车轮扁疤激起的轮轨冲击噪声机理分析

摘　要 为了预测和控制快速和准高速线路上车轮扁疤激起的轮轨冲击噪声,应用车辆－轨道耦合动力学理论和声辐射理论,建立了基于车辆－轨道相互作用的轮轨冲击噪声预测模型,编制轮轨噪声仿真软件TTINSIM计算分析了车轮扁疤激扰下轮轨冲击噪声的特性。结果表明：（1）车轮扁疤是造成轮轨冲击噪声的重要源泉;（2）车轮扁疤引起的冲击噪声主要集中在250Hz以上频段;（3）车轮扁疤引起的轮轨冲击噪声跟扁疤长度、扁疤个数以及列车运行速度有很大的关系;（4）车轮新扁疤比旧扁疤激起的轮轨冲击噪声大2～3dB(A)。     

轮轨冲击噪声激扰模型研究

讨论轮轨噪声激扰之一:冲击噪声激扰.建立轮轨冲击噪声激扰时域输入模型,为轮轨冲击噪声的预测提供了基础.最后,以车轮扁疤为例,运用作者建立的轮轨噪声预测模型及开发的轮轨噪声预测分析软件STTIN,得到相应的轮轨冲击激扰作用下的轮轨噪声特点.     

轴重40t车辆车轮扁疤冲击振动特性研究

建立轴重40 t车辆-轨道动力学模型,采用变化车轮半径的方法模拟扁疤作用下的轮轨相互作用特征,分析轮轨冲击动力荷载特性。结果表明,车轮扁疤将激发出高频轮轨冲击荷载,高频区能量占主导。扁疤临界速度作用下轮轨冲击荷载达到峰值,扁疤越长,临界速度越高,扁疤长度为10,20,30和40 mm时临界速度分别为30,50,70和80 km/h,扁疤长度超过50 mm时,临界速度大于重载车辆最高运行速度100 km/h。高频区的轮轨荷载主要存在于轮轨界面,不会引起钢轨变形,频率在850 Hz以下时轮轨动荷载才能有效传至轨下基础,根据轨枕设计极限荷载,建议车轮扁疤长度不应超过40 mm。     

制动工况下重载货车车轮扁疤对轮轨振动响应分析

随着我国重载铁路的发展,重载货车轴重不断增加,车轮扁疤问题也日渐突出,该问题会导致轮轨动载荷急剧增大。建立了重载车辆-轨道刚柔动力学模型,在考虑了重载货车不同制动工况下,探究车轮扁疤对轮轨之间垂向冲击力和纵向蠕滑的影响,并进行了扁疤限值计算。结果表明,车辆的P1和P2力随着扁疤长度和速度的增大而增加,且紧急制动工况下大于正常制动工况。空车状态下轮轨垂向力远远小于重车状态,但在扁疤的作用下空车状态下的垂向轮轨力产生的波动会更大。车辆进行制动会导致纵向蠕滑率和纵向蠕滑力发生改变,同时在扁疤的作用下纵向蠕滑率和纵向蠕滑力都会产生波动,扁疤越大波动幅度越大。根据标准中的轮轨垂向力和轮重减载率的限值,对车辆在不同工况下进行扁疤限值计算,结合空重车以及制动工况,得到重载货车扁疤限值为38 mm。该研究将为重载货车运维提供相关指导。     

基于声传递向量方法的车轮扁疤冲击噪声分析

建立一种基于声传递向量分析车轮扁疤冲击作用下轮轨噪声时频特性的模型。首先建立详细的车轮有限元模型进行模态分析,提取模态质量,模态振型等参数。结合车轮模态特征,并将钢轨视为Timoshenko梁,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立可以考虑车轮弹性变形和轮轨接触非线性的时域车轨耦合振动模型。通过轮轨动力学计算得到车轮扁疤冲击下的车轮和钢轨时域振动速度,并由快速傅里叶变换(FFT)获得轮轨接触点处轮轨振动速度的频谱;同时,采用边界元声传递向量(ATV)方法计算得到单位力作用下车轮与钢轨噪声辐射频谱。结合车轮扁疤引起的轮轨振动速度频谱、单位力作用下的速度导纳和噪声辐射频谱计算得到受声点处的声压谱,并通过快速傅里叶逆变换(IFFT)获得其声压时程。结果表明本文模型可以很好地模拟轮轨冲击振动和噪声的时域与频域特性。     

基于钢轨振动响应分析的车轮扁疤检测方法研究

车轮扁疤会影响列车运行舒适性并加速车辆、轨道基础设施部件故障。提出一种基于钢轨振动响应的车轮扁疤动态检测和识别方法。通过建立车辆轨道垂向耦合模型和车轮扁疤模型,计算车轮扁疤作用下的钢轨动态响应。比较了不同轨道不平顺、不同列车运行速度以及不同扁疤深度条件下,对钢轨振动响应进行Hilbert-Huang变换(HHT)和高阶谱分析两种方法的车轮扁疤识别能力。利用HHT中的Hilbert谱可以定性区分正常车轮与有扁疤车轮,但该方法会受到轨道不平顺大小的影响。而利用高阶谱分析方法能够定量判断扁疤深度,且识别能力不受轨道不平顺大小及运行速度影响。研究结果表明,利用钢轨振动响应结合高阶谱分析可以有效检测和识别车轮扁疤。     

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。     

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。     

车轮多边形对轮轨静态匹配的影响

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,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:考虑横向磨耗时,多边形车轮的相位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。     

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。     

Examination of the causes of a bucket wheel fracture in a bucket wheel excavator

A bucket wheel excavator failure occurred in a brown-coal mine. The failure was caused by a fractured shaft of the bucket wheel. An attempt to determine the causes of the bucket wheel shaft fracture has been made. To that end, the character of changing loads and their maximum amplitudes has been determined by performing measurements on the excavator. A discreet model of the shaft was built and a numerical simulation of the shaft operation using the FEM method was achieved. An analysis of the materials in the fracture area was also implemented. Macroscopic and microscopic images of the fracture area are provided. The shaft fracture was mainly caused by a non-metallic inclusion located below the surface of the shaft as a result of its being rolled. Moreover, it was discovered that the shaft had not been heat-treated.     

芳纶浆粕纤维增强均质气压砂轮特性

基于Halpin-Tsai方程,引入纤维取向因子,建立了芳纶浆粕纤维增强气压砂轮内橡胶层模量预测模型,描述了气压砂轮基体在动态变化过程中的应力-应变关系。通过ANSYS仿真分析,得出了气压砂轮在不同纤维体积分数下的应力-应变规律,证实了芳纶浆粕纤维增强方法可以改善砂轮基体接触形变缺陷问题。采用混炼法制备了芳纶浆粕纤维增强的橡胶基体,观测到了多维网状纤维微观分布结构,并采用拉伸试验验证了弹性模量预测模型。设计了芳纶浆粕纤维增强气压砂轮加工试验。证明了经芳纶浆粕纤维增强后的气压砂轮可以迅速提升工件表面质量,并使划痕损伤获得一定的控制。     

轮缘固体润滑剂对轮轨减摩及损伤性能影响

用MMS-2A滚动摩擦磨损试验机完成试验工作,对比干态和3种不同固体润滑剂作用工况,分析干态和3种不同固体润滑剂作用后的轮轨摩擦性能和固体润滑剂的有效作用时间,探究固体润滑剂对轮轨摩擦性能的影响;分析不同工况下轮轨表面磨损量和表面裂纹,同时对裂纹的长度、角度、深度进行统计,分析固体润滑剂作用对轮轨损伤性能影响。结果表明:固体润滑剂具备减摩润滑作用,其中1号效果最佳,将干态下的摩擦系数0.5降低到0.2左右;固体润滑剂通过降低接触界面的摩擦系数减小轮轨界面的切向摩擦力,降低轮轨表面的磨损量,其中固体润滑剂1降低车轮和钢轨的磨损量最大,分别降低95.3%和97.1%;固体润滑剂主要通过抑制疲劳裂纹的长度来抑制轮轨疲劳裂纹的生长和扩展,通过正应力挤压作用使轮轨表面疲劳裂纹开口紧闭,缓解裂纹根部分支现象,有效抑制轮轨疲劳裂纹生长与扩展行为.     

轮形阵列波束形成的优化设计

基于波束形成方法的噪声源识别中,阵列性能影响着声源识别的效果。针对轮形阵列,采用正交试验的方法,对阵列的几何参数进行优化设计。通过逐步缩小参数最优值的取值范围,使在传声器数目和阵列尺寸一定的情况下,阵列的声源识别效果得到改进。经优化,轮形阵列的最大旁瓣水平曲线在很宽的频率带上保持在16 dB以下,比普通轮形阵列的最大旁瓣水平降低了3 dB以上。验证了正交试验方法在阵列优化设计的可行性,为波束形成装置的开发提供了理论依据。     

Analytical modeling of a desiccant wheel

A simple integral model is presented for a desiccant wheel. The original governing equations for a desiccant wheel were simplified to a set of linear ordinary differential equations and an analytical solution was obtained. A brief analysis is given about the solution regarding the non-dimensional numbers that decide the behavior of a desiccant wheel. From the solution, algebraic expressions were obtained for time-averaged heat and mass transfer rates and the results were compared with a numerical model and a set of experimental data in the literature. In comparison with the numerical model, relative error was found less than 12% at 120 °C regeneration temperature and 10% standard deviation was observed with the experimental data. The analytical model is considered capable of describing a symmetric desiccant wheel realistically.     

Fracture in a rubber-sprung railway wheel

In the year 1998 near Eschede the German ICE-high speed train Wilhelm-Conrad Röntgen got into an accident on its way from Munich to Hamburg with catastrophic results. The broken wheel tyre of the rubber-sprung wheel finally was identified as reason for the accident. The following paper deals with numerical stress analyses as well as with fracture mechanical evaluations for this ICE-wheel tyre fracture.     

Fatigue cracking of an aircraft wheel

Failures of different aircraft components are revealed and examined generally by the use of non-destructive examination methods. In further explanation and interpretation of failures fractographic and metallographic methods are indispensable. The paper deals with a crack on aircraft wheel rim. The wheel was made from 2014-T6 aluminium alloy. The crack was revealed during regular control by the maintenance unit for non-destructive examination of the Slovenian air carrier Adria Airways. The crack on the rim investigated was a typical fatigue crack. It was branched, with a size lower than the critical size for fast fracture.