振动响应、轮轨垂向力等动力学指标.结果表明:车轮多边形化会使车体振动响应增大,影响乘坐舒适性;车轮多边形化还会引起较大的轮轨垂向力,甚至当不圆顺幅值为0.5mm时,会出现轮轨相互瞬时脱离的现象,且同等条件下幅值对车辆系统动力学性能的影响比谐波阶数更为显著;针对高速列车车轮多边形化的动态特征,提出轮轨垂向力来划定其安全区域.在京津实测线路上,得到不同车速下,1、2、3和4阶车轮多边形化的幅值限制值分别为1.0、0.4、0.4和0.3mm.     

30t轴重重载货车轮轨接触几何关系及动态匹配关系

针对我国30t轴重的重载货车及线路条件,以改善轮轨匹配特性为目的,对LM车轮踏面与不同类型钢轨匹配时的轮轨接触几何关系和轮轨动态相互作用进行了分析,并在此基础上研究了钢轨轨底坡对轮轨接触几何关系及车辆动态曲线通过性能的影响。研究结果表明:相对于CHN60和USA68钢轨,CHN75钢轨在轮对横移较小时可提供较低的等效锥度,轮对横移量超过4 mm后,等效锥度逐渐增大,能在保证车辆运动稳定性的同时利于其通过曲线线路,且采用CHN75钢轨可以降低轨道结构的受力。重载线路在使用CHN75钢轨,轨底坡设为1/40时,踏面等效锥度及货车曲线通过性能要优于1/20和1/30的轨底坡设置。     

基于轮轨表达式的轮轨接触坐标计算方法

为了能更真实地在车辆-轨道动力学的仿真计算模型中反映轮轨之间的接触状态,结合具有具体函数表达式的车轮踏面和钢轨轮廓曲线并利用迹线法原理,在考虑轮对的横向位移、垂向位移、摇头角及侧滚角的条件下,计算出轨顶区域与车轮之间的最小垂向距离,来判断轮轨的接触状态,并根据非线性赫兹接触理论求轮轨接触点处的轮轨法向力.     

地铁小半径曲线不同位置轮轨摩擦因数优化

针对地铁小半径曲线轮轨润滑技术,以小半径曲线不同位置为切入点,通过实际参数建立某地铁 Ｂ型车辆动力学仿真模型,分析摩擦因数变化时曲线不同位置的轮轨磨耗性能、滚动接触疲劳特性以及曲线安全性的相应规律,并通过熵权法对上述３个指标进行曲线不同位置的轮轨摩擦因数优化,得到曲线不同位置处的最佳摩擦因数区间和危险摩擦因数区间。研究表明：车辆在缓圆 点和圆缓点处的磨耗指数、表面疲劳指数和脱轨系数等指标均明显比其他位置更加恶劣;小半径曲 线不同位置处的最佳摩擦因数区间各不相同,缓圆点和圆缓点的最佳摩擦因数区间为 ０．１０～ ０．２０,缓中点２的最佳摩擦因数区间为０．１０～０．２５,曲中点的最佳摩擦因数区间为０．１０～０．３０,缓 中点１和直线点的最佳摩擦因数区间较广为０．１０～０．５０。因此,在地铁车辆实际运行过程中,可 以通过改变润滑剂的材质以及涂抹量使得同一曲线不同位置均在其最佳摩擦因数区间内,以减轻 车轮磨耗,减少疲劳裂纹的萌生,改善车辆安全性能,减少运营成本。     

弹性车轮对大跨斜拉桥车桥耦合振动的抑制特性

为了从动力学角度探明地铁车辆-桥梁（特别是大跨斜拉桥）系统对弹性车轮的适应性,本文开展了大跨斜拉桥上弹性车轮对地铁车桥系统振动的影响及抑制特性研究。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑弹性车轮的地铁车辆-大跨斜拉桥系统耦合动力学模型;借助该模型,研究了长-短波不平顺联合激扰下弹性车轮对地铁车辆和大跨斜拉桥的振动特性的影响,并从时-频域角度探明了弹性车轮对地铁车辆-大跨斜拉桥系统的减振效果。研究结果表明：当地铁车辆通过大跨斜拉桥时,弹性车轮能有效降低轮轨作用力以及车轮和轴箱的振动;与传统刚性车轮相比,弹性车轮轮箍振动最剧烈,传统刚性车轮振动其次,而弹性车轮轮芯振动最小;基于本文所采用的弹性车轮动力学参数,弹性车轮的振动卓越频率集中在10～50 Hz,且在25Hz左右存在峰值;桥梁垂向和横向振动主频均在1 Hz左右,且弹性车轮能有效降低大跨斜拉桥的中、低频振动。     

Wear characteristics and prediction of wheel profiles in high-speed trains

Wheel/rail relationship is a fundamental problem of railway system. Wear of wheel profiles has great effect on vehicle performance. Thus, it is important not just for the analysis of wear characteristics but for its prediction. Actual wheel profiles of the high-speed trains on service were measured in the high-speed line and the wear characteristics were analyzed which came to the following results. The wear location was centralized from-15 mm to 25 mm. The maximum wear value appeared at the area of 5 mm from tread center far from wheel flange and it was less than 1.5 mm. Then, wheel wear was fitted to get the polynomial functions on different locations and operation mileages. A binary numerical prediction model was raised to predict wheel wear. The prediction model was proved by vehicle system dynamics and wheel/rail contact geometry. The results show that the prediction model can reflect wear characteristics of measured profiles and vehicle performances.     

机车轮对踏面形貌的非接触检测系统研究

为改变目前轮对检测的落后现状,及时准确掌握轮对运行状况,研制开发了一套轮对踏面非接触自动检测系统,提出了一种自动检测铁路机车轮对踏面磨损的新方法。该方法用激光位移传感器获得机车轮对踏面数据,然后运用Labview语言编制分析软件,建立轮对踏面二维图像,并与标准图像对比,求出踏面磨耗值。检测结果表明,分析结果完全符合最终检测精度（〈0．01mm）,这种分析方法简洁合理。     

基于CP-DDE-129标准的车轮温升热机耦合有限元分析

为了分析上海地不同类型车轮踏面制动时的热应力,建立上海地铁13号线车轮及上海地铁统型车轮的有限元模型,依据CP-DDE-129标准、国际铁路联盟UIC510-5标准、欧洲的EN标准模拟在踏面制动时车轮在曲线、直线、道岔工况下的应力场.结果表明,上海地铁直辐板车轮以及上海地铁统型车轮踏面制动时产生的热应力满足规范的要求.并且,上海地铁统型车轮的踏面制动下的性能优于上海地铁直辐板车轮.     

基于运动学和动力学的汽车后轮转向机构设计

后轮转向机构的优化设计是商用车四轮转向技术的关键,为了减小在车轮跳动时后轮转向机构与悬架之间的运动干涉、后轮摆振以及车轮磨损,提出了通过建立后轮转向机构的空间模型和后轮转向机构的动力学虚拟模型,直接以减小转向拉杆与悬架的运动不协调偏差量为目标函数的优化设计方案,结合整车操作稳定性试验,验证了该方案的合理性,为后轮转向机构的设计提供了一定参考。     

地铁弯道曲率半径对钢轨磨损的影响

根据赫兹接触理论,在JD—1型轮轨模拟试验机上通过改变钢轨曲率半径研究了曲线半径对地铁钢轨磨损的影响。实验结果表明:随着曲率半径的减小,钢轨磨损量增大,磨损深度和宽度均有所增加;钢轨曲率半径较小时,轮轨间存在蠕滑行为,钢轨承受的横向水平力和摩擦力均增大,这将导致钢轨接触面产生严重的塑性变形和表面硬化。     

Numerical simulation of wheel wear evolution for heavy haul railway

The prediction of the wheel wear is a fundamental problem in heavy haul railway. A numerical methodology is introduced to simulate the wheel wear evolution of heavy haul freight car. The methodology includes the spatial coupling dynamics of vehicle and track, the three-dimensional rolling contact analysis of wheel-rail, the Specht's material wear model, and the strategy for reproducing the actual operation conditions of railway. The freight vehicle is treated as a full 3D rigid multi-body model. Every component is built detailedly and various contact interactions between parts are accurately simulated, taking into account the real clearances. The wheel-rail rolling contact calculation is carried out based on Hertz's theory and Kalker's FASTSIM algorithm. The track model is built based on field measurements. The material loss due to wear is evaluated according to the Specht's model in which the wear coefficient varies with the wear intensity. In order to exactly reproduce the actual operating conditions of railway,dynamic simulations are performed separately for all possible track conditions and running velocities in each iterative step.Dimensionless weight coefficients are introduced that determine the ratios of different cases and are obtained through site survey. For the wheel profile updating, an adaptive step strategy based on the wear depth is introduced, which can effectively improve the reliability and stability of numerical calculation. At last, the wear evolution laws are studied by the numerical model for different wheels of heavy haul freight vehicle running in curves. The results show that the wear of the front wheelset is more serious than that of the rear wheelset for one bogie, and the difference is more obvious for the outer wheels. The wear of the outer wheels is severer than that of the inner wheels. The wear of outer wheels mainly distributes near the flange and the root; while the wear of inner wheels mainly distributes around the nominal rolling circle. For the outer wheel of front wheelset of each bogie, the development of wear is gradually concentrated on the flange and the developing speed increases continually with the increase of traveled distance.     

油介质下轮轨粘着特性数值分析-研究生论坛

基于二维滚动接触理论和部分弹流理论,建立了微凸体接触情况下的稳态部分弹流数值模型,运用多重网格法对油介质工况下的轮轨黏着特性进行数值仿真研究。利用所建立的数值仿真模型研究了轮轨接触压力分布情况,分析了滚动速度、载荷、轮轨表面粗糙度等参数对轮轨黏着特性的影响。结果表明:油介质条件下轮轨接触区的宽度比干态下要宽,是干态下接触区宽度的1.5倍左右;油介质下的轮轨黏着系数明显小于干态下的黏着系数;轮轨黏着系数随着速度的增加逐渐减小,随接触压力的增加而降低,随轮轨表面粗糙度的增加而增大。     

起重机小车偏斜对轮轨接触状态的影响

利用有限元分析软件Ansys对轮轨系统进行弹塑性静力分析,建立起重机小车在运行中发生偏斜和不发生偏斜两种工况下的有限元模型,研究这两种不同工况下轮轨系统所受应力的分布状态. 结果表明,小车运行中发生偏斜时,轮轨承受更大的应力,最大应力区集中分布在小车偏斜方向的半边轨道上,且轮缘与轨道之间发生接触,导致轮轨更易磨损.