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...     

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.     

[轮轨磨耗及预测]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车轮踏面上温度分布、硬度分布以及接触应力分布,并利用轮轨动力学软件UM得到了紧急制动过程中轮轨接触斑形状以及轮轨蠕滑区相对滑移分布,在此基础上结合Archard磨耗模型对单次紧急制动结束后的踏面磨损深度进行了定量预测。结果表明：对于制动初速度为130 km/h、160 km/h两种工况,踏面最高温度分别达到了397.0 ℃和485.9 ℃,踏面最大累积磨损深度分别为5.90 μm和7.43 μm,与踏面制动实验对比发现,预测结果与实验结果磨损位置及形貌分布趋势一致。     

基于旋转热源法和均布热源法的列车踏面制动温度场分析

针对列车踏面制动,分别基于旋转热源法和均布热源法建立了温度场计算模型。在包含匀减速制动、停止、匀加速启动和匀速运行四个阶段的一个基本制动工况下,选取车轮踏面以及踏面以下1 mm和2 mm处三个节点作为分析对象,对比了旋转热源法和均布热源法计算得到的温度变化曲线。同时考察了不同闸瓦接触面积、不同制动功率以及连续五个基本制动工况条件下,旋转热源法和均布热源法计算得到的上述三个节点温度变化曲线的变化规律及差异性。计算结果表明,对于踏面上的节点,旋转热源法与均布热源法计算得到的温度值及其变化特性存在很大的差异,但随着距离踏面深度的增加,两种计算方法得到的温度值差异迅速减小,在2 mm处可近似认为相同。此外在连续制动条件下,某一次制动中旋转热源法与均布热源法计算结果的差异性与之前的制动无关。     

闸瓦踏面制动热过程的仿真研究

建立了闸瓦与机车车轮的踏面制动摩擦接触数学模型,确定了模型的初始条件,位移、力学等边界条件,并计算了制动过程中车轮对外换热系数,最后利用Marc有限元软件,采用热-机耦合方法对闸瓦踏面制动热过程进行了仿真计算。仿真计算后得出的车体动能变化、制动距离、车轮踏面温升变化曲线等结果与理论分析相符,并基本接近于1：1制动试验结果,验证了所构建模型和所选用计算方法的正确性。     

粉末冶金闸瓦主要制动参数的仿真计算研究

采用热-机耦合方法,利用Marc软件,在经过准确性验证的粉末冶金闸瓦踏面制动计算模型上,专门针对粉末冶金闸瓦的主要制动参数摩擦体脱落面积和不同初始制动速度下闸瓦摩擦系数变化偏差范围(±0.04或±0.03)对制动试验结果的影响进行了验证性的仿真计算研究.仿真计算结果表明,闸瓦摩擦体脱落10%,车轮踏面最高温度增加52℃,制动距离未发生明显变化;不同初始制动速度下闸瓦摩擦系数变化偏差范围对车轮踏面的最高温度和制动距离影响较小,偏差范围设置合理.     

基于间隙热源法的车轮踏面制动摩擦温升研究

针对传统模拟车轮踏面制动摩擦热流边界的加载方式存在的不足,如均布热源法计算精度较低和移动热源法计算效率较低,提出基于间隙热流加载法的车轮踏面制动摩擦温升有限元计算方法。以重载列车紧急制动为研究对象,通过与以往的移动热源法和均布热源法进行对比,研究新方法的计算精度和计算效率。计算结果显示:在计算精度方面,新方法不仅可以达到移动热源法的计算精度,还能体现均布热源法无法模拟的因闸瓦和踏面的接触-脱离现象导致的车轮踏面温度时间历程曲线波动现象。在计算时间方面,新方法的计算效率与均布热源法的相当,但新方法的计算速度比移动热源法的快4.3倍。     

城轨车辆空气制动防滑控制方法

城市轨道车辆对于一个城市来说是重要的基础公共交通工具,其可靠性及安全性必须获得保障。因此城轨车辆的空气制动系统要进行严格的制动控制,要通过其中的防滑控制方法降低其轮对抱死以及车轮踏面擦伤等滑动问题,通过滑动系统的设计,提升整体的制动力提升防滑性能,减少对轮对的制动力。避免出现车轮的滑行情况影响整体城轨车辆运行安全。本文从城轨车辆空气制动防滑系统的组成和工作原理入手,研究了如何实现防滑控制的有效策略方法。     

重载货车车轮踏面制动辐板热应力分析

采用大轴重货车是解决我国铁路货运能力不足的主要途径之一,然而提高轴重意味着车轮踏面所受的制动热负载将会增大,这可能导致大轴重货车车轮辐板热损伤加剧。因此,有必要通过对不同轴重车轮热应力的对比分析,揭示轴重大小对车轮辐板损伤的影响规律,为制定大轴重货车运行和制动条件提供支持。提出研究此问题的新思路,采用热弹塑性有限单元法,模拟在热处理工艺过程中车轮辐板残余应力分布状况,使得车轮存在仿真制动工况所需的初始残余应力。对重载运煤专线—大秦线全程循环制动进行模拟,计算得到车轮制动功率—时间历程,仿真在此工况下30 t重载货车车轮辐板的温度场和热应力场的分布状况。计算比较21 t、25 t和30 t轴重货车车轮在大秦线全程循环制动中热应力和制动完全结束后的残余应力的变化规律。结果表明,车轮在热处理后,车轮辐板残余应力是不可忽视的。随着轴重的增大,车轮辐板将承受更大的热应力和残余应力。     

基于激光位移传感器的轮缘尺寸测量方法研究

针对城轨列车轮缘磨耗日益严重,人工测量轮缘尺寸工作量大精度低等问题,采用2D激光位移传感器设计了一种在线非接触式轮缘尺寸测量方法。通过在轨道内、外两侧安装激光位移传感器进行了车辆踏面数据采集;然后采用数据分段、数据预处理、坐标变换、数据融合等算法进行了数据处理,获取了车轮轮廓线,并根据踏面几何关系计算了轮缘尺寸值。轮对试验和过车试验结果表明,所提出测量方法的偏差为±0.2 mm,测量一致性优于人工测量,测量系统工作稳定可靠,能够满足城轨车轮轮缘测量的实际要求。     

机车整体式车轮与车轴过盈配合应力分析

以DF8型机车现用整体式车轮为例,应用ANSYS软件分析了轮对过盈配合,列车紧急制动及列车在长达下坡道上行驶时轮对应力、温度分布及接触面压力变化.轮轴压装后最大应力出现在轮毂边缘;紧急制动时踏面温度随制动时间先升高然后降低,达到最高温度的时间约为总制动时间的一半;车轮温度升高后,部分释放了接触面的初始接触压力,列车在长大下坡道行驶时接触面压力有较大降低.     

高速列车制动盘瞬态温度和热应力分布仿真分析

制动盘的热疲劳损伤是当前列车安全制动的主要威胁。制动过程中的瞬态温度和热应力分布是热疲劳损伤研究的基础。通过建立制动盘无内热源的三维温度场分布的数学计算模型,采用热弹塑性有限元法,利用摩擦功率法计算温度场载荷,仿真不同制动工况下制动盘摩擦热负荷产生的温度场以及热应力分布。主要计算一次常用制动、一次紧急制动、三次紧急制动和一次坡道制动这4种制动工况。通过仿真分析发现,不同工况下制动盘面的温度变化有着相似的规律。制动开始阶段,随着强热流的不断输入,盘面在很短时间内迅速升温,很快达到峰值点。随后,盘体逐渐通过辐射和对流的方式散热,温度缓慢下降。相对紧急制动和常用制动的升温过程,坡道制动的升温显得缓慢一些。研究不同工况下制动盘温度和热应力的变化和分布规律,为高速列车复合材料制动盘的热疲劳性能评价提供依据。     

Modelling the Effect of Steady State Wheel Temperature on Rail Wear

A moving train subjects a rail cross section to many wheel passes and heat generation at the interface from bulk friction and microslip. Frictional heating at the interface causes the temperature of the contacting rail surface and wheel surface to rise. After the train has passed, the rail temperature drops to ambient till the next train arrives. Wheels, on the other hand, pick up the frictional heat input continuously and hence their steady state temperature could be much higher than that of the rail. A hot wheel provides an additional temperature rise at the rail surface. The accompanying thermal stresses and thermal softening may enhance the rail wear rate. This has been investigated in the present study. A ratchetting failure-based computer simulation has been employed to assess the wear rate of a pearlitic rail steel. It is found that the thermal stress effect on wear rate is only the modest, but thermal softening can enhance the wear rate by up to an order of magnitude for the conditions considered.     

盘式制动器热-结构耦合的数值建模与分析

在充分考虑移动热源且速度可变效应影响、盘与片摩擦界面间热流耦合的基础上,根据制动盘与摩擦片的实际几何尺哌寸,建立一个紧急制动工况下三维瞬态热-结构耦合的计算模型,运用大型有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟盘式制动器的制动过程.揭示制动过程中制动盘瞬态温度场/应力场的分布规律,发现二者之间存在着耦合关系,二者随制动时间明显地呈现周期性变化,这些周期波动是由移动热源产生的热流冲击和对流换热影响的交替作用所引起的,且其变化周期随制动时间的延长而增大.并初步探讨制动盘产生径向裂纹的原因.     

货车车轮制动热疲劳数值仿真分析

热疲劳损伤是车轮的一种主要失效形式,建立了踏面制动的热-结构耦合瞬态非轴对称三维有限元模型及其相关的边界条件,模拟了拖曳制动工况和紧急制动工况的温度动态特性,对制动热负荷产生的热应力引起的热疲劳问题进行了数值模拟.     

火车轮残余应力测试

火车轮热处理以及机加工后在轮缘内部产生一个周向压缩残余应力场,其残余应力的大小须控制在一定范围之内.介绍了残余应力的测试方法,并就如何进行火车轮残余应力的测试进行了分析.     

基于ANSYS Workbench的盘式制动器热-机耦合分析

为进一步研究盘式制动器在制动过程中的行为,在建立盘式制动器热-机耦合简化计算模型的基础上,考虑温度变化对材料物理性能和摩擦因数的影响,运用ANSYS Workbench模拟分析不同制动初速度与不同制动压力下制动盘的热-机耦合特性,并从制动盘径向、周向、轴向等维度对其温度场与应力场进行了研究。结果表明：盘式制动器在紧急制动过程中,温度和应力的最大值与制动初速度和制动压力成正相关;制动初速度和制动压力对制动盘温度场和应力场有较大的影响,其中制动压力对制动盘温度和应力最大值的影响比制动初速度更加明显;制动盘温度与等效应力在圆周上都呈环带状分布,二者具有一致性,制动盘达到温度最大值早于达到应力最大值,二者之间具有耦合特性;制动盘温度在径向和轴向上存在较大的温度梯度,从而引起较大的应力变化。研究结果为探索制动盘温度场、应力场分布规律和制动盘在不同工作状态下的热-机耦合特性提供了参考。