异常振动的磨耗车轮镟修型面研究

车轮踏面磨耗引起轮轨匹配不良,极易造成车辆异常振动。设计车轮镟修型面,改善轮对及车辆振动特性。以圆弧长度、半径、及圆弧坐标为变量,采用GA-BP算法,以车辆运行平稳性与等效锥度为优化目标构建踏面优化模型,进行多目标寻优求解,获得磨耗车轮的镟修型面。结合车辆系统动力学进行分析,结果表明：镟修型面LMB-opti的轮轨静态匹配良好,车轮踏面接触点分布均匀,构架横向振动加速度在（-0.45g,0.45g）之间,车辆运行平稳性指数为2.2,降低了23.3%;列车运行5万km、10万km后,镟修型面LMB-opti比标准型面LMB磨耗深度分别降低了4.7%和5.1%,有利于减缓车轮凹磨及改善车辆的异常振动。     

B型地铁车轮失圆问题分析

车轮失圆是铁路轮轨列车较为常见的问题之一,对车辆运行安全和轮对维护具有较大影响。通过对80km/h速度级B型地铁车辆车轮不圆度进行大量测试,发现测试的6条线路中有5条线路车轮主要表现为偏心磨损,且车轮失圆发展非常缓慢,仅1条线路的车轮失圆较为严重,主要表现为偏心和5～8边形。失圆严重的车轮存在明显凹形磨耗,并且闸瓦-车轮匹配关系较差,闸瓦不能起到圆度修形作用,导致车轮失圆发展较快。根据现场调研和试验结果分析,提出了降低列车启动加速度、改善闸瓦-车轮匹配关系和降低轮轨动力作用等措施减缓车轮失圆的发展。根据车轮失圆对车辆动力学性能影响的仿真分析,提出了车轮低阶多边形的镟修限值,建议采用径跳0.4mm的统一限值对低阶失圆车轮进行镟修。     

车轮型面对轮轨滚动接触行为影响及选用

分析两种轨底坡情况下锥形踏面与磨耗型踏面车轮的滚动接触行为,结合钢轨损伤行为提出车轮型面的选用要求.结果表明,轨底坡从1∶40变为1∶20时,磨耗型和锥形踏面的滚动接触几何参数将发生很大的变化;轨底坡为1∶20时,磨耗型踏面的最大切应力和等效应力明显小于锥形踏面.磨耗型车轮踏面能减轻重载钢轨侧磨且等效锥度大于锥形踏面车轮;由于重载与高速铁路钢轨损伤形式的不同,建议优化设计高速铁路车轮踏面形状,以减轻高速钢轨疲劳损伤的发生.     

基于轮轨型面匹配数值模拟的地铁车轮异常磨耗原因分析

通过线路测试和数值仿真对某B型地铁列车车轮异常磨耗现象进行深入分析。结合轮轨接触几何关系和轮轨滚动接触理论进行轮轨静态接触分析;基于UM软件建立该地铁车辆动力学仿真模型和磨耗预测模型,计算轮对运动状态和车轮磨耗水平。通过对比不同轮轨匹配的仿真结果来分析该地铁车辆发生轮缘和踏面异常磨耗的原因,进而提出相应的控制措施。结果表明,该地铁线路小半径曲线占比较大且钢轨轨底坡异常。地铁车辆轮缘和踏面异常磨耗是由较大轨底坡线路条件下轮轨型面匹配关系不合理所导致。将全线轨底坡修正成1/40对车轮异常磨耗现象的减缓效果有限。为有效减轻该地铁车辆车轮异常磨耗,可考虑将车轮踏面外形由S1002镟修为LM。     

基于高斯过程的地铁车辆轮对磨耗建模及其镟修策略优化

根据广州地铁车辆轮对的磨耗数据,分析轮对磨耗和镟修的特点.针对踏面直径和轮缘厚度两个形面参数,基于高斯过程建立轮对磨耗的数据模型.根据地铁车辆轮对镟修要求,提出一种轮对镟修的控制限策略.在轮对磨耗模型的基础上,给出该镟修策略的蒙特卡罗仿真模型.然后利用蒙特卡罗仿真方法,以轮对期望使用寿命和期望镟修次数为指标,对不同的轮对镟修策略进行分析,从而实现轮对镟修策略的优化.结果表明:轮对轮缘厚度较大或较小时,轮缘磨损均较严重,而踏面直径的磨损速率和轮缘厚度不具有相关性;当轮缘厚度减少到27～28.5 mm时,通过镟修将轮缘厚度恢复到30 mm,这样的镟修策略能较好地延长轮对期望使用寿命,达到约13.2～15.3年.     

车轮磨耗下车下悬吊系统振动特性研究

为研究高速动车组车下悬吊系统在车轮磨耗下的振动特性演变规律,建立考虑车体弹性振动和车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析一个镟轮周期内车轮磨耗对车体和车下悬吊设备振动响应的影响。研究结果表明:车轮磨耗主要影响车下悬吊系统的横向振动,对垂向振动影响较小;在前5万km运营里程下,车体和车下设备的振动特性基本保持不变,随着里程的增加,车体和悬吊设备的振动特性不断恶化,当运营里程达到19.1万km时,车体和悬吊设备的振动加速度幅值达到了新轮下的2倍;车辆运行速度不高于140 km/h时,车轮磨耗对车体和设备的振动影响甚微,随着速度的增加,车轮磨耗对车体和悬吊设备的影响逐渐增大;通过选取合理的横向悬吊刚度可以有效抑制车轮磨耗对悬吊系统的影响,其取值范围在0.7~1.5 MN/m内比较合适。     

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。     

基于圆跳动发展跟踪的镟修策略优化方法

为保证地铁列车安全平稳运行,需定期对轮对进行预防性镟修。制定合理的镟修周期,有助于延长轮对的使用寿命,减少轮对维护工作量。现根据广州地铁七号线开通运营两年以来轮对的运用情况及开展的轮对圆跳动发展跟踪研究,对轮对镟修周期进行了优化分析,找出了一种轮对镟修周期跟踪研究模式,并提出了轮对镟修策略优化建议。     

车轮磨耗影响下驱动系统对轮轨动态特性的影响研究

作为轨道车辆常见的车轮损伤类型,车轮异常磨耗对列车安全运营形成巨大挑战,严重影响轨道交通高质量发展,同时,其形成机理及关键影响因素也长期困扰着铁路科研人员。作为轨道车辆传递牵引动力的关键装置,驱动及传动系统作为激励源和激励传递路径参与整车耦合振动,特别是扭转振动,显著影响着轮轨动态相互作用,而在车轮磨耗研究中却是常被忽略的因素。本文基于模态叠加法和多体动力学理论,在考虑柔性车轮的基础上,分别建立考虑驱动与传动系统和不考虑驱动与传动系统的刚柔耦合车辆动力学模型,通过Fa Strip与USFD相结合建立的磨耗模型,分析在车轮磨耗影响下驱动与传动系统对轮轨动态接触特性的影响。研究结果表明,驱动及传动系统对车轮磨耗的发展起到了明显的促进作用,从而对轮轨接触动态响应的影响显著,特别是考虑驱动及传动系统后,柔性车轮齿轮一节径模态伴随轮对横向弯曲容易被激发,对轮轨横向蠕滑率影响远远大于对纵向蠕滑率和自旋蠕滑率的影响。因此,在进行车轮磨耗机理分析及激励计算时应考虑驱动及传动系统的影响。     

车轮多边形对高速动车组动力学性能影响

随着动车组运行速度的不断提高,车轮在运行过程中的磨耗加剧,在增加维修成本的同时,恶化了列车的服役环境,严重时将会威胁行车安全。针对车轮运行磨耗引起的多边形问题,以某型线上服役高速动车组为研究对象,采用Simpack建立其动力学模型,分析车轮多边形(阶数为1～11,波深为0.1 mm～0.5 mm)对高速轮轨系统垂向振动响应的影响。为了直观观察相关变化规律,引入决定系数,对其变化规律进行曲线拟合。结果表明,车轮多边形波深的取值大小对垂向振动响应的影响更为显著,所得拟合曲线的变化规律为高速动车组的检测维修以及安全评估提供参考。     

车轮材料对轮轨系统匹配性能的影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究4种含碳量不同的车轮材料分别与PD3热轧钢轨进行匹配的磨损与疲劳性能。结果表明：随着车轮材料的含碳量增加,硬度增大、耐磨性增强,导致磨损量降低,轮轨系统的磨损量呈现先减小后增大的趋势;车轮试样的塑性变形层厚度随含碳量的增加而减小,抗疲劳性能加强;车轮试样表面由严重剥落损伤向轻微剥落转变,伴随有一定的黏着磨损;钢轨试样表面以剥落磨损为主。     

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。     

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.     

出口形状对中心体喷嘴射流性能的影响

提出将中心体喷嘴与异形喷嘴组合以产生更好的空化射流效果的思路。采用Mixture多相流模型,在15MPa的射流压力下,对正方形出口、三角形出口和圆形出口3种中心体喷嘴产生的淹没射流流场进行数值计算,重点对轴向速度、径向速度、湍动能和空泡相体积份额进行了对比分析。研究表明:圆形出口的中心体喷嘴比另两种异形出口的中心体喷嘴产生更高的射流速度和湍动能;正方形出口比三角形出口的中心体喷嘴的射流稳定性能更强,圆形出口的中心体喷嘴产生的集束性能较强;异形出口的中心体喷嘴产生的流场中,空泡相延伸距离更长,异形出口的中心体喷嘴产生的空化射流效果更好。     

成型面干磨削用旋转热管砂轮换热性能研究

制约难加工材料成型磨削的主要问题是磨削烧伤.现有的冷却技术大多基于冷却液进行冷却,而鲜有学者从砂轮基体本身的换热潜能出发来解决磨削热的疏导问题.提出借鉴高效传热性能热管技术实现磨削弧区强化换热的构想,针对典型盘类零件型面特征,制作了轴向旋转热管砂轮,通过监测热管内部的温度分布,分析了不同转速、充液率以及热流密度条件下轴...     

车轮型面数值优化技术

以轮对滚动圆半径差为设计目标,根据3次样条理论建立铁路车轮型面数值优化设计模型。用3次样条有效地光滑车轮型面,而轮对滚动圆半径差则决定了车辆动力学性能。作为模型的算例,为提高LMA型面轮对的曲线通过能力,通过增大轮对滚动圆半径差的控制目标,对LMA型面轮缘根部进行优化设计,并详细地分析设计车轮型面的轮轨滚动接触和车辆动力学特性。结果表明,与LMA型面相比,优化后的车轮型面尽管轮缘根部接触压力、应力有所提高,但车辆曲线通过能力得到了显著地提高,而车辆的临界速度、平稳性、安全性等指标基本不变,对LMA型面的优化设计达到了预期目的。说明了提出的基于轮对滚动圆半径差控制模型的有效性和可行性。     

轮径差对三大件式转向架曲线通过性能影响分析

轮径差是我国铁路重载货车运用中常见的一类问题,对车辆的运行稳定性和曲线通过性能有较大影响.为揭示轮径差对三大件式转向架曲线通过性能的影响规律,建立了某型敞车动力学模型,对比分析了四种不同形式轮径差下货车曲线动态响应.研究结果表明:不同种类轮径差对转向架通过曲线的影响有所不同,适当程度轮径差有利于车辆动态曲线通过;前导向...     

组合轮径差对地铁车辆动力学性能的影响

为了研究各种轮径差组合形式对地铁车辆动力学性能的影响,基于车辆系统动力学和赫兹非线性接触理论,建立地铁动车非线性动力学模型,分析各种轮径差组合工况下地铁车辆的临界速度、平稳性、安全性和磨耗功率及其变化规律。结果表明:在多种轮径差组合工况下,轮径差增大会使地铁车辆的临界速度有较大幅度降低,会使地铁车辆的横向平稳性和磨耗功率明显增大;轮径差对地铁车辆的垂向平稳性、轮轴横向力、轮轨垂向力、脱轨系数和轮重减载率影响较小;通过左、右曲线时,轮径差对磨耗功率增幅的影响存在差异,但变化规律一致。