两种轮轨接触应力算法对比分析

选择我国高速车轮LMa踏面及其运营磨耗后实测得到的踏面外形与我国标准CN60钢轨匹配,分别采用三维弹性体非Hertz滚动接触理论及其数值程序CONTACT和三维轮轨接触有限元模型,计算了轮轨接触斑面积、接触压力和接触应力等,并对两种算法所计算的结果进行了对比分析。计算结果表明:CONTACT程序计算得到的轮轨接触斑面积小于有限元计算结果,但CONTACT计算得到的轮轨间最大接触压力和最大等效应力大于有限元结果,尤其在车轮轮缘贴靠钢轨时两者差异更为明显。而当车轮与钢轨在接触点处的曲率半径远大于接触斑的几何尺寸时,CONTACT和有限元法得到的结果差异较小。车轮磨耗后轮轨接触容易发生多点接触,CONTACT和有限元法计算轮轨多点接触得到的结果相差非常大,CONTACT程序不宜用来解决此类接触问题。     

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。     

均载组合式小轮径货车转向架车轮型面优化设计研究

小轮径转向架技术是驼背运输车辆的关键技术,小轮径低地板驮背车车轮型面磨耗问题严重,对其动力学性能造成严重影响,为了进一步提升其服役性能,对小轮径低地板驮背车车轮型面进行优化设计。首先建立小轮径低地板驮背车动力学模型,然后利用轮径差反向设计方法对车轮型面进行优化,最后利用车辆动力学模型对优化后型面的车辆动力学性能和磨耗特性进行验证分析。结果表明,优化后型面进一步降低了车轮等效锥度,同时减小了轮轨法向接触应力。通过对比优化前后动力学特性,优化后车轮型面有效提升了空重车状态下的临界速度,空车临界速度较LM踏面提高23.3%,重车临界速度较LM踏面增大17.54%。同时优化后型面有效提升了车辆的平稳性和曲线通过性能,最后利用车轮磨耗模型计算了直线段和曲线段的车轮磨耗,优化后曲线外侧车轮磨耗最大深度减小54.8%,曲线内侧车轮磨耗最大深度减小48.13%,型面优化可以有效减小小轮径低地板驮背车直线段和曲线段的车轮磨耗,为抑制车轮磨耗,提升服役性能具有重要作用。     

车轮踏面轮廓检测仪校准方法及装置研究

正车轮踏面轮廓检测仪是一种方便快捷的便携式车轮踏面轮廓的检测仪器,它可以在列车不落轮方式下对车轮踏面轮廓进行扫描,快速准确计算出踏面轮缘高度、轮缘厚度、QR值等踏面磨损信息。但目前为止,还没有针对这类车轮踏面轮廓扫描型仪器成熟的计量校准方法。本文针对这类轮廓扫描仪探讨其校准溯源方法,并设计一套合适的校准装置,用于该类检测仪的量值溯源。     

铁路钢轨打磨目标型面研究

提出一种基于轮轨接触界面法向间隙的钢轨踏面设计方法,寻找了重载线路上较小轮轨接触应力水平的钢轨打磨目标型面,为新铺设钢轨预打磨及预防性打磨方案的设计提供理论依据。根据三维非赫兹滚动接触理论寻找了轨头的优化范围,在此范围内能保证轮对动态横移过程中,轮轨接触点附近最小法向间隙的钢轨轨头外形。针对重载线路轮轨伤损严重的问题,利用目前的方法对现有的60kg/m钢轨进行了优化设计。利用车辆-轨道耦合动力学理论及三维弹性体非赫兹滚动接触理论对优化前后钢轨踏面与原车轮接触时静态接触性能及动态接触性能进行了分析。结果表明,优化后轮轨界面之间具有较好的"共形"接触特性,在不降低车轮其他动力学性能的情况下,钢轨踏面优化后的轮轨接触应力显著地降低,并且使左右轮轨磨耗程度趋于均衡,可以有效降低轮轨磨耗与滚动接触疲劳。     

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。     

车轮踏面擦伤识别方法

为研究车辆车轮踏面擦伤的动态检测及识别方法,建立车辆轨道耦合动力学模型及车轮擦伤模型,计算车辆动态响应;通过改进的经验模态分解（Empirical Mode Decomposition,EMD）、Hilbert-Huang变换（HHT）分析方法研究正常车轮与擦伤车轮引起的轴箱垂向振动特征,对比不同深度、长度车轮擦伤的Hilbert谱间差异及车辆运行速度对Hilbert谱影响;用小波包（Wavelet Package,WP）变换对擦伤程度定量判断。研究结果表明,该方法能有效对车轮踏面擦伤进行识别,且不受车速影响。     

轮径和轴重对轮轨接触特性的影响

本文基于三维弹性体非Hertz滚动接触理论、CONTACT程序和有限元法,针对LMa车轮踏面与CN60钢轨匹配问题,通过仿真分析不同轮径和轴重的车轮对轮轨蠕滑力、轮轨接触应力和轮轨滚动接触疲劳等的影响。结果表明,在相同轮对横移量和轮径条件下,轴重每增加1t,轮轨蠕滑力平均增加7%～8%,接触斑面积、接触压力和等效应力平均增加2%～3%;在相同轮对横移量和轴重条件下,轮轨接触斑面积随轮径增加而增加,轮轨接触压力、等效应力随轮径增加而降低,但变化幅度均较小。计算结果可为车辆轮径和轴重的选择提供参考依据。     

浅析地铁车轮检测技术

地铁车辆在运行中存在着车轮与钢轨之间力的传递(牵引力、制动力、离心力),造成车轮踏面的摩擦产生损耗,对车辆的安全性、乘坐的舒适性和运行平稳性影响很大,为确保地铁交通的平稳有序,关于轨道和车轮等基础设施的研究就显得尤为重要。阶梯式标准轮对是大型车轮镟床的标准件,车轮镟床用来对工作轮对进行镟修工作,阶梯式标准轮对参数的准确与否关系到车轮镟修结果,车轮直径是其中最重要的参数。本文介绍了一种高精度地铁车轮直径检测装置,实现对车轮直径直接测量,避免人为因素,兼容测量量程和测量精度,符合车轮参数的分析和车轮镟修的需求。     

阻尼材料对铁路车轮振动特性的影响分析

为控制铁路车轮的振动和噪声辐射,在车轮辐板位置粘贴阻尼材料,并采用模态叠加法分析其对车轮频率响应的影响。首先在有限元软件ANSYS中建立普通车轮和阻尼车轮的有限元模型,模型中同时考虑阻尼材料阻尼的频变特性,采用Block lanczos法计算0~10 000 Hz内两种车轮的固有频率和振型,然后根据模态计算结果,采用模态叠加法计算车轮0~5 000 Hz内的频率响应,分析车轮的固有模态和导纳特性。研究结果表明:阻尼材料层的使用对车轮的振型不会产生较大的影响,仅使车轮各阶模态的共振频率略有下降。车轮不同位置在不同激励作用下响应的主要贡献模态各有不同。阻尼材料的使用对轮辋及踏面的振动影响较小。但无论是在径向激励或者轴向激励的情况下,阻尼车轮辐板的轴向振动明显低于普通车轮,在车轮主要的噪声辐射频段(1 000 Hz以上),阻尼材料的抑制作用尤其明显,在对车轮噪声贡献最大的模态(1节圆和径向模态耦合)频率处,振动可以平均降低15 d B以上。     

一种新型改进踏面在某高速动车组上的应用可行性分析

转向架是动车组上最重要的部件之一,其直接承受车辆与线路轨道间相互作用的全部载荷及冲击,而转向架车轮踏面作为与轨道直接接触的部位,其形状对列车动力学性能和车轮的磨耗程度有很大影响;为了提高某高速动车组的动力学性能和延长车轮旋修周期,提高列车乘坐的舒适度,本文提出一种新型改进踏面ZH1踏面,并将其与国内已经成熟运用的踏面做...     

HXD1型(神华号)交流机车车轮踏面剥离分析

本文对机车车轮踏面剥离的主要类型和机理进行了论述,介绍了影响剥离的因素,并提出了减缓车轮踏面剥离的措施。     

地铁车轮不圆度多点非接触检测系统设计

为准确、快速测量地铁车轮不圆度数据,设计一种多点激光检测系统。系统采用非接触检测方式,利用三个激光位移传感器实现对车轮踏面的多点检测。三个激光传感器同时测量可以提升维保检测效率,检测结果能更全面地评估车轮状态。采用最小二乘法拟合圆确定车轮几何圆心,通过小波滤波去除信号中的高频噪声,结果表明此方法在处理车轮不圆度这类随机信号时,可以快速去除信号中的高频噪声,筛选出有效信号。检测设备具有体积小、质量轻、操作简单等优势,可为车轮维护工作提供依据。     

双梁出铝小车车轮踏面疲劳强度的计算及应用

本文根据铝电解多功能起重机上双梁和单梁出铝小车的结构特点，通过车轮轮压及车轮踏面疲劳强度计算，得出可以利用单梁出铝小车车轮代替双梁结构出铝小车车轮的结论。便于我公司产品设计的标准化及产品制造件的通用和管理。     

高速列车车轮磨耗引起的轮轨接触非对称问题研究

高速列车在实际运行过程中,由于同一轮对左右车轮磨耗不均会引起轮轨的非对称接触,对车辆的动力学性能影响较大。本文对由于车轮磨耗引起的踏面外形变化对车轮运行的影响进行了的原理进行了简单的阐述,并结合实测的车轮踏面磨耗数据建立某型动车的动力学仿真模型,分析不同磨耗工况下车辆的动力学性能。分析结果表明,随着车轮踏面磨耗的加剧,车辆的稳定性、横向平稳性、脱轨系数、轮轴横向力、摩擦功率和轴箱处的横向加速度均有一定程度的恶化,而且磨耗越严重,恶化趋势越明显。     

列车车轮踏面剥离机理研究

本文分析讨论了列车车轮踏面剥离现象的形成机理，通过模拟轮轨各种接触式试验的方法分析了列车制动状况及其与轮轨摩擦力之间的联系。并针对我国铁路的具体情况分析了车轮踏面剥离在我国的成因。     

破片冲击作用下地铁车辆车轮结构变形研究

为探索破片冲击作用对地铁车辆车轮廓形表面变形的影响，本文建立了破片冲击车轮侧面、车轮踏面和车轮轮缘的有限元模型。通过圆柱形破片冲击车轮的仿真计算，得到了破片在不同位置以不同速度冲击车轮后车轮各表面的变形量，经过分析确定了造成车轮变形量最大的破片冲击位置和破片冲击速度。利用最终结论，结合地铁车辆日常检修中对车轮廓形的要求，得出了车轮防护的重点区域和车轮防护的性能要求，同时对战时车轮快速检修标准提出了新的建议。     

齿面粗糙纹理方向对齿轮润滑效应的影响

 不同的机械加工方法会形成相异的表面粗糙纹理.为了探析不同粗糙纹理对齿轮传动润滑效应之影响,基于实际测量所获得的一系列粗糙度数值,进行了45组数值计算.计算结果显示：当粗糙度均方根值σ≤0.15 μm时,粗糙度对齿面油膜厚度与接触应力影响甚微;当σ>0.15 μm后,随着σ的增大,纵、横向纹理粗糙齿面接触应力均呈线性规律增加,但前者的接触应力始终大于后者.尤其是当σ≥0.55 μm时,与光滑齿面相比,纵、横向纹理粗糙齿面接触应力分别增大90%和80%;与此同时,纵向纹理膜厚值减低40%,而横向纹理膜厚值增大80%以上.在此基础上,针对纵、横向两种粗糙纹理齿面,分别建立了轮齿接触应力与齿面粗糙度之间的回归方程.最后,给出了横向纹理粗糙齿面的润滑效果要优于纵向纹理粗糙齿面的研究结论.     

基于自适应连续小波模极大值算法的车轮擦伤定量评估

为实现高速动车组车轮踏面擦伤长度定量评估,提出了一种自适应连续小波模极大值算法,应用到基于轴箱振动加速度信号的车轮擦伤状态识别与损伤评估。利用连续小波变换系数模极大值对自适应滤波后的轴箱振动加速度信号突变点进行定位,从而建立擦伤车轮脱离钢轨腾空运行时间与擦伤长度及其影响参数的关系模型。仿真实例结果表明,该方法可在车辆高速运行时实现车轮擦伤程度的定量识别。与其它文献识别结果对比分析表明,该方法原理简单、计算结果精度高。     

基于可变刚度抗蛇行减振器的车辆动力学性能研究

CRH3系列高速动车组在长期服役过程中偶有发生蛇行运动稳定性裕量不足的问题,车辆装配T60型抗蛇行减振器,在车轮磨耗末期易发生构架横向加速度报警问题,装配T70型抗蛇行减振器,则在新轮或车轮磨耗初期易发生“晃车”的问题。针对晃车和报警问题开展可变刚度抗蛇行减振器的仿真与试验研究,以满足车辆在不同轮轨接触状态下车辆的蛇行运动稳定性需求。动力学仿真表明,可变刚度抗蛇行减振器能有效兼顾解决“晃车”和“报警”问题;进一步分析可变刚度抗蛇行减振器与两种高速踏面的适应性,采用S1002CN踏面时车辆临界速度高于350 km/h,而采用LMB10踏面时仅为220 km/h,且S1002CN踏面对应的平稳性和舒适度指标都优于LMB10踏面。最后通过整车滚振台架试验对变刚度抗蛇行减振器性能进行了试验验证,结果表明该减振器可以兼顾轮轨低锥度和高锥度匹配状态,可使车辆均具有良好的动力学性能。