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。     

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。     

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。     

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...     

基于车辆动力学的动车组轴箱轴承动态载荷计算方法

轴箱轴承动态载荷计算结果的准确性对轴承寿命评估具有重要意义。考虑轴承的时变刚度特性，建立某型高速动车组的轴承-车辆-轨道-结构刚柔耦合动力学模型；研究该模型与传统旋转铰车辆动力学模型的轴承动态载荷计算结果的差异，进一步分析轴承刚度与载荷之间的相关性以及动态刚度的分布特征。结果表明，在典型轨道不平顺激扰下，耦合模型与旋转铰模型的轴承边界载荷计算结果基本一致；在实测车轮不平顺激扰下，相比旋转铰模型，耦合模型计算的轴承纵向、横向和摇头载荷幅值整体上偏小，垂向和侧滚载荷幅值整体上偏大，且差异主要集中在100 Hz以上的部分；轴承的垂向刚度与垂向载荷之间具有显著的线性相关性；从动态刚度统计的角度，分别给出轴承的纵向、横向、垂向、侧滚和摇头等效刚度，为4 790 MN/m、58.8 MN/m、4 960 MN/m、3.44 MN·m/rad、18.2 MN·m/rad，可用于完善传统车辆动力学中的轴承建模。所提轴承载荷计算方法可为轴承寿命评估提供载荷参考依据。     

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。     

轮对扁疤对高速列车转向架振动特性的影响

为准确预测高速列车轮对擦伤对车辆性能的影响,基于车轨耦合动力学和非赫兹接触理论,对新旧两种轮对扁疤的几何外形进行数值描述,建立了考虑轮对扁疤的高速列车动力学模型,分析了轮对扁疤激扰对车辆走行部的影响。结果表明,旧扁疤对走行部冲击要大于新扁疤,随着扁疤尺寸的增大,走行部各部件受到的冲击载荷与振动加速度逐渐增大;随着速度增大,轮轨间垂向冲击先增大、后减少;当扁疤长度为10mm,速度为100km/h 时,轮轨垂向力达到最大值;随着速度增加,走行部簧下部件与簧上部件的振动特性差异不断加大。以轮轨垂向力为判断标准时,轮对扁疤尺寸应限制在30mm以内。     

轮轨激扰下轨道车辆轴箱轴承振动与润滑特性分析

基于赫兹接触和弹流润滑理论建立了考虑轴箱轴承的轨道车辆模型,研究了轮轨激扰对轴箱轴承的振动特性和油膜刚度特性的影响规律。分别采用MATLAB/Simulink和UM软件建立了轴承动力学模型和轨道车辆模型,通过相互作用力实现二者的耦合关系。模拟了轴承和轮对的典型故障形式,并详细分析了这些故障对轴承的振动特性和润滑特性的影响。研究结果表明：润滑可以有效减小轴承的振动;轴承的局部故障将导致油膜刚度的增大,轴承故障和车轮扁疤都对润滑的影响较为显著;此外,轮轨激扰会降低轴承外圈的振动比率,但是会增大车辆其他部件的振动,对车体的振动几乎无影响。     

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。     

高速动车组轴箱轴承滚道载荷特性研究

轴箱轴承作为列车走行部件中重要核心部件之一,由于其受载工况恶劣使其成为易损坏的部件之一,研究其在运行过程中滚子滚道间的载荷特性对基于载荷分布的轴承寿命预测,保证其在运用过程中的安全性和可靠性具有重要意义。基于包含轴承的车辆-轨道动力学模型,研究了轨道激扰和列车运行速度下滚子滚道接触载荷特征。研究结果表明,无激扰条件下,车速对滚子滚道接触载荷基本没有影响,但在非承载区,滚子与外圈滚道会发生接触,接触载荷与速度成平方关系;轨道激扰条件会影响能够引起滚子滚道接触载荷瞬时值发生变化;外圈受到的接触载荷标准差值,车速越快,标准差越大;对外圈受到的接触载荷最大的区域进行研究,发现随着速度的增加,轨道激扰造成的振动越大,滚子滚道接触载荷数据波动越大。     

高速列车轴箱轴承动力学分析

考虑实际运行工况,通过高速列车整车动力学仿真得到列车运行时轴箱轴承所受外载荷,建立某型高速列车轴箱所用双列圆锥滚子轴承三维动力学模型,对轴承进行动力学仿真,分析轴承滚子与其他元件的接触力、接触应力变化规律,分析保持架的运动稳定性。结果表明:滚子与内圈滚道接触状态最恶劣,两列滚子动力学性能具有显著差异,两列保持架质心运动趋于稳定,不会产生高频涡动现象,为高速列车轴箱轴承计算分析和应用提供依据。     

轨交车辆轮对弹性振动对轴箱轴承寿命的影响

搭建了某轨交轮对的有限元模型和刚柔耦合的轮对-轴箱动力学模型,并基于所搭建轮对模型进行了相应的模态分析和动力学特性分析,从而计算得到轮对发生弹性振动时轴箱轴承内外侧的振动水平,进而分析轮对弹性振动对轴承寿命的影响,并提出钢轨的定期打磨维护建议.结果表明,轮对的弹性振动随着激扰频率的增加而加强;在所考察的50～ 250Hz的不平顺激扰范围内,分别采用刚性轮对模型和柔性轮对模型时,轴箱安装位置处二者的振动加速度相差10.6％～68.3％;柔性轮对模型中轴箱外侧与内侧轴承寿命的比值随激扰频率的增大而减小,在所考察的不平顺激扰范围内,外侧与内侧寿命的比值的变化区间为0.96～0.68,轮对的高频弹性振动会引起轴箱外侧轴承寿命显著低于内侧;在进行钢轨打磨时尽量消除波长在100～150mm范围内的轨道不平顺.     

高速动车组齿轮传动系统振动特性

齿轮传动系统是高速动车组传递动力的关键结构,对车辆运行安全性和结构振动及其受载特性有重要影响,研究高速列车传动系统的动力学性能对提升高速动车组技术、提高车辆系统稳定性和安全性等具有重要意义。采用有限元法、自由度缩减理论以及多体动力学理论,建立了包含齿轮传动系统振动的国内某型高速动车组刚柔耦合系统动力学模型。模型中,车体和轮对处理为刚体,构架和齿轮副处理为弹性体。在验证模型齿轮副啮合特性基础上,研究了多种工况下传动系统的动力学性能及其与车辆系统主要部件之间的动态相互作用,获得了传动系统载荷及其对车辆系统主要部件振动的影响特性。结果表明,轨道激扰和车辆运行速度对传动系统振动有明显影响,传动系统振动对构架、齿轮箱以及电动机振动等有一定的影响。建立的高速车辆-传动系统耦合振动模型,突破了传统轨道车辆动力学模型模式,对深入研究高速动车组传动系统振动特性具有重要作用。     

城际动车组轮轨力统计特征

目前很少见与城际动车组相关的轮轨力方面的研究。考虑到其速度等级和线路条件等均与高速动车组有很大不同,有必要对其轮轨力作进一步的研究。利用测力轮对技术对某城际动车组的轮轨力进行4600km的线路测试,结果表明提速后的新修线轮轨力的动荷系数为0.25～0.35,对比既有线没有明显变化,且与350 km/h高速动车组也无明显差异。统计结果表明即使是同一线路的去程和返程,其轮轨力垂、横向分力的联合分布也有明显差异。所得轮轨力的载荷谱和各种典型运用工况下的具体统计特征可用于车辆安全性、可靠性的评估及车辆动力学等相关领域的后续研究。     

高速动车组轮对质量对车辆动力学性能的影响

为研究高速动车组轮对质量对车辆动力学性能的影响,建立了车辆动力学仿真计算模型,并通过改变其轮对质量在原始值70%~130%范围内变化,得到对应的动力学指标,以揭示轮对质量对车辆动力学性能的影响。计算结果表明:在轮对原始质量附近,随着轮对质量的增加,车辆的临界速度明显降低;车辆的平稳性指标及轮轨垂向力、轮轨磨耗功呈上升趋势;脱轨系数呈现先上升后下降的变化趋势;轮轴横向力和轮重减载率受轮对质量影响不明显。分析结果可以为今后更高性能高速动车组的设计提供一定的理论依据。     

高速动车组轴箱轴承接触模型的建立与分析

根据圆锥滚子轴承力学模型,计算了高速动车组轴箱轴承内部载荷分布;基于此,采用切片法建立了轴承接触模型,并对常用的切片法进行改进,提出建立滚子的力平衡和力矩平衡方程组,利用Hartnet关于弹性半空间法向作用力对非作用点变形影响的理论研究了最大承载滚子接触应力分布。建立了高速动车组轴箱轴承有限元接触模型,并采用线性变换趋近的网格划分方法对接触区域附近的网格细化,进而对接触模型进行修正,修正后的有限元接触模型计算结果准确可靠。     

基于弹性模型的高速列车曲线通过时轮轨接触特性研究

为研究高速列车曲线通过时的轮轨接触几何关系、蠕滑性能及磨耗情况,基于我国某型高速动车组,利用有限元和多体动力学方法,考虑轮对旋转运动,建立高速列车车辆系统弹性模型,并通过数值仿真,得到高速列车曲线通过时,不同曲线参数影响下,轮轨接触点横向位置、轮轨蠕滑力以及轮轨磨耗指数等的变化规律。结果表明,相对于刚性模型,利用车辆系统弹性模型仿真能够更加真实反映轮对旋转运动时的轮轨接触状态,也更符合高速列车实际曲线通过情况。高速列车曲线通过速度和线路横向不平顺激扰幅值增大均会显著加剧轮对横向位移、轮轨接触点横向位置、轮轨横向蠕滑力等轮轨系统横向相互作用,且会加大轮轨磨耗;曲线半径和超高增大对于曲线轨道外侧轮轨磨耗影响较大,但对于轮轨系统横向相互作用影响较小。将通过速度为350km/h的7 000 m半径曲线超高设置为170 mm,可有效平衡内、外侧轮轨磨耗,列车降速通过则会加剧曲线内侧轮轨磨耗。     

高速动车组减振器载荷特征研究

减振器的主要功能是提供阻尼力以衰减和抑制车辆系统振动,对高速动车组动力性能有十分重要的影响。既有研究主要将减振器处理为阻尼力以研究车辆系统动力性能,极少从动力学和结构可靠性角度关注减振器自身承受的载荷。制作某型高速动车组转向架抗蛇行减振器、轴箱减振器、二系横向和垂向减振器测力元件,在大同-西安高速线路上测试并获得该型动车组运行过程中四种减振器载荷引起的应变信号。对测试数据进行处理和分析,获得高速动车组运行工况下四种减振器载荷的时间历程,分析减振器载荷的时域和频域特征。采用雨流计数法统计减振器载荷峰谷值和频次,获得不同速度等级下载荷分布。结果表明,高速动车组抗蛇行减振器载荷最大、二系横向减振器载荷最小。轴箱减振器相对速度最大、二系横向减振器相对速度最小。减振器载荷总体上呈正态分布,而且一般有列车运行速度越高减振器载荷越大。列车正线行驶时曲线半径对轴箱减振器、二系垂向减振器以及二系横向减振器载荷影响不明显,列车速度和线路小半径曲线对抗蛇行减振器载荷影响明显。     

轮轴弯曲刚度对轮轨垂向动态载荷影响分析

以国内某型地铁车辆为例,研究轮轴弯曲刚度对轮轨垂向动态载荷和轮对垂向振动的影响。在常规多刚体动力学模型的基础上,结合BM3000轮对和北京地铁轮对两种不同的弹性轮对模型,对比分别采用刚性轮对模型和弹性轮对模型时的轮对垂向振动加速度和轮轨垂向力。结果表明,对BM3000弹性轮对模型来说,由于其弯曲刚度相对较小,随着运行速度的增大,轮对垂向振动加速度和轮轨力与刚性轮对的差距不断加大,而对于轮轴弯曲刚度较大的北京地铁轮对来说,其弹性轮对模型和刚性轮对模型的结果比较接近,在计算的速度下轮对的振动峰值及频率均有明显的降低。因而,通过加大轮轴弯曲刚度可明显改善轮对的垂向振动和轮轨垂向力,实现改善轮轨动态接触状态的目的。     

圆柱滚子轴承的动力学分析

介绍了圆柱滚子轴承的3自由度模型的建立方法,分析了滚子与套圈、滚子与保持架、套圈与保持架间的接触或碰撞关系.介绍了使用Fortran90编写的轴承动力学分析软件包BA的程序架构.得到了滚子的运动速度、滚子与内、外圈间的接触载荷与保持架质心的运动轨迹等,并通过案例分析了圆柱滚子轴承的动力学性能,验证了BA的分析能力.