电力机车车轮非圆化磨耗特征及其对轮轨动态冲击作用影响分析

严重的车轮非圆化磨耗会导致剧烈的轮轨冲击作用,降低车辆轨道疲劳寿命,威胁行车安全.为调查分析电力机车车轮非圆化磨耗特征及其对机车车辆系统振动的影响,对国内某型号电力机车车轮非圆化磨耗进行大量测试,对其中频繁发生异常振动报警和运营正常的机车进行动态测试;此外为探究车轮镟修对非圆化磨耗消除作用的影响,对镟修前后的车轮非圆化磨耗进行跟踪测试.测试结果表明,车轮高阶非圆化磨耗是造成机车轮对异常振动报警的主要原因;相比于从未发生振动报警的机车车轮,频繁发生振动报警的车轮除低阶非圆化磨耗外,还存在15～25阶非圆化磨耗,所对应的中心波长为158～250mm;采用Q型不落轮镟床不能有效消除车轮高阶非圆化磨耗,经过一段时间运营后车轮非圆化磨耗发展明显.基于机车车辆-轨道耦合动力学仿真,系统分析非圆化磨耗幅值和阶次以及车辆运行速度对轮轨系统动态行为的影响,提出机车车轮非圆化磨耗的养护维修安全限值.     

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。     

车轮非圆化对地铁车辆振动的影响研究

车轮非圆化一直是铁路界难以彻底解决的问题之一。针对中国某地铁线路实际运营中出现的车辆振动过大问题,通过对镟修前后车轮非圆化测试和列车关键部件振动加速度测试发现:镟修前车轮非圆化磨耗径跳值达到0.492mm,并显著表现出7阶的非圆化特征,镟修后车轮径跳值为0.046mm,7阶的非圆化特征消失;车轮镟修后,轴箱、构架测点振动加速度均方根值分别降低37.9%、47.7%,地板振动最大幅值减少50%以上,列车平稳性得到明显改善,平稳性指标几乎全部在2.0以下;车轮非圆化磨耗使轴箱振动加速度呈现出明显的随速度变化的转频成分,在车速70km/h时,7阶非圆化磨耗产生的轮轨激励频率为52Hz。     

铁道车辆车轮非圆化磨耗形成机理及控制措施研究进展

车轮非圆化磨耗是铁道车辆常见的一种车轮磨耗形式,对车辆的振动、噪声、乘坐舒适性和运行安全性均具有较大影响.介绍车轮非圆化的表现形式,总结国内外轮轨轨道交通车辆运营中出现的车轮非圆化磨耗现象.重点总结车轮非圆化磨耗的形成机理,根据车轮非圆化磨耗形成原因的不同将其分成三大类:由车轮初始缺陷引起的非圆化;由车辆-轨道固有振动引起的非圆化;由踏面制动时闸瓦与车轮间热弹性失稳引起的非圆化.回顾车轮非圆化磨耗仿真的研究历程,指出当前车轮非圆化磨耗研究面临的难点和挑战.对车轮非圆化磨耗的控制措施进行总结,重点讨论改善车轮镟修质量、利用闸瓦或研磨子修复车轮非圆化这两个最主要措施.探讨针对车轮非圆化磨耗亟需开展的研究,可为车轮非圆化磨耗机理的研究和控制措施的选用与实施提供参考.     

高速列车车轮多边形磨耗对轮轨力和转向架振动行为的影响

列车车轮多边形磨耗会显著加大轮轨相互作用力和转向架关键部件振动幅度,恶化车辆系统和轨道部件的工作环境,严重时将会威胁到行车安全。基于三维车辆-轨道耦合动力学模型,用谐波叠加法模拟车轮多边形磨耗,作为车辆轨道耦合动态行为分析时的激励输入,计算车轮多边形磨耗阶次、车辆运行速度和运行里程对轮轨力的影响,并分析车轮多边形磨耗与轮轨力之间的相位关系;建立转向架系统高频振动全有限元模型,以时域轮轨力作为模型输入,分析车轮多边形磨耗参数对转向架轴箱、构架振动响应的影响。计算结果显示,随着列车运行速度、车轮多边形磨耗幅值和阶数的提高,轮轨垂向作用力波动范围和转向架振动响应均会显著增大。所得的结果可为高速列车车轮多边形形成的机理和抑制措施的进一步研究提供参考和指导。     

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。     

高速列车谐波磨耗车轮滚动接触疲劳特性分析

为研究高速列车谐波磨耗车轮滚动接触疲劳特性,建立谐波磨耗车轮高速轮轨滚动接触数值分析模型。该模型考虑了车辆系统的一、二系非线性悬挂力、轮轨非线性接触几何关系并考虑了钢轨振动及轮轨间的激励响应对接触蠕滑的影响。以CRH2型高速列车为研究对象,运用多体动力学软件UM参数化建立其动力学数值模型;对实测统计数据中最常见的1阶、6阶和11阶谐波磨耗以及波深0.1 mm和0.3 mm下车轮的蠕滑率/力进行分析;以不同阶数、波深车轮的蠕滑特性参数为疲劳模型的输入参数,研究谐波磨耗车轮的疲劳特性。结果表明:无谐波磨耗车轮处于弹性安定状态,1阶波深0.1 mm和0.3 mm车轮和6、11阶波深0.1 mm车轮都处于棘轮效应状态,6、11阶波深0.3mm处于塑性安定状态;低阶小波深车轮以疲劳为主,高阶大波深车轮以磨耗为主;与阶数相比,滚动接触疲劳、磨耗对波深的变化更为敏感,波深的增加会促进车轮蠕滑力/率的进一步快速增大,从而车轮的切向力迅速增大。     

地铁车轮踏面异常磨耗原因分析

介绍车轮磨耗的预测方法.考虑轮轨动态接触状态,采用数值分析方法分析异常磨耗的地铁车轮和新钢轨作用情况,且对导致地铁车轮踏面异常磨耗的原因作了简单分析.分析结果表明, 地铁车轮踏面经闸瓦磨耗后在凸起处的接触频率较高,磨耗率大,因而车轮磨耗后踏面凸起不是轮轨接触作用引起的;闸瓦压力过大、压力不均匀、闸瓦晃动量大、频繁制动等因素容易导致滚动圆内侧和踏面外侧的双凹槽磨耗,双凹槽处磨耗速度远远大于轮缘处的磨耗速度;轮缘磨耗主要是轮轨相互作用的结果,而踏面上的凹槽磨耗可能主要由闸瓦制动引起.     

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。     

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。     

两种典型动车组车轮磨耗演变规律及其动力学影响研究

为对比不同线路、相同平台动车组车轮磨耗演变规律及其对动车组动力学性能的影响,对速度等级250 km/h的A、B两条高速线路上运行的同平台动车组车轮磨耗进行长期跟踪测试。将实测车轮踏面与实测钢轨廓形匹配,对比分析车轮磨耗对等效锥度、接触点分布等轮轨接触几何关系的影响。利用多体动力学软件建立动车组拖车动力学仿真模型,研究车轮磨耗演变规律对动车组动力学性能及轮轨滚动接触疲劳损伤的影响。研究结果表明,A线路车轮平均磨耗速率为0.05 mm/万km,踏面磨耗分布在-20～30 mm范围内,呈现凹形磨耗;等效锥度增大速率约为0.006/万km;轮轨接触点逐渐向钢轨轨肩处靠拢,存在明显跳跃现象。B线路车轮平均磨耗速率约为0.025 mm/万km,踏面磨耗分布在-35～50 mm范围内,磨耗分布较均匀;等效锥度稳定在0.03左右,随运营里程的增大没有明显的变化趋势,轮对横移量在10mm以内的轮轨接触点始终保持车轮踏面中部与钢轨轨顶中部接触,轮轨接触点分布均匀。随着运行里程的逐渐增大,A线路的动力学性能略有下降,B线路的动力学性能基本稳定。B线路的车轮表面疲劳指数小于A线路,车轮发生滚动接触疲劳裂纹的可...     

基于轴箱加速度时频域特征的车轮多边形故障识别

机车车轮的多边形化会在轮轨接触的位置引起异常振动,通过轴箱振动加速度的时频特征可以检测出这种异常振动,从而实现对车轮多边形的故障识别.本文首先构建了考虑轮对柔性的刚柔耦合动力学模型,拟合了不同主导阶次的随机多边形车轮多边形样本,样本径跳值均为0.2 mm.其次在频域内对不同阶次的多边形的频谱进行了分析,在时域内对轴箱加...     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

高速动车组车内异常振动噪声特性与车轮非圆化关系研究

基于两种不同内装结构高速车厢(X车和Y车)的大量现场对比试验,对现役国产高速动车组表现出的X车内异常振 动、噪声问题进行详细调查研究。试验中考虑两种车厢同样的运营速度、相近外部气动激扰和相近的轨道激扰条件,同时两种被试验车辆在同列车中相邻编组,同为动车。对该型号多列动车组的两种车厢振动、噪声特性及磨耗轮进行长期跟踪测试,重点关注车内异响特性及车轮非圆化对其的影响,同时得到不同运行里程下车轮非圆化及车内噪声水平发展规律。试验研究表明,高速动车组的X车相比于Y车,存在异常振动及噪声现象,这种异常振动和噪声对高阶车轮非圆化敏感,同时X车异常振动、噪声还与其特殊车内结构布置有关。