基于TB/T 3463—2016的车轮强度分析

介绍了车轮的主要设计参数,利用ANSYS软件建立了1/2车轮车轴模型。参照TB/T 3463—2016,在机械载荷和热负荷共同作用下对车轮静强度进行校核,在机械载荷作用下对车轮疲劳强度进行校核。计算结果表明:辐板区域及轮辋区域的最大von Mises应力均小于许用应力,车轮结构静强度满足标准要求。采用Goodman-Haigh图对车轮疲劳强度进行评估,辐板区域各节点的应力均分布在Goodman-Haigh图包络线内,各节点应力安全系数均大于1,车轮疲劳强度满足标准要求。     

川藏铁路线路条件下基于热-机耦合的货车车轮辐板优化*

针对川藏铁路线路货运车辆下坡区段长时间制动导致的车轮热负荷大幅增加和车轮辐板疲劳问题,考虑热-机耦合效应,采用正交试验法对现有C_(70)型敞车HESA型车轮辐板进行优化设计。试验选定轮辋与辐板过渡两侧倾角、辐板与轮毂过渡两侧倾角、辐板上部厚度、辐板下部厚度作为优化因素,依据车轮实际运维要求将辐板疲劳强度、车轮质量、辐板静强度列为优化目标。按照UIC510-5规程直线工况所确定的机械载荷工况,采用货车匀速通过超长连续大坡度区段踏面制动下车轮瞬态热载荷工况,对3种优化车轮辐板进行静强度校核与疲劳强度校核,并对比得到最优车轮辐板外形。结果表明:3种优化车轮辐板均满足静强度条件,其中辐板静强度最佳组合方案有效改善机械载荷下车轮辐板等效应力;3种优化车轮辐板均满足疲劳强度条件,其中疲劳强度最优组合方案有效改善热-机耦合载荷下车轮辐板疲劳强度。     

地铁车辆全磨耗车轮辐板的疲劳强度研究

地铁车辆车轮在运营过程中,受其自身转动及在直线、曲线、道岔等工况下的交变载荷,会产生车轮辐板的多轴交变应力。在轨道车辆车轮辐板上,疲劳裂纹方向均沿车轮的周向方向呈现,该种疲劳裂纹是由与该裂纹垂直的径向应力为主要原因所致,则将多轴应力转化为单轴应力。参照相关标准,对地铁车辆全磨耗车轮辐板进行了应力计算和疲劳分析。结果表明,车轮辐板均满足静强度要求和疲劳轻度要求。根据分析情况,为地铁车辆车轮的日常检修的重点部位提供了参考依据。     

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。     

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%。     

地铁车轮踏面异常磨耗原因分析

介绍车轮磨耗的预测方法.考虑轮轨动态接触状态,采用数值分析方法分析异常磨耗的地铁车轮和新钢轨作用情况,且对导致地铁车轮踏面异常磨耗的原因作了简单分析.分析结果表明, 地铁车轮踏面经闸瓦磨耗后在凸起处的接触频率较高,磨耗率大,因而车轮磨耗后踏面凸起不是轮轨接触作用引起的;闸瓦压力过大、压力不均匀、闸瓦晃动量大、频繁制动等因素容易导致滚动圆内侧和踏面外侧的双凹槽磨耗,双凹槽处磨耗速度远远大于轮缘处的磨耗速度;轮缘磨耗主要是轮轨相互作用的结果,而踏面上的凹槽磨耗可能主要由闸瓦制动引起.     

基于ANSYS的动车车轮强度分析

依据TB/T 1718-2003标准中轮轴过盈量的规定,对CRH380BL动车组新车轮与磨耗车轮进行了过盈配合强度评价;在考虑轮轴过盈量下,依据UIC 510-5-2003标准确定了新车轮与磨耗车轮的载荷工况及载荷大小,分别在直线工况、曲线工况及道岔工况下对其进行静强度评价。分析结果表明:按照相关标准,CRH380BL动车组车轮过盈配合强度及静强度均满足设计要求。     

[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。     

制动热应力对车轮辐板单轴疲劳影响

随着重载列车的不断发展,辐板的热-机疲劳成为车轮破坏的主要形式。基于Ansys有限元软件,对车轮辐板的制动热应力进行分析,利用单轴疲劳准则和Haigh-Goodman疲劳极限图对车轮辐板进行疲劳评估。分析了制动热应力对车轮辐板单轴疲劳的影响。结果发现:(1)未考虑制动热应力下,新制轮和磨耗轮辐板的各节点的抗疲劳性能均满足要求;制造态残余应力使辐板的疲劳薄弱位置发生了转移;最易发生疲劳的截面为0°、180°和40°～60°。(2)考虑制动热应力下,新制轮和磨耗轮辐板的各节点的抗疲劳性能均满足要求,但是在FPH和BPR处平均应力未能达到安全要求。     

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...     

列车紧急制动过程中踏面温度分布及磨耗预测

列车紧急制动过程中踏面温度急剧升高导致车轮踏面的摩擦磨损机理与稳态运行时有显著差异.为了准确预测列车紧急制动过程中踏面磨耗,同时考虑踏面制动过程中车轮踏面与钢轨及闸瓦接触,基于有限元软件ABAQUS建立了踏面制动过程热机械耦合有限元模型,综合考虑制动温升对车轮踏面力学性能、硬度及摩擦因数的影响,仿真得到了紧急制动过程中...     

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。     

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。     

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.     

混运模式下钢轨打磨廓形对客货车车轮磨耗的影响

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。     

重载铁路不同磨耗阶段车轮与曲线钢轨的接触分析

应用轮轨型面测量仪在大秦重载线路上跟踪测量不同磨耗阶段的货车车轮和钢轨型面,并选取典型的轮轨型面,针对曲线轮缘贴靠位置,建立轮轨三维接触有限元模型,进行弹塑性计算分析。计算结果表明:在相同的载荷工况下,随着轮缘的磨耗,轮轨接触斑面积呈现出先增加后减小的变化趋势,初期车轮轮缘根部局部剧烈磨耗,逐渐扩大到整个轮缘剧烈磨耗,然后从III型面开始,轮缘和踏面磨耗均匀,轮缘磨耗进入相对稳定的磨耗阶段直至磨耗到限;在曲线位置处,各个磨耗阶段的车轮型面与磨耗稳定期钢轨型面相匹配时的等效应力均明显小于与标准钢轨相配合时的等效应力,而且磨耗后的钢轨型面能够显著改善轮缘贴靠时的应力分布情况,减小轮轨间等效应力,能相对减轻轮轨磨耗;综合考虑轮轨接触斑面积、等效应力的大小与分布情况,III型车轮型面的综合指标相对较优。     

地铁A型车轮对疲劳强度分析

以地铁A型车轮对作为研究对象,采用结构有限元的方法对其疲劳特性进行理论研究,建立三维实体模型,计算其过盈配合强度,基于UIC510-5标准,同时考虑过盈配合的影响对轮对有限元模型施加指定的约束和载荷,计算轮对静力学强度,采用疲劳极限法并参照车轮Goodman疲劳极限图,计算车轮疲劳强度。最后,参照欧洲EN13103标准,校核计算车轴主要截面的疲劳应力,可为地铁列车轮对的结构优化提供一定参考。     

货车车轮结构强度分析

为了准确而可靠地评估货车车轮的结构强度,建立车轮的有限元模型,用人工划分和自动划分相结合的方法将车轮划分成六面体单元模型,对模型施加约束和载荷,求解出von Mises应力和最大剪应力,分别用von Mises准则与Tresca准则对车轮进行应力分析,有效地确定车轮结构危险点,并对计算结果的数值稳定性进行分析。对车轮静态弯曲实验的测点进行实验应力分析(包括von Mises应力和最大剪应力),验证有限元分析结果,并分析实验误差的产生原因。结果表明,采用六面体单元的线性有限元分析方法,能准确确定车轮结构危险点,具有很好的数值稳定性,适用于对货车车轮进行结构强度分析。     

轨道结构参数对轮轨滚动接触应力影响

利用三维弹性体非Hertz滚动接触理论及数值程序CONTACT,并借助于弹性力学中的Bossinesq-Cerruti力1位移公式和Gauss数值积分方法,分析JM3型踏面轮对沿曲线轨道滚动接触时轨底坡、轨距和曲线半径等轨道参数对轮轨滚动接触斑最大切应力、等效应力、正压力和磨耗数的影响.数值结果表明,当内外轨底坡为1/20时,轮轨接触斑的应力、磨耗数及正压力分布达到最小值,其中最大切应力与等效应力可分别降低40.15%、39.37%;现行使用1/40轨底坡情况下轮轨接触斑正压力较大,建议对磨耗型车轮踏面进行优化设计.适当增加轨距能达到降低轮轨最大切应力、等效应力和正压力的效果.曲线工况下接触斑正压力值显著增加,曲线半径能改变轮轨接触斑粘滑区的分布且减小曲线半径值会增加接触斑的总滑动量,从而导致轮轨磨耗数的显著增加.     

地铁异常磨耗车轮与辙叉接触分析

针对地铁运营中出现的道岔心轨损伤问题,调查并测量了车轮型面和辙叉区轨头型面,发现运营3.1万km后车轮踏面发生异常磨耗,在踏面尾部出现凸台(或称假轮缘);在翼轨上存在沟槽磨耗。基于实测型面建立了车轮辙叉接触有限元模型,结合迹线法,分析了不同凸台高度的车轮分别与新辙叉、磨耗辙叉之间的接触几何关系和接触应力。对比分析结果表明,具有凸台的车轮异常磨耗对轮轨接触不利,会减小车轮与新辙叉的接触面积,增大轮轨接触应力。在轮对横移时,凸台磨耗会造成车轮与心轨薄弱处接触,易导致心轨损伤。采用镟修异常磨耗车轮或合理的闸瓦与车轮匹配关系,可消除或减缓车轮凸台形异常磨耗,从而避免道岔心轨损伤。