车轮多边形对轮轨静态匹配的影响

摘　要：为了分析车轮多边形对轮轨静态匹配的影响,设定车轮半径在圆周上具有周期性变化,并且考虑车轮横向磨耗的改变,建立多边形车轮空间模型。由于迹线法不适用于多边形车轮,本文在空间车轮模型上搜索与钢轨距离最小点,得到轮轨接触位置和几何参数。采用Hertz接触理论和Polach蠕滑力模型计算轮轨法向应力和蠕滑力,分析多边形车轮对轮轨接触静力学的影响。计算结果显示：多边形车轮的横向磨耗对轮轨静态匹配影响比较微弱,周向磨耗会引起轮轨接触斑和法向应力的周期性变化,影响程度随阶次的增加而增强。     

车轮参数对轮轨噪声的影响

铁路列车的运行噪声给沿线居住环境带来了严重影响,在已建立的轮轨滚动噪声预测模型的基础上,车轮参数的变化对轮轨噪声的控制进行分析,分析表明,适当减小车轮半径,增加车轮辐板厚度和车轮踏面质量有助于降低轮轨噪声。     

高速动车组车轮多边形对车内噪声的影响

高速动车组在运行过程中车内会出现异常噪音的问题。通过对国内某型高速动车组车轮镟修前后,车内噪声和车轮粗糙度进行测试。对比分析镟修前后车内噪声频谱特性和车轮多边形特征,发现异常噪音车辆的对应的车轮均存在严重的多边形特征,镟修后车轮多边形特征明显改善,车内噪声值明显降低。研究结果表明,车轮多边形是造成车内异常噪音的主要原因,通过噪声测试能够一定程度上监测车轮多边形程度,镟修是目前解决高速动车组车内异常噪音最有效的方法。本研究对监控车轮多边形,防止严重的车轮多边形对高速动车组车辆造成更严重的影响起到重要作用。     

车轮状态变化对重载货车轮轨作用力影响

重载货车在实际的生产及服役条件下,轮轨之间的相互作用不仅受各种轨道不平顺激励的影响,也会受到车轮状态变化的激励作用。从车轮运行状态的角度研究重载货车轮轨间相互作用,分别以车轮磨耗前后踏面形状、车轮多边形化、车轮质量偏心和轮对结构变形四种车轮运行状态来模拟分析车轮各状态参数与轮轨垂向作用力的关系,并总结其影响规律。研究表明：车轮踏面形状主要影响轮轨接触斑面积以及接触应力分布,磨耗后车轮比新轮的接触应力分布范围更广泛;在不同速度下,车轮多边形化的波深、相位差及谐波阶数对轮轨垂向力产生不同程度的影响;车轮质量偏心对轮轨产生周期性垂向冲击,但振动幅度并不大;轮对挠度的动态变化对轮轨动态接触载荷影响比较显著,尤其是轮对结构弯曲振动加剧了轮轨垂向动作用力。     

机车轮缘磨耗对轮轨接触状况的影响

针对机车运行中出现轮缘磨耗严重这一问题, 统计苏家屯机务段电力机车轮对检修记录, 将轮缘磨耗过程可以分为3 个阶段:初期磨耗阶段、磨耗稳定阶段和后期磨耗阶段。建立不同磨耗时期的轮轨弹塑性接触模型, 运用有限元方法进行计算分析。计算结果表明:车轮轮缘厚度从32mm磨耗到27mm这个过程, 轮缘上的接触等效应力相对较小, 轮缘磨耗速度在整个磨耗过程中最低;机车车轮镟修或换轮后在磨耗后线路上运行, 标准车轮与磨耗钢轨的型面匹配状况不佳, 接触等效应力集中在车轮轮缘上, 运行初期轮缘磨耗较快。得出的结论有助于设计出更好的轮轨型面来降低轮缘磨耗。     

车轮谐波磨耗对轮轨蠕滑特性的影响分析

为探究车轮谐波磨耗对轮轨间蠕滑特性的影响,建立了4种不同轮轨关系下的车辆-轨道耦合动力学模型。基于多体动力学理论,以实测车轮谐波磨耗为依据,对比分析了4种模型的轮轨振动特性,得到最能反映真实情况的轮轨关系模型。基于柔性轮轨分析车轮谐波磨耗对轮轨蠕滑特性的影响,并进一步探究谐波磨耗下扣件刚度和速度对蠕滑特性的影响。结果表明:柔性轮下的振动响应要高于刚性轮,而刚性轨下的振动响应要大于柔性轨。其发生机理表现为柔性体的固有模态与谐波激励频率相近引发模态共振,使得柔性体的振动响应大于刚性体。对比分析结果表明多柔体更能反映轮轨真实接触状态;车轮谐波磨耗的阶次和幅值对柔性轮轨关系下的蠕滑特性影响显著,整体呈现出随阶次和幅值增大而增大的趋势,且高阶次下,幅值对蠕滑特性的影响更加显著。进一步发现扣件刚度对蠕滑特性的影响与速度呈现相关性,当速度低于250 km/h时,扣件刚度对蠕滑率/力的影响并不显著,但仍呈现出随刚度增大而减小的趋势;当速度高于300 km/h时,扣件刚度对蠕滑率/力的影响比较明显,呈现随刚度增大而增大的趋势。     

直线电机振动特性对车轮多边形问题的影响研究

针对国内某地铁车辆因车轮多边形造成舒适性差的问题展开动力学仿真和线路测试研究。理论上简要分析了车轮多边形产生的原因并建立地铁车辆动力学模型,计算得到转向架各部件的振动固有频率,并发现车辆平稳性在40 km/h速度下异常恶劣。建立以轨道不平顺为输入、电机位移为输出传递函数,分析了40 km/h速度下车轮多边形产生的外部激励43.6 Hz与直线电机垂向固有频率接近从而导致电机发生共振,进一步加剧了车轮多边形恶化。线路跟踪实验表明,车体上的平稳性指标同样在40 km/h时异常恶化,恶化程度随车轮多边形波深增大而加剧。归纳提出以异常振动速度为切入点,对车轮多边形问题分析的仿真和线路实验方法。最后对直线电机悬挂参数进行优化,消除剧烈振动,提高了乘坐舒适性。     

车轮阻尼及接触点位置对轮轨接触过程稳定性的影响

结合S形辐板辗钢整体车轮和60 kg/m钢轨的尺寸与性能要求,利用有限元法和模态试验法建立车轮高频振动模型,并在考虑钢轨断面变形和轨下结构影响的基础上建立钢轨高频振动模型。在改变轮轨接触点位置和车轮模态阻尼比的情况下对轮轨接触系统进行了稳定性分析。结果表明:节圆数为0的车轮模态对系统稳定性的影响最明显;增大横向蠕滑量会使轮轨接触系统容易发生不稳定,并且该蠕滑量在轮缘接触时的影响比在踏面时要大;接触点位置对接触系统稳定性的影响与轮轨偏向角及接触面摩擦系数的大小有关;增大车轮阻尼能明显减少接触系统不稳定频率的个数,并且在偏向角较大时,阻尼的作用对轮缘接触更明显。     

地铁车轮磨耗对轮轨接触特性及动力学性能的影响

对某地铁线路轮轨磨耗进行测试,分析实测型面与CN60钢轨匹配的轮轨接触几何关系,并利用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论对轮轨接触力学特性进行分析。利用UM多体动力学软件建立某B型地铁车辆动力学仿真模型,分析轮轨磨耗对车辆动力学性能及轮轨接触损伤特性的影响。结果表明：该线路车轮踏面磨耗较均匀,存在明显轮缘磨耗现象。不同运行里程下实测车轮踏面外形基本相似,导致车轮磨耗对轮轨接触几何关系、轮轨接触力学特性及车辆动力学性能的影响较小。实测轮轨匹配下的动力学性能略有下降。随着运行里程增大磨耗指数变化不大,表明车轮磨耗稳定。车轮磨耗后表面疲劳指数大于标准型面,出现滚动接触疲劳的可能性增大。     

车轮高阶多边形磨耗对高速列车转向架区域噪声影响研究

列车车轮多边形磨耗问题是目前高速列车运行过程中普遍存在的,多边形的出现会加剧轮轨间的相互作用,引发显著的异常振动噪声问题。本文通过跟踪测试车轮多边形发展和转向架区域振动噪声,分析讨论高阶车轮多边形磨耗对高速列车转向架区域噪声的影响。研究表明,当轮轨表出现显著多边形时,转向架区域噪声的显著频率会变为与多边形和行车速度相关的频率范围,随着车轮多边形磨耗水平的增加,转向架区域噪声显著增大。当车轮多边形磨耗激励频率和车辆过轨跨频率发生信号调制时,还会产生谐频噪声问题,增大了车轮多边形对噪声的影响频率范围,本文的研究成果可以为车辆振动噪声控制提供依据和参考。     

车轮高阶多边形磨耗对高速列车转向架区域噪声影响研究

列车车轮多边形磨耗问题是目前高速列车运行过程中普遍存在的,多边形的出现会加剧轮轨间的相互作用,引发显著的异常振动噪声问题。通过跟踪测试车轮多边形发展和转向架区域振动噪声,分析讨论高阶车轮多边形磨耗对高速列车转向架区域噪声的影响。研究表明,当轮轨表出现显著多边形时,转向架区域噪声的显著频率会变为与多边形和行车速度相关的频率范围,随着车轮多边形磨耗水平的增加,转向架区域噪声显著增大。当车轮多边形磨耗激励频率和车辆过轨跨频率发生信号调制时,还会产生谐频噪声问题,使车轮多边形对噪声的影响频率范围增大,研究成果可以为车辆振动噪声控制提供依据和参考。     

地铁车轮多边形磨损对浮置板轨道振动特性的影响

车轮多边形磨损是地铁车辆运营过程中经常出现的现象,该现象易导致车辆和轨道结构发生异常振动。针对国内某地铁线路,在现场测试车轮多边形磨损状态基础上,通过测试对比有、无车轮多边形磨损的车辆通过地铁线路减振式钢弹簧浮置板道床段和非减振普通整体道床段时的轨道振动加速度,研究地铁车轮多边形磨损状态对轨道振动大小和减振特性的影响。结果表明：调查的地铁线路列车车轮存在13 阶～17 阶多边形磨损,其粗糙度平均水平为21.3 dB re 1 μm;当存在车轮多边形磨损的列车通过浮置板轨道时,钢轨、弹条、轨枕、道床、隧道壁测点的垂向振动加速度均方根值分别为105.09 m/s2、154.41 m/s2、13.04 m/s2、8.16 m/s2、0.028 m/s2,与无车轮多边形磨损列车通过时相比,振动水平分别增大了137.5 %、145.3 %、105.4 %、111.9 %、75.0 %。车轮多边形磨损对浮置板轨道的道床板及其以上部件振动水平的影响比对普通整体道床轨道的更显著,对浮置板轨道隧道壁振动的影响则小于对普通整体道床轨道隧道壁的影响。存在车轮多边形磨损的车辆通过浮置板轨道时,通过频率为61 Hz～104 Hz,易激发轨道的整体垂向弯曲共振模态,引起道床板振动幅值过大。在运行列车有、无13 阶～17 阶多边形磨损时,钢弹簧浮置板轨道减振量分别为29.33 dB和35.11 dB,车轮多边形磨损的存在降低浮置板轨道的减振效果。     

车轮多边形磨损对高速线路轨道动态行为影响的试验研究

高速列车车轮多边形磨损会加剧轮轨动力相互作用,引起车辆/轨道结构振动异常和部件过早失效,造成安全隐患。采用现场试验的手段,研究出现高阶车轮多边形磨损的某高速列车车轮镟修前后通过桥梁和隧道区段时的轨道振动响应情况。结果表明,与镟修后相比,车辆镟修前通过桥梁段时钢轨、扣件弹条和道床板振动明显加剧,隧道段钢轨和扣件弹条振动明显增大。车轮镟修前由多边形引起的振动在轨道各零部件上均有明显体现,并且容易导致弹条共振,镟修后该特征频率附近峰值明显下降。车轮多边形引起的桥梁段道床板垂向加速度振级高于隧道段,镟修后桥梁段比隧道段振级降低更多;在车轮多边形激励下隧道段轨道相比桥梁段具有更好的振动衰减性能。     

重载工况下车轮熔覆对轮轨磨损与损伤性能影响

利用CO2多模激光器在车轮试样表面获得Co基合金熔覆层,通过MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机对比研究了不同轴重下轮轨试样的磨损性能与损伤机理。结果表明,车轮试样激光熔覆处理后熔覆层组织明显细化,表面硬度明显提高,约为基体的1.5倍。轮轨试样摩擦系数与磨损率随轴重增加而增大,车轮磨损率仅为钢轨的1/5~1/8;随时间增加,轮轨试样磨损量呈线性增长趋势;随轴重增加,轮轨试样表面损伤越严重,相同条件下,车轮试样损伤比钢轨轻微,轴重较小时,车轮熔覆层磨损主要为粘着磨损和氧化磨损,钢轨主要为疲劳磨损与氧化磨损。随轴重增加,轮轨试样主要为严重疲劳损伤,氧化磨损较为轻微。     

辐板型式和轮轨接触点位置对车轮声辐射特性的影响

为了分析不同车轮辐板型式和轮轨接触点位置对车轮声辐射特性的影响,建立了车轮有限元-边界元混合振动声辐射模型。首先,根据车轮实际拓扑结构建立三维实体有限元模型,采用分块Lanzos法求解结构的特征值问题,然后采用模态叠加法计算车轮结构在法向单位力激励下的动态响应,将车轮外表面的速度处理成声学边界元的输入,计算车轮的辐射噪声。数值计算中,考虑了S型、直型和波浪型三种辐板型式和轮缘、名义滚动圆处和车轮外侧三个轮轨接触点位置。结果表明,辐板型式和轮轨接触点位置对车轮声辐射具有较明显的影响。而且,不同辐板型式车轮在不同轮轨接触点位置下的声辐射特性也不尽相同。数值分析可以为低噪声车轮的选型提供一定的参考。     

轨道交通车辆车轮显著多边形提取方法

设计一种切比雪夫带通滤波器模型,可以便捷地将轨道车辆车轮周向不平顺数据分解为若干阶次的车轮多边形,同时完整地保留其幅值与相位信息。在对模型校核验证后,将其应用于某地铁车轮显著多边形的识别与提取,得到理想的结果。     

重载机车车轮擦伤下的轮轨动态响应

车轮踏面擦伤会造成剧烈的轮轨冲击作用,加剧车辆和轨道结构部件的疲劳破坏。为揭示实际车轮擦伤状态下的重载机车-轨道耦合振动响应特征,基于车轮擦伤的现场实测数据,拟合出了车轮擦伤模型。采用重载机车-轨道耦合动力学模型,详细考虑了钢轨垫层与扣件弹条相互作用,分别从时域和频域角度仿真计算了机车车轮擦伤引起的轮轨动态响应。研究结果表明:实际车轮擦伤呈不对称的几何形状;车轮擦伤激起的冲击力对轨道部件影响较大;车轮擦伤可能引发钢轨与扣件系统的短暂分离。研究结果可为踏面损伤识别、轨道部件检修提供理论参考。     

基于分层加权的多边形图形匹配

提出了一种适用凸凹多边形匹配的分层加权测度方法，在此方法中，对凹多边形、首先进行基于提取凸多边形的模式分解，对凹多边形添加辅助线，形成新的外接凸多边形、通过依次抽取外接凸多边形，将凹多边形表达为仅由凸多边形组成的多层拓扑结构，然后，利用预先定义的互为模板的相似度量准则和分层加权测度模型，计算得到多边形的相似度系数，从而实现凹多边形的匹配和检索。     

考虑研磨子——车轮和轮轨作用的城际动车组车轮磨耗预测

针对站间距短、研磨子频繁作用的城际铁路,建立了集车辆系统动力学、研磨子―车轮接触和车轮磨耗等模型于一体的动车组车轮磨耗预测模型,车轮磨耗采用Archard模型计算,实现了研磨子―车轮和轮轨接触对车轮磨耗贡献的定量预测。以中国南方某城际线路上运行的某型城际动车组为例,模拟了动车组车轮LM廓形在一个车轮镟修周期内的演化,通过对比跟踪测试结果,确定研磨子所致车轮磨耗的磨耗系数取1.45×10-4,并完成了模型验证。上述城际铁路的模拟结果显示,该模型的车轮磨耗预测误差仅为5.00%。以0.30 MPa工作气压下的高硬度研磨子为例,发现其最佳工作模式为“工作20 s—停止工作25 s”的间歇式工作模式。为动车组研磨子系统的优化设计提供有效模拟工具。     

考虑轮轨材料等效疲劳损伤车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应

车轮扁疤是车轮踏面缺陷常见形式之一,会产生较大的轮轨冲击,影响列车运行的平稳性和安全性.该研究建立了三维轮轨滚动接触有限元模型,采用显式有限元法研究了车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应,描述了车轮扁疤冲击钢轨整个过程中轮轨接触状态的变化,着重分析了轮轨材料疲劳损伤与应变率效应对轮轨冲击响应的影响,并讨论了列车速度、扁疤长度...