钢轨型面对重载轮轨匹配关系影响

基于静态接触和动力学分析,研究了两种钢轨型面与LM踏面匹配时的重载轮轨关系行为。结果表明:75kg/m钢轨与LM型面匹配时的最大正压力、剪应力和等效应力均大于60kg/m钢轨的匹配结果;75kg/m钢轨匹配时轮轨接触点较集中,存在两次明显的轮轨接触点跳跃现象;75kg/m钢轨型面与LM匹配时的轮轨横向力、脱轨系数和轮轨冲角均大于60kg/m钢轨匹配的结果,而轮重减载率和轮轨垂向力无明显变化。综合分析认为60kg/m钢轨型面与LM踏面轮轨匹配关系更佳,建议对重载75kg/m钢轨型面进一步优化设计以获得最佳的轮轨匹配关系。     

考虑压钩力作用的重载铁路曲线钢轨磨耗研究

为研究重载列车在曲线上由纵向冲动产生的压钩力对曲线钢轨磨耗的影响,基于车辆-轨道耦合动力学理论和轮轨磨耗理论,建立车辆动力学模型和轮轨磨耗模型,分析了不同压钩力作用下重载列车运行安全性及小半径曲线钢轨的磨耗规律.计算结果表明,小于400 kN的压钩力对钢轨磨耗和车辆运行安全影响不大,当压钩力大于800 kN后会导致车钩...     

地铁车轮凹形磨耗对轮轨接触及动力学性能的影响

对某地铁线路的车轮磨耗进行测试,发现车轮存在严重的踏面凹形磨耗.利用多体动力学软件SIMPACK建立车辆系统动力学仿真模型,研究凹形磨耗车轮与CHN60钢轨匹配时的轮轨接触特性以及车辆动力学性能,采用基于安定图的表面疲劳指数评价轮轨滚动接触疲劳特性.计算结果表明,车轮凹形磨耗使轮轨接触点对由连续分布变得分散集中,增大了...     

基于钢轨型面扩展法的车轮型面设计

首先对欧洲国际铁路联盟(Union enternationale des chemins der fer, UIC)高速轮轨型面S1002/UIC60和我国准高速型面LMa/CHN60进行接触几何分析,认为LMa/CHN60型面共形度太低,对钢轨磨损以及滚动接触疲劳极为不利.以改善钢轨的受力状态为出发点,在对钢轨型面扩展法进行数值研究的基础上,采用钢轨局部型面扩展法,根据我国60 kg/m钢轨设计出共形度较高的车轮型面.通过车辆轨道耦合动力学仿真确定车辆临界速度约为400 km/h,且具有较好的曲线通过性能.轮轨非赫兹滚动接触分析表明,在靠近钢轨一侧接触斑面积、应力等较LMa型面变化不大的情况下,离开钢轨一侧接触斑面积明显增大,接触应力降低约20%,钢轨与车轮的接触带变宽,钢轨接触频次得到改善.在车轮型面优化设计做了尝试性工作,以期为我国高速、重载以及城市轨道交通车辆车轮型面优化设计提供借鉴.     

道岔钢轨打磨对轮轨动力学影响分析

以道岔钢轨为研究对象，对线路钢轨实施个性化廓形打磨，采用Simpack建立车辆系统动力学模型，分析钢轨打磨前后轮轨动力学性能变化。实验结果表明，钢轨实施打磨后轮轨接触几何分布较打磨前均匀，车轮横向力、磨耗系数、脱轨系数等指标均有所改善，分别下降了16.95%、11.61%、10.26%，通过道岔钢轨打磨可以有效提升车辆运行稳定性，同时对延长轮轨服役时间具有积极作用。     

测力钢轨轮轨力解耦研究

消除轮轨横向力、垂向力之间的串扰是高精度的轮轨力测试的重要技术.提出采用一种改进的快速独立分量分析(Fast independent component analysis,Fast ICA)方法对轮轨力进行解耦.该方法通过增加一个噪声判断阈值,在完成一次独立成分的提取后,对系统的残余信息进行判断,找出计算终点,从而抑制无效运算,提高算法的分离性能和稳定性.根据车辆-轨道耦合动力学原理,建立动力学模型,计算轮轨动态响应,运用改进的Fast ICA算法对轮轨力进行解耦,得到高精度的测力钢轨轮轨力.将该算法应用于现场测试中,使用遗传算法优化的新陈代谢GM(1,1)模型对现场测试获得的离散钢轨力信号进行处理,得到每一个车轮的连续化轮轨力测试结果,运用改进Fast ICA算法对其进行解耦,取得了良好的效果.     

曲线钢轨初始波磨形成的机理分析

利用数值方法分析钢轨离散支撑引发曲线钢轨初始波浪形磨损形成的机理.建立车辆轨道耦合动力学模型、轮轨滚动接触理论模型和轮轨界面材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型.考虑半个车辆模型和有限计算长度的轨道模型,利用Hertz非线性接触弹簧和沈志云-Hydrick-Elkins非线性蠕滑理论耦合车辆和轨道的计算模型来计算轮轨的法向载荷和切向载荷.通过车辆过曲线动力学分析,确定轮轨的瞬时接触位置、法向载荷、蠕滑率等.根据修改的Kalker三维滚动接触理论计算轮轨滚动接触力学行为,再利用轮轨材料摩擦磨损模型计算钢轨的磨损量.对曲线两端的缓和曲线和圆曲线的初始波磨形成过程作详细分析,并对波动频率也作了调查.数值结果显示,同一个转向架4个车轮引起的磨损波长和波深是不同的;不同曲线位置初始波磨的波深和波长也有区别;波磨的频率和轮轨接触振动密切相关;波磨的频率不仅包含轨枕的通过频率,也包含轨道被激发的更高振动频率.     

钢轨打磨对焊接接头区的不平顺及其动力学响应的影响

利用钢轨焊接接头不平顺测量仪Railprof,测量并分析国内某高铁线路钢轨的焊接接头区在打磨前后几何不平顺的变化,发现钢轨打磨能够减小焊接接头的不平顺幅值。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立高铁车辆-轨道耦合动力学模型,以实际测得的钢轨焊接接头不平顺作为轮轨界面不平顺激励输入,分析焊接接头不平顺引起的轮轨动力学响应的特征,并讨论行车速度对焊接接头不平顺激扰下轮轨动力学响应的影响。结果表明,轮轨垂向力随着车辆通过速度的增加而增加,打磨后的轮轨垂向力以及轮重减载率相比于打磨前明显降低;钢轨打磨改善了焊接接头的不平顺性,并使轮轨的动力学性能(安全性)相应地得到改善。     

整车无砟轨道钢轨波磨计算模型

概述了钢轨波磨研究现状及现有钢轨波磨计算模型。基于刚柔耦合的车辆轨道耦合动力学模型、改进的轮轨非赫兹滚动接触力学模型、钢轨材料摩擦磨损模型和磨耗叠加计算模型,建立整车-无砟轨道钢轨波磨计算模型。其中刚柔耦合的车辆轨道耦合动力学模型可以同时考虑钢轨、轨道板柔性以及钢轨周期离散支撑条件等因素;改进的三维非赫兹接触模型考虑不均匀磨损对轮轨接触的影响;材料摩擦磨损模型考虑自旋对磨耗的贡献。钢轨波磨计算模型考虑了轮轨之间的动力作用对波磨形成和发展的影响,以及波磨导致接触表面改变后其对轮轨接触及动力学的反馈作用。该模型可以模拟整车八个车轮和钢轨相互作用所形成的波磨。利用该模型再现了现场残余波磨的初期演化情况,该项研究可为钢轨波磨的减缓和治理提供理论基础和技术手段。     

车辆轨道关键参数对高速铁路钢轨波磨发展的影响

基于轮轨垂向动力学、轮轨滚动接触理论以及磨耗理论建立高速铁路无砟轨道钢轨波磨发展的理论计算模型,并发展出相应的数值仿真方法。其中轮轨垂向动力学模型包含高速车辆和高速铁路无砟轨道模型;采用Hertz接触理论和Carter二维轮轨接触理论计算轮轨切向力;利用摩擦功磨耗模型计算钢轨表面的磨耗。利用数值仿真再现了高速铁路钢轨波磨的演化过程,以此来研究车辆一系悬挂刚度以及悬挂阻尼,轨道扣件刚度、扣件阻尼以及钢轨硬度对高速铁路钢轨波磨发展的影响规律。结果表明:文中模拟所得的钢轨波磨波长特征与高速铁路上的波磨调查结果相符;较小的车辆一系悬挂刚度,适当的一系悬挂阻尼和扣件刚度,以及较大的扣件阻尼和钢轨硬度有利于抑制高速铁路钢轨波磨的发展。     

悬挂系统参数对轨交车辆运行平稳性的影响分析

介绍了轨交车辆悬挂系统的组成与作用,分析了轨交车辆运行平稳性及其指标。以某型轨交客车为研究对象,应用SIMPACK软件建立车辆动力学模型,分析悬挂系统参数对轨交车辆运行平稳性的影响。通过分析,得到空气弹簧刚度、阻尼系数及其它悬挂关键参数对轨交车辆运行平稳性的影响规律。     

弹性轮对对轮轨动作用力的影响

弹性轮对因其在减少轮轨噪声、降低轮轨间的动作用力和提高旅客乘坐舒适度方面具有明显效果而在国外轨道交通车辆上得到较为广泛的使用.利用动力学分析软件SIMPACK对采用弹性轮对的国内某城市地铁车辆进行了动力学性能方面的分析,并与采用刚性轮对的结果相比较.结果表明:当弹性轮对V型橡胶垫轴向刚度跟垂向刚度分配合理时,轻轨车辆采...     

高速铁路小半径曲线钢轨磨耗影响因素分析

随着高速铁路运营里程的增大和运量的激增,钢轨磨耗成为不容小觑的问题,尤其在小半径曲线段钢轨磨耗更为复杂和严重。针对高速铁路小半径曲线段钢轨磨耗问题,利用SIMPACK多体动力学软件建立高速动车组车辆动力学模型,利用Archard磨耗模型计算钢轨磨耗深度,并分析不同运营工况、车轮磨耗状态及车辆一系悬挂参数和轨道参数对动车组车辆通过小半径曲线时钢轨磨耗的影响。仿真结果表明：动车组车辆以匀速、制动、牵引3种工况下通过曲线段时,制动工况下钢轨磨耗量最大,牵引工况下磨耗最小;车轮踏面磨耗加剧也会导致钢轨的磨耗量增大,而定期镟修车轮踏面可以减轻钢轨磨耗情况;车辆一系悬挂参数的变化对小半径曲线段钢轨磨耗的影响相对较小;为减小钢轨磨耗,宜采用较小的轨底坡和适当增加轨距,且曲线段超高设置不宜过大。     

高速轨道结构振动及传递特性

高速列车的快速发展使板式无砟轨道得以广泛应用。利用有限元分析软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK,建立车辆-弹性轨道耦合动力学模型,分析车辆运行的安全性和平稳性,研究轨道系统的位移、加速度、加速度功率谱密度、载荷特性,以及不同速度对轨道系统的振动影响,并对系统振动的主要影响因素进行初步探究。结果表明,轨道结构的垂向振动位移、加速度及载荷在由上至下传递过程中呈递减趋势,且钢轨到轨道板的衰减幅度大于轨道板到底座;轨道系统的振动能量主要集中在0~150 Hz范围内,大于300 Hz的钢轨振动能量经扣件衰减后基本未被向下传递,且速度升高,功率谱密度峰值出现的位置向右移动;速度为300 km/h时,钢轨垂向加速度功率谱密度小于100 Hz的峰值频率主要与钢轨固有模态有关,大于100 Hz的峰值频率呈倍频关系,且与轨道系统固有属性相关。联合仿真提高了研究效率,揭示了车辆-轨道系统的垂向振动特性及传递规律,为工程应用提供了参考依据。     

关节式集装箱平车动力学建模与仿真

建立了关节式集装箱平车非线性动力学模型，在建模过程中，对三大件转向架、车体间铰接结构等关键部件的处理方法进行了分析，并运用SIMPACK多体动力学仿真软件研究了车辆系统的运动稳定性、运行平稳性及曲线通过性能，分析结果表明，该车具有较好的动力学性能，能够满足运行要求。     

转K7柔性副构架多体系统动力学建模研究

高速和重载是中国铁路发展的两个重要方向,铁道车辆的轻量化设计理念也被普遍采用。但轻量化设计却导致许多部件弹性变形比较明显,影响车辆动力学性能。以往将车辆各部件全部考虑成刚体的刚体动力学得出的结论与实际差距较大。因此,将弹性变形比较明显的部件考虑成柔性体,建立刚柔耦合的多体动力学模型来仿真是目前铁道车辆动力学的发展方向之一。以转K7转向架为例,详细分析介绍利用ANSYS和SIMPACK软件建立柔性副构架刚柔耦合动力学模型的建模思路和方法。     

Study on track dynamic forces due to rail short-wavelength dip defects using rail vehicle-track dynamics simulations

A rail vehicle-track interaction dynamics model has been applied to determine the track vertical dynamic forces due to rail shortwavelength dip defects such as squat, dip joints and welds, etc., which are required in both rail vehicle acceptance procedure and track maintenance. The model is validated using the field measurement data of rail squat defects and accelerations on a vehicle axlebox. The simulated track dynamic forces — the P₂ forces due to rail dipped joints have been compared with those calculated by using a well-known formula. The results are compared and the formula’s limitations have been discussed. The dependence of the track vertical dynamic forces on the rail dip defect size and vehicle speed has also been investigated.     

抗侧滚扭杆对地铁车辆动力学性能影响分析

采用SIMPACK动力学分析软件建立了某80km/h B型地铁车辆的动力学模型,分析比较了该车辆的动力学性能随抗侧滚扭杆刚度的变化情况。计算结果表明:抗侧滚扭杆装置能显著降低车辆柔度系数、轮轴横向力、车体侧滚角和倾覆系数;对车辆非线性临界速度、脱轨系数则影响不大;对车辆运行平稳性、轮重减载率则存在不利影响。     

接触刚度对高速列车轮轨接触动力学时变特性的影响及其机制

以CRH3型高速列车头车与标准CHN60型轨道为研究对象,利用动力学软件RecurDyn建立车辆-轨道耦合动力学模型;采用弹簧阻尼模型定义轮轨接触关系,跟踪检测服役列车不同运行里程下的车轮粗糙度,根据相关文献的轮轨接触刚度计算结果,对高速轮轨滚动接触动力学性能进行研究,并取该头车的后转向架二位轮对处结果进行数据分析。计算结果表明:随着高速列车运行里程的增加,车轮表面粗糙度减小,使得轮轨接触刚度增大;轮轨横向力随着运行里程的增加先减小后增大,其频率主要分布在10 Hz以下的低频段;轮轨垂向力随着运行里程的增加而增加,并在5、10、28 Hz附近有比较明显的主频率段;轮轨纵向力主要由切向蠕滑力的纵向分量构成,与轮轨垂向力在时域分布和频域分布上均非常相似。     

山地地铁浮置板轨道支撑结构钢轨波磨机制研究

基于轮轨系统摩擦自激振动的观点,研究山地地铁线路长大坡道圆曲线段处出现的典型钢轨波磨现象。利用SIMPACK建立山地地铁车辆-轨道动力学模型,验证了列车通过长大坡道圆曲线段外侧轮轨间的蠕滑力处于饱和状态;建立相应区段上由导向轮对-钢轨-道床所组成的轮轨系统有限元模型,采用复特征值分析法从频域角度研究轮轨系统的稳定性;采用控制变量法研究浮置板结构中隔振器的垂向刚度和垂向阻尼、扣件的垂向刚度和垂向阻尼对轮轨系统摩擦自激振动的影响规律。结果表明：在长大坡道圆曲线段上,外侧轮轨间饱和蠕滑力引起的轮轨摩擦自激振动是导致该区段外轨处钢轨波磨产生的主要原因,诱导频率为459.63 Hz。参数化分析表明,轮轨系统摩擦自激振动随隔振器的垂向阻尼和垂向刚度的增大呈增大趋势,随扣件的垂向阻尼的增大呈降低趋势,而随扣件垂向刚度的增加呈先减小后增大的趋势;当扣件的垂向支撑刚度为40 MN/m时,钢轨波磨最不容易发生。