高速轮轨黏着特性三维简化数值模型研究

通过对轮轨载荷和运行参数的三维膜厚状态图的分析,发现水介质表现出弹性等黏度特性。为此,应用Grubin简化弹性流体动力润滑模型,结合Greenwood Tripp微观固体接触理论,建立水介质存在时的高速轮轨黏着特性的三维简化数值模型。分析表明,该模型能很好地反映轮轨黏着情况,且求解时不需对雷诺方程反复迭代求解,计算过程简单。研究速度、粗糙度、接触压力以及边界摩擦因数对黏着系数的影响。结果表明,相比于其他因素,速度和粗糙度对黏着系数影响较大,随着速度的增加,黏着系数减小,随着粗糙度的增加,黏着系数先增大后达到一稳定值。     

不同介质作用下轮轨粘着特性研究

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机开展介质工况下的轮轨粘着特性试验,研究干态、水、油、砂、树叶等介质对轮轨粘着系数的影响。结果表明:不同介质工况下的轮轨粘着系数明显不同,干态下轮轨粘着系数最大,油水介质下粘着系数最小,加水和油将显著降低轮轨粘着系数,且油介质下的轮轨粘着系数明显小于水介质下的粘着系数;随环境湿度增加轮轨粘着系数明显降低,当湿度从20%增加到100%时,粘着系数将降低约17%;干态和油水介质下,随轴重增加轮轨粘着系数呈明显增加趋势;轮轨接触面间加入新鲜树叶后粘着系数将降低,树叶与水共同作用下的轮轨粘着系数最小;通过撒砂能提高水油介质工况下的轮轨粘着系数,但会加剧轮轨试样表面损伤,导致剥落损伤出现。     

水介质条件下轮轨黏着特性研究

以Carter二维滚滚接触理论和粗糙面间的稳态部分弹流理论为基础,在考虑轮轨接触表面有相对滑动情况下,应用数值分析方法对水介质条件下轮轨黏着特性进行研究,研究滚动速度、轴重对黏着的影响。研究发现:在水介质条件下,轮轨接触区的区域要比干接触时大,流体动压入口约在Hertz接触半宽的2倍处;相同轴重条件下,随着滚动速度增大,流体动压力值增大,而相应的微凸峰接触压力值减小,导致其与总压力的比值减小,引起轮轨之间的黏着系数下降;相同速度条件下,随着轴重的增大,微凸峰接触压力与总压力的比值增大,引起轮轨之间的黏着系数增大。     

油介质下高速轮轨低黏着特性和撒砂试验研究

在车轮-钢轨高速滚动接触疲劳试验机上进行油介质下高速轮轨低黏着特性和增黏试验,研究油介质条件下不同速度、蠕滑率、轴质量以及撒砂对黏着系数的影响,最高试验线速度200 km/h。结果表明:黏着系数随蠕滑率的增加先增大、再微降随后趋于平稳,在蠕滑率3%左右达到最大;随着速度的增加,黏着系数呈快速下降趋势,如速度从50 km/h增加至200 km/h时,最大黏着系数从0.092下降至0.049;当轴质量由12 t增至16 t时,黏着系数仅略微增加了0.01;撒砂后,黏着系数约为未撒砂时的3倍左右,且依然随速度增加而降低;撒砂会使得试验后轮轨表面产生很多麻坑,从而增大了表面粗糙度,对增黏起到了一定作用,但增黏砂会对接触表面造成显著损伤,在极端条件下会促进滚动接触疲劳的萌生,威胁运行安全。     

高速轮轨黏着机制进展及模拟试验研究

列车的运行要借助于轮轨之间的黏着和制动,轮轨之间的最大黏着力受到接触斑上黏着系数的限制,因此轮轨关系中的黏着问题是与高速铁路运营密切关联的带有基础性的研究课题。综述国内外高速轮轨黏着的进展及现状,指出研究面临的主要问题。介绍轮轨模拟试验机开展的轮轨黏着试验,结果表明:油水砂介质下的轮轨黏着系数最大,油水介质下的轮轨黏着系数最小,利用此模拟试验机可开展轮轨黏着特性研究。     

不同工况下轮轨黏着-蠕滑曲线特性

在轮轨滚动接触模拟试验机上采用均匀连续变化差的试验方法,进行不同工况和不同法向力条件下的轮轨黏着-蠕滑曲线试验,并利用两种数值拟合方法研究不同试验条件下的黏着-蠕滑曲线峰值点位置和初始斜率。结果表明:不同工况下的轮轨黏着-蠕滑曲线有较大差异,与干态相比,水、油工况下不仅导致黏着系数明显降低,还会导致峰值点发生明显左移;水、油工况下撒砂可有效提高黏着系数并使峰值点位置右移;干态下法向力增加对黏着系数和峰值点位置影响较小,但会导致曲线初始阶段斜率的下降;水、油工况下法向力的增加均会使黏着峰值点位置左移,并在水态下导致黏着系数的明显下降;撒砂后法向力对黏着系数及峰值点位置的影响较小,但曲线初始阶段斜率随法向力的增加呈下降趋势。通过试验和数值拟合获得轮轨黏着-蠕滑曲线特征参数的方法可为后续轮轨黏着研究提供参考。     

基于横向蠕滑特性的轮轨黏着试验研究

为提高列车的横向稳定性,研究了轮轨横向黏着特性。利用自主设计加工的横向轮轨滚动振动试验台,在不同介质工况下进行轮轨横向黏着特性试验,分析水、油介质条件以及轴重力、速度对轮轨横向黏着特性的影响。结果表明:相比干态条件,水、油介质条件下会使轮轨横向黏着系数降低;不同介质工况下随着轴重力的增加,横向黏着系数均增加;在干态与水介质下横向黏着系数随着速度的增大而降低,而在油介质下横向黏着系数随着速度的增大而增大,但变化幅度不是很大;在轮轨接触面撒砂能提高横向黏着系数,但对轮轨损伤有一定的影响。     

空气湿度对轮轨黏着系数影响研究综述

良好的轮轨黏着是列车安全、高品质运行的重要保证,而轮轨黏着又遭受许多外在因素的影响,其中,空气湿度就是其中之一。空气湿度作为轮轨间的第三介质,通过改变轮轨接触表面特性而直接影响轮轨间的黏着,国内外学者就此开展了大量的试验研究、机制分析和数值计算。针对已有的研究成果,阐述空气湿度对轮轨黏着系数影响的试验研究、机制分析和数值计算的研究现状,指出在目前研究中存在未考虑是否形成水膜、试验速度范围较小等问题,并提出今后研究的重点。     

油污染工况下轮轨黏着特性研究

利用JD-1轮轨模拟试验机研究新污油、油水混合物以及油水砂混合物介质对轮轨黏着系数的影响.结果表明:在污油、油水以及油水砂工况下,轮轨黏着系数均远远小于干态工况下的轮轨黏着系数;对比3种介质,油水介质工况下轮轨黏着系数最小,约为0.03,污油介质工况下轮轨黏着系数略大,约为0.05,油水砂介质工况下轮轨黏着系数最大,约为0.08.     

轮轨黏着特性试验研究

利用JD-1轮轨模拟试验机研究了干态工况下蠕滑率、速度和轴重等参数对轮轨黏着系数的影响.结果表明:蠕滑率是影响轮轨黏着系数的主要因素;当蠕滑率为0时,黏着系数很小大约为0.02;当蠕滑率在0～1%时,轮轨黏着系数快速增加;蠕滑率在1%时黏着系数达到最大值,随后随蠕滑率的增加黏着系数出现下降趋势并逐渐趋于稳定,此时表现为轮轨宏观滑动.轮轨黏着系数随着速度增加而降低,随着轴重的增大呈现增加趋势.     

水油介质下研磨子对轮轨增黏与损伤影响

利用滚动磨损试验机开展轮轨黏着试验,研究水油介质下研磨子对轮轨增黏与损伤行为的影响。结果表明:水油介质下研磨子具有明显轮轨增黏作用,其增黏效果随施加压力的增加而增大,相同压力作用时油介质下研磨子的轮轨增黏效果更佳;水油介质下施加研磨子会加重轮轨试样的磨损,随压力增加轮轨试样磨损量呈增加趋势;水油介质下研磨子对轮轨试样表面损伤具有较大影响作用,增加压力会加重轮轨试样的表面损伤和塑性流动;随施加压力增加,水介质下轮轨试样损伤从轻微磨损向明显的表面剥离损伤转变,油介质下轮轨试样损伤从轻微点蚀转变为明显的表面疲劳损伤。     

水介质润滑下车轮钢磨损机制研究

利用往复滚动试验装置,研究了水介质作用下车轮钢的往复滚动摩擦磨损机制.结果表明:接触界面存在水介质条件下的车轮钢摩擦因数明显低于干态工况下的摩擦因数;水介质润滑条件下车轮钢磨损以磨粒磨损为主,水介质的存在减小了车轮钢表面的磨损,同时减轻了车轮钢表面的剥离损伤.     

一种磁场控制成形的砂轮制备方法

提出了一种基于磁场作用来实现磨粒规则排布的砂轮制备方法,设计了金刚石微粉砂轮成形装置,并对其磁路及环形磁场分布进行了仿真。观察了环形磁场的分布状况,制作了磁控砂轮,并用制作的磁控砂轮磨削了碳化钨试件。试件表面粗糙度Ra达到了29nm,与非磁控砂轮相比,表面质量得到了明显提高。     

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。