车轮多边形磨耗统计规律及关键影响因素分析

针对列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于轨道交通运输领域,会导致车辆/轨道系统产生高频的振动冲击,严重影响车辆和轨道系统零部件的使用寿命,危及行车安全这一问题,调查了大量车轮的多边形磨耗情况并进行统计分析,掌握了高速列车车轮多边形磨耗问题的现状和特点。以18～20阶多边形磨耗车辆为例,通过理论研究和试验分析(试验分析包括车辆系统振动特性测试和转向架模态特性测试),对车轮多边形磨耗的根本原因及诱导因素进行研究。研究发现,轮轨系统在580 Hz频率附近存在固有模态是导致车辆发生18～20阶多边形磨耗的根本原因,轮轨表面的各种不平顺能激发或者加剧轮轨系统在580 Hz频率附近的模态共振,从而诱发车轮多边形磨耗的产生。该结果可为高速列车车轮多边形磨耗问题的防止和进一步研究提供参考。     

多边形磨耗对轮轨力和轴箱加速度的影响研究

针对高速动车组车轮多边形磨耗会加剧轮轨间的相互作用,导致轮轨间异常伤损的问题,建立了车辆轮对的有限元模型,并利用Lancos法对车轮进行了模态分析。建立了考虑轮对柔性的车辆刚柔耦合动力学模型,研究了车轮多边形磨耗对轮轨力和轴箱加速度的影响,分析了不同速度级下的不同幅值、阶次的车轮多边形磨耗的动力学响应。仿真及研究结果表明:随着车轮多边形磨耗的幅值增加,轮轨垂向力和轴箱垂向加速度均有增加,在18、23多边形阶次下,车轮多边形磨耗引发的激扰频率区间为300 Hz～350 Hz、500 Hz～550 Hz和680 Hz～750 Hz,该频率区间与柔性轮对系统模态接近引起谐振,导致在上述区间段轮轨力与振动加速度幅值显著增加。     

高阶车轮多边形对车辆动力学性能的影响

为研究高速列车高阶车轮多边形对车辆系统动力学性能的影响,对轮对进行模态缩减,建立完整的车辆系统刚柔耦合动力学模型,模型中仅把轮对考虑为弹性体,其余部件视为刚体。通过修改轮对的外形来模拟车轮多边形,进行仿真计算研究车轮多边形波深、谐波数以及列车运行速度对车辆动力学性能的影响。结果表明:将轮对考虑为弹性体将会更加准确地模拟出车轮多边形化对轮轨力的影响,车轮多边形对车辆临界速度和轮轨垂向力有较大的影响,而且当多边形阶数达到一定值时车辆会出现跳轨现象;车轮多边形对车辆平稳性指标影响很小。     

车轮扁疤所引起的车辆系统振动特性分析

车轮扁疤所诱发的轮对弹性变形会导致车辆系统部件振动加速度增大,但目前相关研究主要采取刚体动力学模型。为更准确研究车轮扁疤对高速车辆振动特性的影响,在目前成熟且广泛已知的车辆-轨道耦合模型和车辆系统刚柔耦合模型的基础上,综合考虑车辆主要部件的弹性振动和轨道弹性振动的影响,建立改进的车辆-轨道动力学模型。结果表明,在扁疤作用下,轮对弹性变形对轮轨垂向力影响甚微,但对轴箱端盖垂向振动响应影响很大;扁疤所产生的冲击载荷经过转向架或者钢轨的传递作用,会导致同轴另一侧以及转向架同侧处的轮轨力产生小幅值波动;扁疤所在轮对的左右两个轴箱端盖振动加速度要远大于同一转向架的其他两处;在低速时,车轮扁疤对构架端部垂向振动加速度也有着不可忽视的影响。提出的研究成果揭示了车轮扁疤作用下车辆-轨道系统弹性变形的重要性,对车轮状态监控也具有重要意义。     

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。     

轮轨综合磨耗下对高速列车动力学性能的影响

高速铁路长时间运营,经常发生车轮多边形磨耗,并伴随钢轨波磨,两种损伤形式对列车运行特性的综合影响有待深入研究。采用简谐函数法建立车轮多边形模型,设计余弦函数描述钢轨不平顺磨耗,建立列车刚柔耦合动力学模型,分析不同车轮多边形及钢轨波磨综合磨耗情况下,列车的动力学性能的影响,并提出轮轨综合磨耗的安全限值。结果表明：在轮轨综合磨耗激扰下对列车的动力学性能的影响更为剧烈;列车运行速度为300 km/h下,轮轨垂向力增长幅值最大达到30%,车轮与25阶振型模态产生共振;车轮多边形比钢轨波磨对垂向力的影响更大;不同多边形阶次、幅值下,轮轨综合磨耗工况对轴箱、轮对以及钢轨垂向振动加速度影响更大。车轮多边形安全限值更小,多边形幅值限值平均降低了25.9%,在轮轨综合磨耗作用下更易超出限值;当速度为300 km/h,提出了钢轨波磨和车轮多边形阶次在一定范围内的安全限值。     

车轮多边形磨耗参数对地铁车辆动力学性能影响分析

针对车轮多边形磨耗不同状态下对车辆动力学影响展开研究,建立轮轨柔性某地铁B型车辆刚柔耦合动力学模型,计算车轮多边形阶数和谐波幅值变化对轮轨垂向力、轮轨振动、运行平稳性等车辆动力学性能的影响。结果表明：阶数和谐波幅值在速度增大时轮轨垂向力逐渐增大;阶数14阶、18阶是轮对和轴箱振动加速度随谐波幅值变化产生振动的主要诱因;动力学指标中轮重减载率在18阶、0.04 mm时对其影响最大;车轮多边形使钢轨垂向动位移和振动加速度增大,谐波幅值对钢轨振动特性更有影响。建议考虑制造轮轨柔性,18阶、0.04 mm时对轮轨璇修打磨,以提高动力学性能和行车安全性。     

基于EEMD的列车车轮多边形故障诊断方法

多边形故障作为车轮常见的故障形式之一,不仅会增大列车的振动和噪声、降低列车乘坐舒适性,还会加剧轮轨相互作用力,导致车辆和轨道部件过早出现疲劳失效,对列车安全稳定运行造成不良影响,因此对车轮多边形故障进行诊断具有重要意义.本文根据多边形故障轴箱振动响应提出了基于总体经验模态分解(EEMD)的车轮多边形故障诊断方法.其核心...     

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。     

高速列车车轮多边形对齿轮箱疲劳寿命的影响

车轮多边形是高速列车运行过程中常见的磨耗现象,该现象使轮轨作用力增大,齿轮箱持续异常振动,并会影响其疲劳寿命.为研究高速列车车轮多边形对齿轮箱疲劳寿命的影响,建立了含有齿轮箱支撑轴承的驱动系统和柔性齿轮箱的刚柔耦合整车动力学模型,采用数值仿真分析方法,通过分析不同车轮多边形幅值下轮轨垂向力和齿轮箱垂向振动加速度确定极端...     

高速列车车轮多边形磨耗演变行为

车轮多边形不仅会严重影响高速列车的运行性能,同时会随着车轮的磨耗发生不断演变,因此其演变行为值得关注。对高速列车车轮多边形磨耗的演变过程进行数值模拟,并分析相位差对多边形磨耗的影响。结果表明,车轮初始3阶多边形会演变成多阶混合多边形,其中3的整数倍阶多边形占主要地位;车轮多边形发展过程中,存在一个磨耗急剧增大的"转折里程",应在"转折里程"之前对车轮多边形进行处理;车轮多边形使轮轨垂向力和轮对构架垂向振动加速度增大,同时导致跳轨现象,影响车辆运行安全;多边形相位差会导致车轮的磨耗迅速增加,磨耗率在轮相位差为1/2周期时达到最大。研究成果为车轮多边形的控制手段及现场镟修策略提供了理论依据。     

车轮踏面凹形磨耗对轮轨相互作用的影响研究

为了研究踏面凹形磨耗车轮的动力学行为,改进Kik-Piotrowski方法提出一种可考虑轮对摇头和轮轨多点接触的非Hertz接触模型,结合车辆—轨道耦合动力学理论计算具有实测踏面凹形磨耗车轮的CRH2高速动车组在钢轨上运行时的轮轨动态相互作用行为。计算结果表明,改进的Kik-Piotrowski方法可以很好地模拟磨耗车轮与钢轨的多点接触和非Hertz接触行为,轮轨法向力、轮轨蠕滑力以及接触斑形状都与CONTACT计算结果比较接近。对于踏面凹形磨耗的车轮,接触区域分布在车轮磨耗边缘的两个孤立位置,当接触斑从一个区域向另一区域转换时存在瞬时的两点接触。由于两点接触的过渡,接触区域在两个位置转换时造成的冲击效应并不明显。与无磨耗车轮的动力学响应对比,该类车轮踏面凹形磨耗对轮轨力的影响从总体上来说不大,对轮轨横向力的影响略大于对轮轨垂向力的影响,磨耗会增加轮轨垂向力和轮轨横向力的高频成分。     

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...     

车轮磨耗计算模型及其数值方法

综述国内外车轮磨耗理论模型及其数值方法,提出基于车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和材料摩擦磨耗模型为一体的车轮磨损计算模型, 并发展相应的数值方法。模型中车辆结构和钢轨下部结构被简化成等效质量、弹簧和阻尼系统, 而钢轨用Euler 梁代替, 并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形。利用修改的KALKER三维弹性体非Hertz 滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和滑动量等参量;根据Archard材料磨损模型计算车轮的磨耗深度。利用该模型和相应的数值方法分析不同曲线半径情况下车轮的磨损情况,结果表明该模型可以较好地模拟车轮磨损的演化过程。给出列车通过曲线半径为350 m时车轮的磨损情况。数值结果表明,每个转向架下前轮对比后轮对磨耗严重,外轨上的车轮比内轨上的车轮磨耗严重。     

轮径差对高速列车性能的影响

利用轮轨接触几何算法研究不同轮径差下的静态轮轨几何接触关系,分析轮径差对轮对等效锥度的影响.根据我国某高速列车性能参数建立车辆系统动力学模型,分析高速车辆轮对的轮径差的改变对直线运行稳定性、运行平稳性和曲线通过性能的影响.结果表明,相比转向架轮对轮径差反相分布的情况,转向架轮对轮径差同相分布时车辆的临界速度较低,稳定性、平稳性较差,轮对偏离轨道中心线较大;轮径差反相分布时轮对过曲线时冲角、平均磨耗功和轮轨横向力较大.     

机车异常振动原因分析和控制措施研究

针对某和谐型电力机车在运营过程中存在振动过大等问题,对该型机车车轮不圆度和线路振动进行了测试。基于SIMPACK软件建立了考虑钢轨、轮对和构架弹性变形的机车-轨道刚柔耦合动力学模型,通过试验结果对模型进行了验证。利用建立的仿真模型分析了车轮多边形对机车振动和轮轨相互作用的影响,据此提出了机车车轮多边形镟修限值。试验测试发现该型机车车轮存在显著的16～19阶和24阶多边形磨耗,且车轮多边形磨耗是引起机车异常振动的根本原因。通过车轮镟修可以显著降低机车振动水平。机车关键部件的柔性对振动影响较大,在仿真计算时需予以考虑。基于轮轨垂向力限值,建议对于高阶多边形车轮,当径跳超过0.25 mm及时进行镟修。     

动车组车轮多边形轮轨力的仿真研究

车轮多边形会造成轮轨冲击,对车辆、轨道零件造成破坏,严重影响列车运行的安全稳定性。以CRH3型车作为研究对象,建立动力学仿真模型,模型中将车轮考虑成刚性,将轨道视为柔性体,通过实测与仿真对比验证了模型;通过改变轮对的形状,研究谐波数、波深、车速对轮轨力的影响。研究结果表明,车轮多边形阶数、波深、车速对轮轨力影响较大,在车速为300km/h下波深0.14mm时出现跳轨,波深达到0.24mm时,轮轨力最大值超限。该研究结果为进一步研究轮轨关系、保证列车安全运行提供了理论支持。     

多边形激励下动车组动态响应研究

首先基于刚柔耦合理论,考虑了轮对、轴箱和构架的柔性,建立了动车组车辆刚柔耦合动力学模型;然后又通过模态叠加法建立了轨道的动力学模型,从而发展成车线-刚柔耦合动力学模型。随后,在车轮上施加20阶理想多边形,研究了300 km/h下轴箱垂向加速度、轮轨垂向力和轮轴弯曲应力的响应,结果表明:轴箱垂向加速度和轮轨垂向力以577 Hz的多边形通过频率波动,而轮轴弯曲应力主频为28.8Hz的车轮转频,在此基础上,叠加了多边形的通过频率,因此多边形的通过频率577 Hz会分岔为548 Hz和605 Hz两个频率。通过对不同速度和不同多边形幅值下车辆响应的研究可以得到以下结论:随着速度和多边形幅值的增大,轮轨力最大值总体上呈现增大趋势。从轮轨力最小值上看:速度越大,多边形幅值越大,则更容易发生轮轨分离。当车轮多边形通过频率与轮轨耦合共振频率耦合,会引起轮轨垂向力的增大。当与轴箱自身模态频率耦合时会导致轴箱加速度的变大。轮轴应力则主要受到轮轨耦合共振模态以及轮轴自身的弯曲模态影响。     

基于有限元梁轨枕的轮轨高频振动模型

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立车辆-轨道垂向耦合模型,轨枕采用有限元梁模型.在轮对扁疤初速度激励模型和位移激励模型下,计算车辆轨道系统的振动响应,并与轨枕集中质量模型仿真结果进行比较.结果表明,轨枕模型的选取对轮轨力影响较小,但轨枕有限元梁模型可以反映沿轨枕长度方向在不同时刻的振动响应,而且计算出轨枕振动的速度分布可为轨道系统辐射噪声计算提供振动数据.     

车轮非圆化磨耗对机车轮轨系统动态响应的影响

对频繁发生振动报警问题和运营正常的某型号电力机车分别进行车轮非圆化磨耗测试,对比分析运营正常和发生异常振动报警车轮的非圆化磨耗特征。测试结果表明:运营正常的机车车轮非圆化磨耗形式主要以低阶为主,而频繁发生振动报警的机车车轮非圆化磨耗除低阶磨耗外,还存在明显的16～25阶非圆化磨耗,这是造成机车异常振动的根本原因。建立机车车辆-有砟轨道耦合动力学模型,研究车轮非圆化磨耗对轮轨动态相互作用的影响,系统地调查分析轮轨动态相互作用随车轮非圆化磨耗特征的变化规律。结果表明:严重的车轮非圆化磨耗会加剧轮轨动态冲击作用,轮轨系统动力学响应随非圆化磨耗幅值的增大而增大,但随非圆化磨耗阶次的增长而呈非线性变化趋势。