机车转向架通过曲线的动态过程分析

为了解转向架的曲线通过过程,根据蠕滑理论推导出轮对曲线通过方程,发现制约转向架曲线通过性能提高的主要因素是传统转向架一系定位刚度较大,限制轮对相对于构架的摇头自由度,影响轮对自导向能力的发挥。动力学仿真发现相对于锥形踏面,磨耗型踏面可以提供轮对通过半径为300 m曲线所需的轮径差。传统三轴转向架由于一系定位刚度较大,导向轮对在曲线半径1 100 m以下均发生轮缘接触,而后端轮对具有较好的导向性能,具有较小冲角。径向转向架通过耦合轮对摇头运动保证转向架的稳定性,同时通过径向机构,轮对实现牵引和导向功能的分离。采用较小的定位刚度和反相耦合端轴轮对摇头运动,可以互相促进轮对导向,减小轮对冲角。径向转向架能够实现无轮缘接触通过半径为450 m以上曲线。     

高速车轮非圆化磨耗对轴箱端盖异常振动影响初探

国内现有某高速列车在运营一段时间后,轴箱端盖的连接螺栓经常发生松动现象。为寻找轴箱端盖螺栓松动的原因,分别对车轮表面磨耗状态及列车关键部件振动特性进行测试,系统地分析轴箱显著频率振动与车轮非圆化磨耗之间的相关性;根据车轮多边形及关键部件的振动特征,对轴箱端盖和一系减振器进行模态测试,对轮对和构架进行有限元模态分析,并通过观察轴箱振动显著频段内轴箱端盖变形,初步分析了轴箱端盖螺栓易松动的原因。结论如下：轴箱振动能量主要集中在314～372 Hz和514～600 Hz的频率范围内,该频率段分别对应车轮的11～13阶多边形磨耗和18～21阶多边形磨耗产生的激励频率范围。轴箱在314～372 Hz的振动显著频率与减振器在221～436 Hz的固有模态群相互耦合,轮对和构架在514～600 Hz的固有模态群相互耦合,这两种模态耦合关系是导致轴箱端盖异常振动,后期发展为螺栓松动的主要原因。     

单节八轴机车转向架动力学研究

针对B0B0-B0B0轴式的单节八轴机车转向架结构,提出一种采用中间构架连接两台B0转向架实现三系悬挂支撑车体,并应用单牵引杆直接连接两轴构架与车体传递纵向力的结构形式。该方案结构简单并能实现高粘着利用率,具有可行性和良好的动力学性能。三系悬挂使得机车车体具有优良的平稳性,同速度等级和轴重的2C0机车进行对比计算,机车R300 m小半径曲线通过时,机车导向轮对轮轴横向力及导向轮轮缘磨耗因子相对2C0机车减小35%左右;R800 m半径曲线通过时,轮轴横向力减小15%,轮缘磨耗因子减小23%。     

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。     

钢轨滚动磨损性能试验研究

在JD-1型轮轨摩擦试验机上研究了轴重与曲线半径对钢轨滚动磨损性能的影响。结果表明：轴重与曲线半径是影响钢轨磨损的主要因素。试样磨损量随着载荷的增加而增加,也随着曲线半径的减小而增加;试样表面磨损形貌随着载荷与曲线半径的改变而表现出不同的变化,其中大载荷和小曲线半径试验使钢轨试样磨损程度严重,表面容易产生较明显的塑性形变以及龟裂现象;制动力条件下滚动试样磨损更为严重。     

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。     

A study on the critical speed of worn wheel profile using a scale model

A study was conducted to analyze the influence of wheel profile wear on running stability by using a 1/5 scale bogie model. The critical speed was analyzed by constructing a dynamic model for the bogie model. And the 1/5 scale bogie and a scaled roller rig prototype were manufactured to verify the feasibility of applying the scale model; a critical speed test was conducted for worn wheel profile samples. The test results for the scale model were consistent with the simulation results for the scale model within the range of 5% or less. Also, the variation of the critical speed of the scale model for the wheel profile wear shows a similar trend with the analysis results of the full scale model. Therefore, using the scale model to analyze the influence of wheel profile wear on running stability shows sufficient feasibility as a model to analyze the stability of a full scale bogie.     

GA-BP网络在钢轨磨损量预测中的应用

基于GA算法及BP神经网络优点,将GA算法优化的BP网络应用于钢轨磨损量预测。通过赫兹模拟试验方法,在JD-1轮轨模拟试验机上获得不同曲线半径、轴重、运行速度工况下对应的钢轨磨损量,即神经网络所需样本,建立GA算法优化三层BP神经网络,对钢轨磨损量进行预测。结果表明:GA算法优化的BP神经网络对钢轨磨损量具有良好的预测性能,较好地反映了曲线半径、轴重、运行速度对钢轨磨损量的影响规律。     

基于Tγ/A-磨损率模型的车轮磨耗仿真分析

基于实验室获得的CL60车轮材料Tγ/A-磨损率曲线建立车轮踏面磨损模型,通过Simpack软件建立C80货车模型进行车辆轨道动力学仿真,利用Tγ/A-磨损率车轮踏面磨损模型对车轮踏面的磨耗规律进行仿真分析。结果表明：25 t轴重、600 m曲线半径工况下,同一转向架的前轮对较后轮对磨耗严重,同时与内轨处车轮相比,外轨处车轮磨耗较为严重;由于Tγ/A-磨损率曲线中磨损率输入取值的连续性,相同工况使用该模型获得的仿真结果比采用Archard磨损系数仿真得到的结果要小,其结果具有更好的精度。基于Tγ/A-磨损率的车轮踏面磨损模型为未来复杂服役环境下的车轮踏面磨耗预测提供了重要的方法。     

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。     

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。     

对韶山4改型机车整体车轮压装质量问题的轮对组装工艺研究

文章针对韶山4改型电力机车整体车轮压装中轮、轴易拉伤及组装尺寸难以保证这一质量问题,分析研究了该车型传统的轮对组装、车轴、车轮加工工艺,结合技术引进方面的知识,找出轮、轴拉伤及组装尺寸难以保证的主要原因。通过改进传统的工艺方法,解决了该质量问题,同时为其它车型机车类似质量问题的解决提供了新的方法。     

多轴车辆线控液压转向系统设计及转角控制

为减小多轴转向车辆货厢部位的第三轴转向轮转向磨损,要求该车轮与驾驶室部位的前转向轮转角关系满足阿克曼转向原理。针对某型号8×2四轴重型车辆,设计出一种第三轴线控液压转向系统,并建立其动力学模型,设计了基于指数趋近律的滑模控制器对第三轴转向轮转角进行控制,选取典型工况对所设计的控制器进行了仿真分析,并进行实车试验验证。研究结果表明：基于指数趋近律的滑模控制比基于比例切换函数的滑模控制及开环控制响应更快速、趋近目标值时间及超调持续时间更短、稳态差值更小;与采用机械液压转向系统相比,安装基于该控制器的线控液压转向系统不仅能显著提高第三轴轮胎的转向抗磨损性能,同时也改善了整车的转向性能。     

动车组轴箱轴承基于实测载荷的寿命预测方法*

针对动车组轴箱轴承所受载荷的复杂随机性,在轴箱弹簧和转臂载荷测试技术基础上,对某型动车组动力转向架轴箱进行线路实测,获取典型线路段弹簧和转臂的载荷时间历程以及列车运行速度信息,以ISO 281：2007标准方法为基础,研究结合损伤的轴承寿命预测方法。同时也分析动车组轴箱轴承复杂的受载特性,给出将所测弹簧和转臂载荷近似转化为轴承的径向和轴向载荷的方法;计算轴箱轴承在实际运行的复杂载荷下不同可靠度的预测寿命,并与传统ISO标准方法计算结果进行对比,结果表明该预测方法相对保守,偏于安全;另外,计算低速进出库路段轴承疲劳寿命,其寿命比正常高速运行小很多,从损伤角度来看,动车组轴箱轴承低速进出库比正线高速运行的每公里损伤值更大;结合不同工况百分占比,给出轴承预测寿命,结果表明该寿命预测方法合理,可用于指导高铁轴箱轴承设计以及相关理论研究。     

高速铁路小半径曲线钢轨磨耗影响因素分析

随着高速铁路运营里程的增大和运量的激增,钢轨磨耗成为不容小觑的问题,尤其在小半径曲线段钢轨磨耗更为复杂和严重。针对高速铁路小半径曲线段钢轨磨耗问题,利用SIMPACK多体动力学软件建立高速动车组车辆动力学模型,利用Archard磨耗模型计算钢轨磨耗深度,并分析不同运营工况、车轮磨耗状态及车辆一系悬挂参数和轨道参数对动车组车辆通过小半径曲线时钢轨磨耗的影响。仿真结果表明：动车组车辆以匀速、制动、牵引3种工况下通过曲线段时,制动工况下钢轨磨耗量最大,牵引工况下磨耗最小;车轮踏面磨耗加剧也会导致钢轨的磨耗量增大,而定期镟修车轮踏面可以减轻钢轨磨耗情况;车辆一系悬挂参数的变化对小半径曲线段钢轨磨耗的影响相对较小;为减小钢轨磨耗,宜采用较小的轨底坡和适当增加轨距,且曲线段超高设置不宜过大。     

地铁车辆车轮偏磨原因分析与对策研究

轮对偏磨是铁道车辆常见的车轮磨耗形式。对国内某地铁线路的车轮磨耗进行测试分析,发现该线路车辆存在严重的车轮偏磨现象,左侧车轮以轮缘磨耗为主,右侧车轮以踏面磨耗为主。该地铁线路小半径曲线多,且左、右曲线分布严重不均,以及车辆不掉头运行是造成车轮偏磨的主要原因。基于UM动力学软件建立车轮磨耗预测模型,利用地铁车轮磨耗测试结果对磨耗预测模型进行验证,根据数值仿真结果提出轮对偏磨的解决措施。仿真结果表明,车辆掉头行驶能明显减缓车轮的偏磨现象,最佳掉头运行里程数为2×10⁴~4×10⁴ km。小半径曲线占比对车轮磨耗影响较大,左、右曲线百分比差值小于3%时可不采取掉头措施。     

轿车后轮轴承磨粒磨损失效特性与产生机理

通过对 2 0 0余套早期失效的轿车后轮轴承失效统计分析发现 ,磨粒磨损及烧伤是后轮轴承主要的失效形式 ,该失效形式占所有轴承失效率的 6 0 %。根据轿车后桥半轴的结构、后轮轴承装配状况、及轿车后轮的动力学特性 ,本文提出了轿车后轮发生磨粒磨损及烧伤损坏的失效模型 :(1)在惯性载荷作用下 ,轴承内圈与轴颈接触部位的切向蠕动形成粘着磨损颗粒 ;(2 )半轴轴端螺纹防松键槽侵入轴颈与轴承内孔配合段 ,导致键槽锐边在轴承内孔刮研 ,产生切削微屑 ;(3)蠕动及刮研作用产生的磨损颗粒进入轴承滚道表面 ,与滚动体形成三体磨粒磨损。(4)在制动鼓的维修过程中 ,磨损颗粒的异常侵入 ,同样会导致轴承发生磨粒磨损失效。本文提出 ,防止轿车后轮轴承发生早期磨粒磨损失效的有效途径是 :(1)尽量避免与轴承配合的轴颈圆柱表面受到结构或工艺性的损害。(2 )提高轴颈与轴承内孔表面的光洁度和配合精度 ,以降低蠕动造成的磨损颗粒大小和数量。(3)通过密封等防范措施 ,防止磨损颗粒的侵入。     

[轮轨磨耗及预测]弹性车轮作用下低地板有轨电车轮轨磨耗研究

为研究使用弹性车轮的车辆踏面以及运行弹性车轮的钢轨磨耗情况,基于Archard磨耗模型建立了轮轨磨耗预测模型,对不同轨道不平顺条件、不同曲线半径条件下的车轮踏面以及钢轨磨耗情况进行了分析。对比分析弹性车轮和刚性车轮,结果表明：在线路较差的情况下,弹性车轮具有更好的降磨效果;弹性车轮在曲线半径较小的线路上对磨耗的降低效果较小,随着曲线半径的增大,弹性车轮的降磨效果明显;运行弹性车轮时比运行刚性车轮时钢轨的最大累积磨耗量减小了33%;弹性车轮对曲线钢轨磨耗有一定的降低作用。     

悬挂参数对重载货车车轮磨耗的影响

运用商业软件SIMPACK建立装配有转K6型转向架并考虑轨道因素的C80货车多体动力学模型,采用Archard磨耗模型建立货运列车车轮磨耗的力学模型,并应用CONTACT程序进行计算。在模型基础上考虑悬挂参数对车轮踏面磨耗的影响规律,通过大量的数据分析,对踏面磨耗发展情况进行预测,为新车设计以及站段镟修工作提供理论依据。     

激光冲击强化对LZ50车轴钢疲劳性能影响试验研究

为了研究激光冲击强化对LZ50车轴钢疲劳性能的影响,对LZ50车轴钢车轴试样进行激光冲击强化处理并在JD-1轮轨模拟试验机上进行了旋转弯曲疲劳试验。结果显示：采用不同参数激光冲击强化处理的2个试样,硬度分别增大18%和27%;对LZ50车轴钢试样的过盈配合面进行激光冲击处理后产生了塑性变形层,形成了较高的残余压应力;试验后试样过盈配合表面两侧区域都可见明显的环形损伤带,出现了以剥落和犁沟为特征的磨损形貌,损伤机制为磨粒磨损、氧化磨损和剥层。激光冲击前后试样断口形貌特征相似,疲劳源呈多源性;在裂纹扩展区域段观察到大量的准解理小面,属于脆性穿晶断裂;瞬断区内出现大量韧窝和二次裂纹。激光冲击强化处理显著提高了车轴钢的疲劳寿命,不同激光冲击强化参数处理的2个车轴试样疲劳寿命比未处理试样疲劳寿命分别提高31%和21%。