动车组轴箱轴承保持架动力响应与寿命分析

建立动车组整车动力学模型,通过仿真得到轴箱轴承在列车运行中所受的外载荷。建立轴箱轴承动力学和有限元模型,分析了径向载荷、转速以及轨道激扰对滚子和保持架之间的作用力、保持架应力的影响,基于Miner线性累积损伤理论预测保持架寿命,并基于ISO 281∶2007预测了整套轴承的寿命,结果表明：径向载荷对保持架应力的影响最小,随径向载荷增大,滚子和保持架之间的作用力及保持架应力稍有增加;转速对保持架应力的影响最为显著,随转速升高,滚子和保持架之间的作用力及保持架应力增大;轨道激扰的加入增加了滚子和保持架之间的作用力及保持架应力;轴箱轴承保持架寿命约为1 241.5×10⁴ km,满足使用要求。     

概率寿命相关的铁路车辆轴颈/轴箱轴承的合理设计评价载荷

合理的设计评价载荷是科学评价轴承设计结果、确保其具有期望可靠性水平的基础。根据轮对各部件机械载荷的相关性,建立了来自于标准AAR M 934轴承寿命预测与台架试验、EN 12082轴承台架试验、EN 13979-1中考核车轮设计疲劳强度、EN13103/EN13104及JIS E 4501考核车轴疲劳强度的轴承载荷确定方法。应用标准ISO 281规定的轴承性能分析及概率寿命预测方法,通过某35.7 t轴重铁路货车轴颈轴承的分析,说明了现有标准相关的轴承载荷差异很大,轴向载荷对概率寿命评估结果的影响很大,现有不考虑或微弱考虑轴向载荷,以及以特定工况来考核轮对部件设计疲劳强度的标准载荷条件,不适宜应用于轴承设计评估载荷;标准JIS E 4501规定的轮对载荷,比较适宜货车轴颈轴承与机车轴箱轴承的设计评价载荷;标准EN 13103/EN13104规定的轮对载荷,比较适宜客车与动车组轴箱轴承的设计评估载荷;标准EN 12082规定的载荷条件,有利于在短时间严格考核轴承。     

高速动车组轴箱弹簧载荷动态特性

国内目前动车组最高运行速度已达到350km/h。在研究高速动车组轴箱弹簧载荷测试技术基础上,对某型高速动车组动力和非动力转向架轴箱弹簧力进行连续10天的线路测试,总测试里程约为11000km。获得轴箱弹簧力动态特性,给出典型工况下弹簧的载荷时间历程,抽样分析高速直线、曲线、道岔、进出车站、进出车库以及制动等典型运用工况下的弹簧载荷特性,并在统计基础上给出弹簧一定运用里程下的弹簧载荷谱以确定载荷出现幅值、次数与测试里程之间关系。研究结果表明,高速动车组载荷特性与运用线路等级密切相关,且弹簧载荷最大值一般出现在等级更差的进出车库、车站以及联络线区段,测试得到的最大轴箱弹簧动态载荷系数为0.28;频域分析结果表明,高速线路区段弹簧力有1.1Hz左右的稳定振动频率,即该测试线路区段存在波长为100m左右的轨道高低不平顺激扰;另外,高速时由于车轮转动引起的弹簧低幅值动态力的主频率为一般为11Hz。研究结果可用于指导转向架设计以及相关理论研究等。     

某变轨距动车组转向架轴箱可靠性分析

利用大型有限元仿真软件ANSYS建立了一种变轨距动车组转向架轴箱的有限元模型,介绍了该型转向架轴箱的结构特点及其转臂定位方式,根据转向架的设计技术参数计算了轴箱承受的相关载荷,依据欧洲标准BSEN13749∶2011制定了轴箱的载荷工况,并对轴箱静强度和疲劳强度进行评估并分析预测轴箱可能出现疲劳破损的位置。结果表明:轴箱的静强度和疲劳强度均满足标准要求,轴箱结构安全可靠。     

高速动车组轴箱轴承模拟线路加载试验研究

研究了高速动车组轴箱轴承台架试验的试验条件,包括试验环境温度的要求、模拟风速的设定以及模拟列车运行速度的方法,提出了模拟线路加载的试验方案。基于实测的高速动车组轴箱轴承线路载荷谱,在高速轴承试验台上进行了加载试验,运行过程中实时监测轴承的温度变化和振动情况,运行过程稳定。试验结果表明,试验模拟线路加载试验方案可行,为高速动车组轴箱轴承的研发提供了理论参考。     

高速列车转向架构架载荷特征及疲劳损伤评估

利用载荷标定方法制作轴箱弹簧力传感器和一系减振器力传感器,线路测试得到动车转向架构架的垂向载荷时间历程。结合车载GPS信号和陀螺仪信号,分析列车起动加速、高低速直线运行、线路曲线通过、电机扭矩波动、制动停车等典型工况下构架载荷的变化特征。采用有限元仿真分析的方法确定构架端部的疲劳危险区域及载荷与应力的传递关系,进而编制构架在轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷和耦合载荷作用时的应力幅值谱,最后依据疲劳损伤线性累计准则计算得到构架的疲劳损伤分布。研究结果表明,与构架非动力侧相比,构架动力侧轴箱弹簧载荷受电机输出扭矩的影响较大,尤其在列车起动、制动、电机扭矩波动等工况载荷变化明显。在轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷单独作用时,构架端部的应力较大位置分布基本一致,最大载荷-应力传递系数为6.56 MPa/kN。在耦合载荷作用下,构架端部各测点处的疲劳损伤值均高于轴箱弹簧载荷、一系减振器载荷的单独作用。列车由速度200km/h增大至350km/h时,构架一位侧疲劳危险点的累计损伤值由0.078增大至0.435,增大了约4.6倍。在同一速度级下,一系减振器载荷产生的疲劳损伤影响参数大于轴箱弹簧载荷。研究结果可为焊接构架的优化设计及仿真分析提供一定理论参考。     

基于线路实测载荷的转向架构架台架试验方法研究

以高速列车转向架构架为研究对象，线路试验获取了转向架轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷时程曲线，分析列车进出站、不同速度等级、载荷作用频率对弹簧载荷和一系减振器载荷的影响规律及载荷差异性。采用准静态加载台架试验得到弹簧载荷、一系减振器载荷与构架端部疲劳关键区域应力之间的传递关系，结合线路实测载荷计算得到应力响应曲线，进而获取构架在弹簧载荷、一系减振器载荷及两种载荷耦合作用下的疲劳损伤值。据疲劳损伤一致性理论计算车辆设计寿命里程下构架的弹簧等效载荷和一系减振器等效载荷，并建立基于等效载荷的疲劳损伤计算公式，确定弹簧等效载荷和一系减振器等效载荷的幅值大小及相位关系，最后形成了基于线路实测载荷的构架台架试验方法。研究表明，列车进出站时轴箱弹簧载荷出现较大的载荷波动，最大波动范围为17.48 kN，一系减振器载荷对低频位移响应不敏感；在相同线路条件下，随着列车运营速度的增大，轴箱弹簧载荷和一系减振器载荷均呈现增大趋势，其载荷作用频率主要分布在0～60 Hz范围内；同时在该频带内，随着载荷作用频率的增大，两种载荷间相位差不断减小，该变化规律与减振器动态特性有关。计算得到构架端部在弹簧载荷、一系减振器载...     

游梁式抽油机摆动轴承疲劳寿命预测

为准确预测游梁式抽油机摆动轴承在变载荷、变转速实际运行工况下的疲劳寿命,基于ISO 281:2007标准和Miner理论,提出一种基于变载荷、变转速工况的摆动轴承疲劳寿命计算方法。以CYJY12-4.8-73HB型抽油机中轴圆柱滚子轴承为研究对象,先采用ADAMS软件进行游梁式抽油机动力学分析,以确定轴承摆动载荷和摆动速度,再计算实际运行条件下的轴承疲劳寿命,并与传统摆动轴承疲劳寿命计算方法对比。结果表明,本文的疲劳寿命计算方法合理,可为该类轴承疲劳寿命预测提供参考。     

中低速动车组弹性复合圆柱滚子轴承承载能力分析

针对动车组轴箱轴承易发生疲劳损坏等问题,选择弹性复合圆柱滚子轴承作为动车组轮对的传动支撑部件,并对其承载能力进行了理论推导、仿真计算和试验研究.首先,在考虑了轨道不平顺作用下动车组轴箱轴承承受的垂向载荷、横向载荷和纵向载荷的基础上,构建起了动车组转向架的力学模型;然后,基于弹性复合圆柱滚子轴承的结构特性,在动车组轮对超...     

2MW风力发电机低速轴轴承寿命分析

轴承是支撑轴转动的重要部件,其使用寿命关系着整个机器的运行安全。依据某2MW风力机传动系统中低速轴为例,通过BLADED软件分析出的60s载荷图,根据疲劳损伤累积原理和雨流计数方法,绘制出风力机主轴载荷谱,并根据行星轮传动原理和理论力学等基本知识得出低速轴载荷谱。采用圆柱滚子轴承NU0000型为算例,由载荷谱计算出轴承寿命,选用一般轴承寿命计算和SKF轴承寿命公式计算两种方法分别计算。其结果表明轴承的寿命满足要求,并且可以用于一般轴承的寿命计算方法。为以后风力发电机研究和相关机械的设计提供理论依据。     

高速列车滚动轴承支承松动系统动力学特性研究*

作为列车走行部的关键零部件,轴箱滚动轴承支承松动故障会直接影响到车辆的运行平稳性。针对高速列车滚动轴承内圈与轴颈配合的松动问题,提出一种车体-构架-悬挂-滚动轴承-轮轨的垂向耦合动力学模型,并采用优化的四阶Runge-Kutta数值积分及试验方法,研究不同松动间隙、不同行驶速度下,高速列车滚动轴承支承松动系统的非线性动力学特性。结果表明：理论计算与试验结果较吻合,松动间隙的大小对未松动侧轴箱的振动响应影响不大,但对松动侧轴箱的振动响应有较大影响,且可使得系统的运动状态由近拟周期运动发展为混沌运动。列车低速行驶时松动侧轴箱振动幅值和振动速度均比高速行驶时更大,轴箱振动响应的低频成分只与行驶速度有关,不随松动间隙的改变而改变。     

偏载对铁路货车轴颈轴承概率寿命的影响

偏载恶化车辆服役动力学性能,增加零部件服役载荷,降低动力部件服役寿命。参考标准EN13103/EN 13104/JIS E 4501 进一步考虑惯性和结构细节效应,建立新的铁路货车及轮对的偏载简化动力学模型。依据这一模型建立包含轴颈轴承在内的铁路货车相关动力部件服役载荷确定方法。结合标准ISO 281,考虑铁路货车双列圆锥滚动轴承的产品特点及顺序轮对服役的载荷特点,建立轴承载荷和概率寿命的评估方法。通过某35.7 t轴重铁路货车轴颈轴承的偏载效应分析,揭示了偏载引起轴承谱当量载荷非线性增长、概率寿命呈非线性下降,要控制寿命下降率低于30%,服役管理的临界横向偏载程度不大于15 mm,临界纵向偏载程度不大于30 mm。     

Low-speed rolling bearing fault diagnosis based on EMD denoising and parameter estimate with alpha stable distribution

When low-speed rolling bearings fail, it is hard to diagnose the extent of their damage. We developed a test rig to simulate the lowspeed rolling bearing operating condition, where bearings with various fault states are installed on the test wheelset and subjected to the same external loading condition. The collected bearing box acceleration time histories are processed with the Empirical mode decomposition (EMD) method combined with kurtosis criterion to filter the trend and noise components. Five characteristic parameters of Alpha stable distribution (ASD) are identified by fitting the ASD distribution to the vibration acceleration signals and computing the Probability density function (PDF). To highlight the advantage of ASD method in feature extraction, kurtosis also has be calculated. Through sensitivity and stability analysis of the six parameters and utilization of Least squares support vectors machine (LSSVM) with Particle swarm optimization (PSO), three most sensitive and stable feature parameters including the characteristic exponent α, the scale factor γ and the peak value of the PDF h are located and applied to evaluate the low-speed rolling bearings’ damage position and damage extent. The proposed method was validated by test data, and the results demonstrated that the ASD characteristics combined with PSO-LSSVM can not only achieve fault diagnosis of low-speed rolling bearings' damage position and damage extent, but also have better diagnosis accuracy and operational efficiency than other methods.     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

循环脉冲指数最大化的共振稀疏分解法及应用

针对复杂多变工作环境下滚动轴承产生的微弱故障信息难以提取的问题,充分利用故障冲击的脉冲性与循环周期性,提出了循环脉冲度最大化的共振稀疏分解(RSD)方法。该方法以短时脉冲峰值矩的变异系数作为循环脉冲指数对轴承故障信号脉冲性与周期性进行综合表征。然后以循环脉冲指数最大化作为优化目标,采用多尺度简化粒子群算法对RSD的品质因子进行了组合优化。最后构建了最优RSD循环脉冲谱,实现了滚动轴承故障的自动辨识。仿真结果与动车轴箱轴承的故障诊断应用实例表明,提出的循环脉冲指数最大化的RSD能够有效避免强脉冲干扰造成的共振频带误判问题,实现复杂工况环境下的滚动轴承复合多故障同步诊断,具有良好的工程适用性。     

基于BP神经网络的钢轨磨损量预测

随着列车运行速度和轴重的提高,轮轨系统的磨损越来越严重,其中曲线半径、轴重和运行速度是影响轮轨磨损的重要因素。建立了钢轨磨损量影响规律的径向BP基函数神经网络模型,该网络具有3路输入,3个神经层;在JD-1大型轮轨模拟试验机上通过改变试验参数进行钢轨磨损试验,获得不同试验参数下的钢轨磨损量;以钢轨磨损数据作为BP神经网络的目标样本,对不同试验参数下的磨损量进行了预测。结果表明,模型可较准确地计算轮轨冲角和速度对钢轨磨损量的影响规律,利用BP神经网络对钢轨磨损量预测具有较高的精度,可在一定程度上验证试验结果。     

The influence of bearing misalignment on the performance of helicopter gear boxes

The misalignments in the bearings of a gear box affect the life of the bearings and the deflection of the tooth contact points of the gears and consequently the performance of the gear box as a whole. Owing to the interaction of the deflections of all component parts of a gear box such as gears, shafts, bearings, spacers etc. it is necessary to consider these in combination rather than individually. A computer program was developed for analysing typical helicopter gear boxes with cantilevered housings in which the gear shafts are supported by taper roller bearings. In this program such factors as the misalignment of the bearings, the torque transmitted, the bearing preload, the rigidity of the casing and shaft complete with the bearing spacer, the spacing between the bearings, the location of the external load and the elements of elastic deformations in the bearings are considered. The particular assembly used in this paper is based on a Wessex tail rotor gear box, although the program developed is of a general nature.The influence of the misalignments between the bearing races that may be present before the application of an external load is investigated in this paper. The effect of crowning of the rollers or race tracks, to reduce the edge loading, on the deflection components of the gear tooth contact points is also included in the investigation.     

重型拖拉机液压机械无级变速器箱体疲劳寿命分析

针对重型拖拉机液压机械无级变速器（简称HMCVT）实际作业过程中由于箱体受载复杂,载荷不对称从而易发生疲劳破坏的问题。本文提出了一种基于虚拟样机技术修正材料S-N曲线对HMVCT箱体进行疲劳寿命预测的方法。利用Adams建立变速器刚柔耦合虚拟样机模型,提取HMCVT箱体各轴承孔处的动态激励。综合考虑HMCVT箱体载荷特点,结构参数,表面工艺等因素,重新拟合了箱体结构S - N曲线,根据Miner线性累计损伤理论对HMCVT箱体进行疲劳寿命预测。结果表明,结构S - N曲线较传统材料S - N曲线有较大程度的修正,HMCVT箱体危险点疲劳累计损伤量为D = 4.8353×10?8,变速箱寿命为57447 h,满足全寿命使用要求。该研究为设计及优化农机装备关键零部件时的疲劳寿命预测提供了参考。     

Investigation of influence of constraints with radius links on locomotive axle load distribution and wheelset steering ability

The problem of improving the tractive and dynamic performance of locomotives by means of using axle boxes with inclined radius links was investigated. The kinematics of axle boxes with different variants (different angles) and designs of inclined radius links, based on the vector contour method for link mechanisms, was studied. The results of a bogie design with vertically inclined radius links were used for the improvement of vertical load distribution for locomotives. The behavior of a locomotive running in a curve is more complicated because the lateral forces appear between a flange of the wheel and the head of the rail in the contact zone, and the values of wheel slip are higher than for straight sections of track. These two factors are the main reasons for wheel wear. Theoretical and experimental investigations to reduce wear and to improve vehicle dynamics were made, and the results obtained show that an effective solution can be reached by the use of inclined links to the longitudinal axis of a bogie in the horizontal plane. Questions about the development of a bogie with a radial installation and active steering are discussed.     

基于SIMPACK的扁疤车轮轮轨冲击力学特性分析

为研究高速列车车轮多处扁疤引起的动力学问题,建立了CRH2型动车组的车辆-轨道动力学模型及车轮扁疤模型。采用变轮径扁疤模拟法,分析单处和两处扁疤的车轮引起的轮轨冲击响应,确定车轮两处扁疤时的扁疤长度、车速及扁疤间夹角变化对轮轨冲击的影响,进而确定CRH2型动车组安全运行时车轮扁疤限值,为高速动车组列车的行车安全提供了依据。