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Tγ/A-磨损率模型的车轮磨耗仿真分析

基于实验室获得的CL60车轮材料Tγ/A-磨损率曲线建立车轮踏面磨损模型,通过Simpack软件建立C80货车模型进行车辆轨道动力学仿真,利用Tγ/A-磨损率车轮踏面磨损模型对车轮踏面的磨耗规律进行仿真分析。结果表明：25 t轴重、600 m曲线半径工况下,同一转向架的前轮对较后轮对磨耗严重,同时与内轨处车轮相比,外轨处车轮磨耗较为严重;由于Tγ/A-磨损率曲线中磨损率输入取值的连续性,相同工况使用该模型获得的仿真结果比采用Archard磨损系数仿真得到的结果要小,其结果具有更好的精度。基于Tγ/A-磨损率的车轮踏面磨损模型为未来复杂服役环境下的车轮踏面磨耗预测提供了重要的方法。     

悬挂参数对重载货车车轮磨耗的影响

运用商业软件SIMPACK建立装配有转K6型转向架并考虑轨道因素的C80货车多体动力学模型,采用Archard磨耗模型建立货运列车车轮磨耗的力学模型,并应用CONTACT程序进行计算。在模型基础上考虑悬挂参数对车轮踏面磨耗的影响规律,通过大量的数据分析,对踏面磨耗发展情况进行预测,为新车设计以及站段镟修工作提供理论依据。     

基于摩擦温升效应的地铁车轮磨耗特性研究

踏面制动引起车轮温度急剧上升,影响车轮材料性能和轮轨接触状态,加剧车轮磨耗。基于Archard磨耗模型,建立一个考虑摩擦温升效应的地铁车轮磨耗预测模型。模型中根据车轮材料属性与温度之间的关系,考虑摩擦温升对接触斑大小、黏滑区划分和磨耗深度的影响,可实现对高温下的车轮磨耗特性的研究。相对以往的车轮磨耗预测模型,该模型能反映温度对磨耗影响的物理本质,适合研究轮轨接触界面有较大温度(如踏面制动)时的车轮磨耗演化机理。用所建立的车轮磨耗数值预测模型,计算对比不同温度下的轮轨接触状态和车轮磨耗深度。结果表明,轮轨接触斑和滑动区面积随温度的升高而增加;温度升高使接触斑单元磨耗深度增加,当踏面温度从常温25℃增加到最高温度300℃时,最大磨耗深度0.4 nm,增幅为28.4%;车轮转动一圈后,其径向磨耗深度也随温度的升高而明显增加,最大径向磨耗深度15 nm,增幅为28.2%,同时,车轮横向位置的磨耗范围增加5.8%,为踏面制动形式的地铁车轮磨耗预测研究提供更加准确的理论模型。     

基于Archard模型的车轮磨耗对车辆动力学性能的影响

为了研究车轮磨耗对高速列车动力学性能的影响,建立了车辆动力学和车轮磨耗耦合模型。考虑车辆通过一条由直线和曲线组成的典型线路工况,采用Non-elliptic模型计算轮轨接触斑上的车轮磨耗量,以累积车轮型面磨耗量及更新型面外形。采用Archard磨耗模型研究车轮面磨耗的分布与发展,以车轮踏面磨耗深度达到0.1mm为型面更新的条件进入下一个磨耗循环的计算。最后加载磨耗后的车轮型面,研究磨耗对车辆系统通过曲线线路时的动力学性能的影响。     

车轮型面演变对重载固定辙叉磨耗的影响

为研究大秦线路上列车车轮型面演变对固定辙叉动力学性能的影响,建立重载列车-辙叉动力学模型,分析重载列车通过固定辙叉的动力学性能和磨耗规律。结果表明,车轮通过理论尖端后,滚动圆半径不断变化使得轮叉接触点线速度发生改变,轮叉间滚动与滑动摩擦并存,对翼轨磨损较大;不同车轮对心轨冲击位置相对集中,心轨该区段伤损严重;车轮演变使轮叉接触状态发生变化,磨耗初期车轮的列车动力学性能优于标准车轮,列车平顺性更好,磨耗初期机车与货车轮叉垂向力较标准车轮分别降低了39%和56%,该磨耗阶段车轮与辙叉匹配时,辙叉的磨损最轻微。随着车轮型面演变,车轮磨耗加深,列车动力学性能逐渐恶化,磨耗后期车轮对辙叉磨耗掉块伤损的影响最剧烈。     

混运模式下钢轨打磨廓形对客货车车轮磨耗的影响研究

针对当前铁路既有线通常采用客货混运模式的现状,以LM踏面客货车车轮分别与CHN60钢轨和打磨后钢轨进行匹配,分析不同匹配下的轮轨接触几何关系;考虑材料弹塑性以及车轮的惯性力,采用mixed Lagrangian/Eulerian方法建立三维轮轨滚动接触有限元模型;基于2种不同的磨耗模型,研究混运模式下钢轨打磨对客货车车轮磨耗的影响。结果表明：钢轨打磨使得客货车的轮轨接触几何关系发生改变,打磨后的钢轨与客车车轮接触Mises应力减小,而与货车车轮接触Mises应力变化不大;同一钢轨分别与客货车车轮接触时,货车车轮的磨耗比客车车轮磨耗大;钢轨的打磨会降低轮轨接触斑内的牵引力从而降低车轮磨耗,这对于延长轮轨的使用寿命非常有利。     

弹性车轮作用下低地板有轨电车轮轨磨耗研究

为研究使用弹性车轮的车辆踏面以及运行弹性车轮的钢轨磨耗情况,基于Archard磨耗模型建立了轮轨磨耗预测模型,对不同轨道不平顺条件、不同曲线半径条件下的车轮踏面以及钢轨磨耗情况进行了分析.对比分析弹性车轮和刚性车轮,结果表明:在线路较差的情况下,弹性车轮具有更好的降磨效果;弹性车轮在曲线半径较小的线路上对磨耗的降低效果...     

车轮型面对轮轨滚动接触行为影响及选用

分析两种轨底坡情况下锥形踏面与磨耗型踏面车轮的滚动接触行为,结合钢轨损伤行为提出车轮型面的选用要求.结果表明,轨底坡从1∶40变为1∶20时,磨耗型和锥形踏面的滚动接触几何参数将发生很大的变化;轨底坡为1∶20时,磨耗型踏面的最大切应力和等效应力明显小于锥形踏面.磨耗型车轮踏面能减轻重载钢轨侧磨且等效锥度大于锥形踏面车轮;由于重载与高速铁路钢轨损伤形式的不同,建议优化设计高速铁路车轮踏面形状,以减轻高速钢轨疲劳损伤的发生.     

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.     

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Braghin模型的机车车轮磨耗研究

针对D19E型内燃机车车轮磨耗问题,分析了越南铁路基本技术及D19E型内燃机车结构,采用SIMPACK软件建立了D19E型内燃机车动力学模型,并根据越南干线实际情况建立了线路模型。提出了基于机车动力学模型、FASTSIM算法与Braghin踏面磨耗模型为一体的车轮磨耗计算模型,并发展了相应的数值方法。利用该模型对D19E型内燃机车车轮磨耗进行了仿真分析,采用小波滤波平滑方法对踏面磨耗深度数据进行了平滑,并与现场实测结果进行了对比。研究结果表明,磨耗主要发生在踏面上(-50 mm~45 mm)范围内,轮缘根部处磨耗最大;踏面磨耗量的仿真结果与现场实测结果基本一致,说明该仿真模型能较好地模拟机车车轮磨耗的演化过程,可靠性高。     

基于轮轨型面匹配数值模拟的地铁车轮异常磨耗原因分析

通过线路测试和数值仿真对某B型地铁列车车轮异常磨耗现象进行深入分析。结合轮轨接触几何关系和轮轨滚动接触理论进行轮轨静态接触分析;基于UM软件建立该地铁车辆动力学仿真模型和磨耗预测模型,计算轮对运动状态和车轮磨耗水平。通过对比不同轮轨匹配的仿真结果来分析该地铁车辆发生轮缘和踏面异常磨耗的原因,进而提出相应的控制措施。结果表明,该地铁线路小半径曲线占比较大且钢轨轨底坡异常。地铁车辆轮缘和踏面异常磨耗是由较大轨底坡线路条件下轮轨型面匹配关系不合理所导致。将全线轨底坡修正成1/40对车轮异常磨耗现象的减缓效果有限。为有效减轻该地铁车辆车轮异常磨耗,可考虑将车轮踏面外形由S1002镟修为LM。     

[轮轨磨耗及预测]弹性车轮作用下低地板有轨电车轮轨磨耗研究

为研究使用弹性车轮的车辆踏面以及运行弹性车轮的钢轨磨耗情况,基于Archard磨耗模型建立了轮轨磨耗预测模型,对不同轨道不平顺条件、不同曲线半径条件下的车轮踏面以及钢轨磨耗情况进行了分析。对比分析弹性车轮和刚性车轮,结果表明：在线路较差的情况下,弹性车轮具有更好的降磨效果;弹性车轮在曲线半径较小的线路上对磨耗的降低效果较小,随着曲线半径的增大,弹性车轮的降磨效果明显;运行弹性车轮时比运行刚性车轮时钢轨的最大累积磨耗量减小了33%;弹性车轮对曲线钢轨磨耗有一定的降低作用。     

基于城际动车组的踏面磨耗预测及参数优化

基于FASTSIM理论的磨耗功模型,建立了国内某城际动车组的多体系统动力学仿真模型,通过搭建动力学仿真模型与磨耗功模型的联合仿真平台,以车轮磨耗深度0.1 mm为踏面外形的更换基准,实现了车轮踏面外形的磨耗预测。研究结果表明:仿真分析得到的车轮前5万公里踏面的磨耗分布与实测的车轮磨耗状态类似,仅在磨耗量上存在一定的差异;从一系悬挂参数对车轮磨耗量的影响中可以看出,减小轴箱拉杆和一系轴箱弹簧垂向刚度可以有效减少车轮磨耗,而一系垂向减振器的卸荷力与卸荷速度对磨耗量的影响很小。     

高速列车车轮型面多目标优化研究

对于动车组车轮磨耗引起的动力学性能降低问题,车轮型面优化是一个很好的解决方案。采用旋转压缩微调法（Rotary-scaling fine-tuning method,RSFT）进行型面生成;建立某型动车组车辆动力学模型,采用该模型计算相应的优化目标和约束条件;利用径向基神经网络-粒子群（Radial-based neural network-particle swarm optimization,RBF-PSO）算法优化出最优廓形。通过对比优化前后车轮型面的动力学性能和磨耗性能,可以发现：优化后车轮型面临界速度为424.6 km/h,增大10.2%;横向平稳性和垂向平稳性指标整体减小,同时提高了曲线通过时的安全性指标,脱轨系数、倾覆系数和轮轴横向力都进一步减小。优化后车轮型面接触点分布相对更加均匀,等效锥度减小。同时优化后车轮型面有效减小车轮磨耗深度,并减小了轮缘根部磨耗,车轮最大磨耗深度减小9.8%。     

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.     

异常振动的磨耗车轮镟修型面研究

车轮踏面磨耗引起轮轨匹配不良,极易造成车辆异常振动。设计车轮镟修型面,改善轮对及车辆振动特性。以圆弧长度、半径、及圆弧坐标为变量,采用GA-BP算法,以车辆运行平稳性与等效锥度为优化目标构建踏面优化模型,进行多目标寻优求解,获得磨耗车轮的镟修型面。结合车辆系统动力学进行分析,结果表明：镟修型面LMB-opti的轮轨静态匹配良好,车轮踏面接触点分布均匀,构架横向振动加速度在（-0.45g,0.45g）之间,车辆运行平稳性指数为2.2,降低了23.3%;列车运行5万km、10万km后,镟修型面LMB-opti比标准型面LMB磨耗深度分别降低了4.7%和5.1%,有利于减缓车轮凹磨及改善车辆的异常振动。     

车桥耦合中轮径差对车轮磨耗的影响

推导了同时考虑接触斑内刚性滑动量和弹性变形量影响的轮轨相对滑动速度计算公式;建立了车轮磨耗理论计算模型并发展了相应的数值分析程序,该计算模型中包含了车桥耦合动力学模型、轮轨滚动接触模型和材料摩擦磨损模型。应用该模型仿真分析了4种典型轮径差对车桥耦合中车轮磨耗的影响。分析结果表明:轮径差不仅会造成车轮的严重偏磨,而且会明显改变车轮踏面的磨耗区域。     

两种典型动车组车轮磨耗演变规律及其动力学影响研究

为对比不同线路、相同平台动车组车轮磨耗演变规律及其对动车组动力学性能的影响,对速度等级250 km/h的A、B两条高速线路上运行的同平台动车组车轮磨耗进行长期跟踪测试。将实测车轮踏面与实测钢轨廓形匹配,对比分析车轮磨耗对等效锥度、接触点分布等轮轨接触几何关系的影响。利用多体动力学软件建立动车组拖车动力学仿真模型,研究车轮磨耗演变规律对动车组动力学性能及轮轨滚动接触疲劳损伤的影响。研究结果表明,A线路车轮平均磨耗速率为0.05 mm/万km,踏面磨耗分布在-20～30 mm范围内,呈现凹形磨耗;等效锥度增大速率约为0.006/万km;轮轨接触点逐渐向钢轨轨肩处靠拢,存在明显跳跃现象。B线路车轮平均磨耗速率约为0.025 mm/万km,踏面磨耗分布在-35～50 mm范围内,磨耗分布较均匀;等效锥度稳定在0.03左右,随运营里程的增大没有明显的变化趋势,轮对横移量在10mm以内的轮轨接触点始终保持车轮踏面中部与钢轨轨顶中部接触,轮轨接触点分布均匀。随着运行里程的逐渐增大,A线路的动力学性能略有下降,B线路的动力学性能基本稳定。B线路的车轮表面疲劳指数小于A线路,车轮发生滚动接触疲劳裂纹的可...