防爆起重机车轮在钢轨上全滑动摩擦温升分析

防爆起重机在钢轨上紧急制动或车轮卡死时可能产生全滑动工况,由于硬摩擦作用,该工况下起重机车轮和钢轨接触踏面温升显著,对工作在含有爆炸性气体环境中的起重机是一个潜在的危险源。建立起重机轮轨之间的接触模型,采用 Ansys 软件仿真分析起重机在钢轨上全滑动时的温升情况,探究摩擦因数、滑动速度对起重机轮轨温度场的影响。研究表明,全滑动工况下,起重机最高温升发生在车轮接触面上,轨道上的温升较低,其温度场分布为一条长轨迹;表面摩擦因数和滑动速度越大,轮轨踏面温升也越大,但对踏面温度场分布的影响不大。     

滑动速度对钢轨表面接触应力的影响

利用ANSYS有限元软件建立轮轨系统弹性平面应变有限元简化模型,模拟轮轨滑动接触行为。研究机械载荷条件下滑动速度对钢轨接触表面接触应力的影响,以及热-机耦合载荷条件下滑动速度对钢轨表面接触应力、摩擦温升的影响,并对2种条件下的接触应力进行比较分析。结果表明:耦合载荷条件下的接触应力较机械载荷条件下显著增加,分布更集中于接触斑附近,即轮轨相对滑动产生了明显的摩擦热效应;滑动速度增加,摩擦热效应越明显,热影响层越浅,即滑动速度对接触应力有显著影响,钢轨接触应力分析时必须考虑滑动速度的影响。     

基于W-M分形函数的轮轨滑动接触热响应分析

利用W-M分形函数,建立考虑钢轨表面粗糙的二维轮轨弹性接触模型,进而引入温度对材料参数和摩擦系数的影响,采用直接耦合法模拟车轮以1m/s速度沿钢轨滑动45mm,阐明粗糙表面的轮轨滑动接触热响应的特性。利用Hertz理论验证了有限元接触算法的精确性,在此基础上研究了表面廓形影响下的接触应力随分形函数自变量维数D和尺度系数G变化的规律,验证了有限元模型模拟粗糙表面的可靠性。研究结果表明：粗糙表面对轮轨温度场分布特点没有影响,但会引起轮轨表面温度和温升过程的波动;车轮最高温度相差4℃,钢轨最高温度相差10℃,且车轮最高温度更高;车轮和钢轨表面的温度波动受D和G的控制,但影响规律存在差异：钢轨表面温度随D和G的改变线性变化,而车轮表面温度变化未体现类似的线性关系。因此,可借助轮轨表面粗糙度特征对钢轨温度波动进行合理预测。     

车轮滚动时的轴向滑动摩擦系数

沿轨道运行的各种起重机或车辆,当车轮在钢轨上滚动前进时,如果同时存在着轴向滑动,此时的轴向滑动摩擦系数与滚动速度有无关系?与车轮纯轴向滑动(即不同时滚动)时的滑动摩擦系数是否一样?这两点疑难与迄今尚未解决的起重机歪斜运行时的侧向力计算有着密切的关系。     

聚氨酯弹性体摩擦衬垫材料的摩擦特性研究

本文研究了聚氨酯弹性体摩擦衬垫材料的摩擦特性,发现聚氨酯弹性体材料的动摩擦系数是和滑动速度有关的,在0．0l-0．4mm／s的速度范围内,速度提高摩擦系数上升,在更高的速度下摩擦系数还会下降。聚氨酯弹性体材料的静摩擦系数是比较难以确定的,本文建议把滑动量较小而滑动速度又很低的这一时期的摩擦称为“初期摩擦”,它是界于静摩擦与动摩擦之间的一种特殊的摩擦状态。文中还分析了粘着摩擦机理,提出了接点化学粘接机理。并根据这种机理对实验结果进行了分析和讨论。     

钢铜摩擦副摩擦磨损特性的试验研究

本文试验分析了ＺＱＡ１９－４和ＺＱＺｎ６－６－３两种铜合金材料在不同的表面粗糙度下对摩擦系数和出口区油温的影响，以及改变载荷和相对滑动速度时，摩擦系数的变化状况。结果表明；铜合金成分不同时具有不同的硬度。     

车轮全滑动轮轨摩擦温升三维有限元分析

基于有限元法和非稳态导热问题微分方程,建立轮轨摩擦温升三维数值分析模型.分析轮载、相对滑动速度和摩擦因数对轮轨接触区附近摩擦温度场的影响.模型中考虑了轮轨与环境间的对流换热和轮轨接触界面的相互导热过程.分析结果表明,轮载、相对滑动速度和摩擦因数对轮轨摩擦接触温升及其热影响层深度都有明显影响.轮重不仅影响轮轨表面最高摩擦温升,而且影响热影响区域的大小;相对滑动速度变大,热影响层深度和宽度分别变浅和变宽;摩擦因数越大,热影响区越大.     

Ni-Mo-P-Si3N4化学镀层的摩擦磨损性能研究

Q215碳素钢表面上制备一层Ni-Mo-P-Si3N4复合镀层,在MS-T3000摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,记录平均摩擦系数,测试磨痕宽度,计算磨损率,研究该化学镀层的摩擦磨损性能。分析结果表明:载荷不变时,平均摩擦系数和磨损率均随滑动速度的增大而增大;滑动速度不变时,平均摩擦系数和磨损率均随载荷的增大而增大;载荷和滑动速度不变时,平均摩擦系数和磨损率随镀层中Si3N4的体积分数先增大后减小。     

架桥机车轮打滑时车轮和轨道的热机耦合分析

架桥机在工作过程中，偶尔会出现车轮在轨道上的打滑现象，此现象会对车轮和轨道的性能产生重要影响。运用有限元软件ABAQUS，建立架桥机的车轮在轨道上纯滑动时，车轮和轨道的热机耦合三维有限元模型。分析车轮和轨道的温度场及应力场分布，以及不同工作参数（工作载荷、摩擦系数和滑动速度）对车轮及轨道的温度及应力的影响。分析结果显示：架桥机的最高温度在车轮上的接触区，并且呈现一直升高的趋势；轨道表面温度场分布呈细长条状，其温度呈现一个急速快速及缓慢下降的过程；车轮和轨道的最大温度和应力和工作参数（工作载荷、摩擦系数和滑动速度）呈现正相关关系。最后运用移动热源法分析了轨道的温度及塑性应变特性，其趋势与三维模型一致，说明方法可靠。     

离合器摩擦片摩擦性能影响因素研究

通过对不同纤维增强剂配制的摩擦片进行摩擦学小样试验、定速式摩擦试验以及台架试验,研究了温度、相对滑动速度、离合循环次数等外部因素以及增强剂成分等内部因素对摩擦副的摩擦性能与磨损性能的影响.试验表明:芳纶包心纱作为增强剂制得的摩擦片,摩擦性能和耐磨损性能较好;温度、相对滑动速度以及离合循环次数均对摩擦副的摩擦系数具有较大的影响.     

基于ANSYS的轮轨摩擦滑动接触应力分析

以Hertz接触理论为依据,利用ANSYS建立2D有限元计算模型,模拟原地打滑、完全制动等轮轨滑动摩擦接触行为。分析了轮轨静接触和滑动接触时接触应力分布情况,研究了接触状态、轴重、滑动速度、载荷类型和钢轨轨顶圆半径对接触应力的影响。结合Hertz接触理论计算结果、剥离损伤理论和自激振动理论进行了轮轨损伤分析。     

ELASTIC-PLASTIC FINITE ELEMENT ANALYSIS OF THREE-DIMENSIONAL CONTACT-IMPACT AT RAIL JOINT

Using the finite element code ANSYS/LS-DYNA, a dynamic finite element model with anelastic-linear-kinematic-hardening plastic material is established to analyze elastic-plastic stresses inthe railhead in the impact process of wheel and rail occurring at the gap of rail joint. The model isbased on the discrete elastic support condition of the rails, which is suitable for the actual situation ofwheel/track rolling contact. In the analysis the influences of axle load, yield stress and tangent modulus     

Effect of Wheel Load on Wheel Vibration and Sound Radiation

The current researches of wheel vibration and sound radiation mainly focus on the low noise damped wheel. Compared with the traditional research, the relationship between the sound and wheel/rail contact is difficulty and worth studying. However, there are few studies on the effect of wheel load on wheel vibration and sound radiation. In this paper, laboratory test carried out in a semi-anechoic room investigates the effect of wheel load on wheel natural frequencies, damping ratios, wheel vibration and its sound radiation. The laboratory test results show that the vibration of the wheel and total sound radiation decrease significantly with the increase of the wheel load from 0 t to 1 t. The sound energy level of the wheel decreases by 3.7 d B. When the wheel load exceeds 1 t, the attenuation trend of the vibration and sound radiation of the wheel becomes slow. And the increase of the wheel load causes the growth of the wheel natural frequencies and the mode damping ratios. Based on the finite element method(FEM) and boundary element method(BEM), a rolling noise prediction model is developed to calculate the influence of wheel load on the wheel vibration and sound radiation. In the calculation, the used wheel/rail excitation is the measured wheel/rail roughness. The calculated results show that the sound power level of the wheel decreases by about 0.4 dB when the wheel load increases by 0.5 t. The sound radiation of the wheel decreases slowly with wheel load increase, and this conclusion is verified by the field test. This research systematically studies the effect of wheel load on wheel vibration and sound radiation, gives the relationship between the sound and wheel/rail contact and analyzes the reasons, therefore, it provides a reference for further research.     

车轮滑动时钢轨热机耦合有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS建立了轮轨接触热机耦合分析的热弹性平面应变有限元模型.模型中考虑温度对材料热物理参数的影响.分析了车轮滑动时不同摩擦因数和轴重对钢轨应力场分布的影响.结果表明,最大Von Mises等效应力发生在接触斑后半轴靠近接触区的边缘处,轮轨摩擦热影响区主要分布在接触表面,并随深度的增加其影响越来越小;当温升较大时,热物理参数随温度变化的影响应予以考虑;钢轨表面应力随摩擦因数和轴重增大而增大.     

铁路轮轨润滑脂的研制

采用IR、XRD、SEM-EDS等手段,对常用铁路轮轨润滑脂进行剖析,得到润滑脂的基础油种类和添加剂组成。研制一种新型铁路轮轨润滑脂,并与常用铁路轮轨润滑脂的性能进行比较。结果表明:研制的润滑脂的最大无卡咬负荷为863 N,比常用铁路轮轨润滑脂的大一倍多,其摩擦因数为0.008～0.032,明显小于常用铁路轮轨润滑脂的0.039～0.051,但烧结负荷小于常用铁路轮轨润滑脂;研制的润滑脂具有更好的胶体稳定性和耐热性。     

曲线半径及轴重对轮轨摩擦功影响的研究

基于非Hertz滚动接触理论利用数值计算方法详细分析了静态接触情况下,轴重和曲线半径对轮轨接触质点间等效应力、接触斑粘滑区的分布、总滑动量和摩擦功的影响。分析计算表明,轴重增加引起轮轨接触质点间等效应力,接触质点间粘滑区的面积以及总滑动量的变化,同时对轮轨接触质点阍的摩擦功的变化有重要影响;小曲线半径处轮轨接触质点间的总滑动量,接触斑滑移区的面积以及摩擦功都明显增大,导致曲线上钢轨磨损加剧。因此曲线半径和轴重是影响轮轨滚动接触磨损的重要因素。     

车轮多边形激励下的滚动接触疲劳裂纹瞬态扩展行为研究

利用ANSYS/LS-DYNA建立带车轮多边形的三维轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展模型,将真实轮轨间瞬态滚滑和高频动力作用考虑在内,分析车轮多边形和连续钢轨裂纹造成的瞬态接触载荷对钢轨裂纹动态扩展行为的影响。速度250 km/h牵引工况的结果表明:零间隙多裂纹对法向轮轨力的影响甚微,但会造成切向轮轨力不可忽略的波动;车轮多边形会造成法向和切向轮轨力显著的周期性波动,如0. 1 mm波深23阶多边形会使得各裂纹面最大法向和切向接触力较圆顺工况分别增长19. 6%、34. 1%;任一裂纹面内法向和切向接触应力在接触斑滚过的0. 22 ms内发生了复杂的瞬态变化,进一步导致各裂纹的最大裂尖应力场强度因子的周期性波动,影响裂纹动态扩展行为;随着车轮多边形波深和阶数的增加,上述各种波动的幅度均会变大,加速裂纹扩展。     

Seizure mechanisms of wheel–rail contacts under lubricated conditions using a transient ball-on-disc test method

This study focuses on the transition from mild to severe wear in the wheel and rail contact. Such a transition has been observed at increased loading (normal load, sliding velocity, or bulk temperature) which can be compared to a change from a wheel thread–rail head contact to a wheel flange–rail gauge contact. This transition was experimentally studied using a transient test method of ball-on-disc type at different sliding velocities, contact pressures, and lubricants. It can be seen in the results that different seizure mechanisms are active for different sliding velocities. Also the amount of applied lubricant clearly affects the transition to seizure.     

Analysis of wheel and rail adhesion under wet condition by using elastic–plastic microcontact model

This paper presents a numerical model to investigate the adhesion characteristics of the wheel/rail contact with consideration of surface roughness under wet conditions. The elastohydrodynamic lubrication theory is used to obtain the load carried by water, and the statistical elastic–plastic microcontact model presented by Zhao–Maietta–Chang is applied to calculate the load carried by asperities contact. Meanwhile, the thermal influencing reduction factor is used to consider the inlet heating effects on the film thickness, and the change of water viscosity is also taken into consideration due to the flash temperature generated by the moving rough surfaces. Furthermore, the present work investigates the dependence of the wheel/rail adhesion coefficient on train speed, surface roughness amplitude, the initial temperature, the plasticity index and the maximum contact pressure under wet condition. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

起重机轮轨弹塑性接触有限元分析

利用ANSYS9.0软件对起重机轮轨弹塑性接触进行有限元分析,分别对点接触和线接触状态轮轨的弹性和弹塑性两种情况进行有限元分析,得出了轮轨间弹性接触和弹塑性接触应力的分布情况.