抑制钢轨波磨的梯形轨道结构的多参数拟合与优化

目的研究地铁车辆结构一系悬挂及轨道结构支承刚度和阻尼对梯形轨道小半径曲线钢轨波磨的影响规律,并提出抑制相应区段钢轨波磨的多参数拟合优化方法。方法基于轮轨系统的摩擦自激振动理论,构建梯形轨道小半径曲线段上带有一系悬挂轮轨系统的有限元模型。然后通过复特征值分析,研究地铁梯形轨道小半径曲线段轮轨系统的摩擦自激振动特性。最后开展地铁车辆结构一系悬挂及轨道结构支承刚度和阻尼的参数化分析,采用最小二乘法,对影响不稳定振动的关键参数进行多参数拟合。根据该拟合方程,采用遗传算法进行关键参数的优化匹配。结果在曲线半径为350 m的梯形轨道上,轮轨间因存在饱和蠕滑力,引起摩擦自激振动,在439.02 Hz时,产生了不稳定振动,从而导致了钢轨波磨的产生。影响轮轨间不稳定振动的关键因素为扣件的垂向刚度、横纵向刚度、垂向阻尼和减振材料的垂向刚度。结论当扣件的垂向刚度为36 MN/m、扣件的横纵向刚度1.68 MN/m、扣件的垂向阻尼为2.9 kNs/m、减振材料垂向刚度为5.57 MN/m时,可有效抑制梯形轨道小半径曲线段上钢轨波磨的发生。     

山地城市地铁牵引与制动工况下钢轨波磨成因对比研究

目的 探究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。方法 基于摩擦自激振动理论,结合山地城市地铁长大坡道区段现场调研,分别构建上坡牵引和下坡制动工况下车辆−轨道系统的动力学模型,对比研究长大坡道区段牵引与制动工况下车辆−轨道系统的动力学特性。分别构建对应区段的轮对−钢轨−牵引系统和轮对−钢轨−制动系统的有限元模型,并采用复特征值法对比研究山地城市地铁牵引与制动工况下的钢轨波磨成因。采用最小二乘法和粒子群算法提出抑制长大坡道区段钢轨波磨的车辆−轨道参数的最优解。结果 在轮对−钢轨−牵引系统中存在不稳定振动频率369.93 Hz,其复特征值实部为19.36。在轮对−钢轨−制动系统中存在不稳定振动频率443.92 Hz,其复特征值实部为4.970 5。结论 在牵引摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,在制动摩擦副与轮轨摩擦副的共同作用下产生的摩擦自激振动,分别是长大坡道牵引与制动区段钢轨波磨的主要诱因,且牵引区段发生的可能性高于制动区段。在制动工况下设置制动压力为5 kN,在牵引工况下设置牵引运行速度为80 km/h,并结合优化后的扣件参数,能有效抑制长大坡道区段钢轨波磨。     

扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响

目的 研究扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响,获得抑制钢轨波磨的有效措施。方法 建立小半径曲线DTVI2扣件的轮轨系统有限元模型,对扣件系统进行实体化建模,考虑轨下垫板之间的接触情况,同时模拟扣件系统中弹条预紧作用。采用复特征值分析和瞬时动态分析研究轮轨系统的摩擦自激振动特性,并将预测结果与现场测试结果对比,揭示该区段钢轨波磨产生的原因。最后开展轨下垫板材料属性以及扣件结构参数的影响分析,获得其对钢轨波磨的影响。结果 轮轨间饱和蠕滑力引起轮轨系统发生频率为500 Hz的不稳定振动,会导致波长为30 mm的钢轨波磨。轨下垫板杨氏模量在10~50 MPa区间,等效阻尼比先从‒0.015 2减小到‒0.016 9又增大到‒0.014 2;阻尼系数在0~0.000 1区间内,等效阻尼比从‒0.016 9增大到‒0.010 2;轨下垫板泊松比的变化没有引起系统等效阻尼比发生明显的变化;扣件间距在575~675 mm区间内,等效阻尼比从‒0.016 3降低到‒0.019 0;等效阻尼比随着弹条预紧力的增大而增大。结论 选取合适的轨下垫板杨氏模量可以减轻由轮轨摩擦自激振动导致的钢轨波磨;提高阻尼系数对轮轨系统的自激振动具有较强的抑制作用;而轨下垫板的泊松比对钢轨波磨的影响较小;适当减小扣件间距可以略微降低钢轨波磨的产生趋势;增大弹簧预紧力可以抑制由轮轨系统摩擦自激振动导致的钢轨波磨。     

车轮辐板阻尼涂层对钢轨波磨的影响

目的研究车轮辐板涂敷有阻尼性能的涂层对小半径曲线钢轨波磨的影响,并根据试验结果提出减缓或抑制钢轨波磨的建议。方法基于摩擦自激振动导致钢轨波磨机理,利用ABAQUS有限元仿真软件,建立轮对、钢轨、轨枕、车轮辐板涂层有限元模型,模拟曲线半径为300 m的工况,采用ABAQUS中内置的复特征值分析方法,分析轮轨系统在小曲线半径工况下的稳定性。结果在曲线半径为300 m的工况下,轮轨间因存在饱和蠕滑力引起自激振动,于频率f=502.32 Hz时产生不稳定振动,从而引起钢轨波磨。通过在车轮辐板内侧和双侧涂敷有阻尼涂层,可有效增强轮轨系统的稳定性,减缓钢轨波磨的发生趋势。只在车轮辐板外侧添加涂层会增加钢轨波磨的发生概率。车轮辐板双侧和内侧涂层模型中,涂层厚度的增加会提高系统稳定性;外侧涂层模型中,涂层厚度的增加会降低系统的稳定性。涂层的阻尼系数对钢轨波磨有较大影响,提高涂层阻尼系数可有效减缓钢轨波磨发生趋势。结论在地铁小半径曲线上,通过在车轮辐板内侧涂敷有阻尼涂层,可有利于减缓钢轨波磨现象,当涂层阻尼系数增大至1.5e–3时,可有效抑制钢轨波磨。     

科隆蛋扣件区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果研究

目的 研究科隆蛋区段双重钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果。方法 首先,结合现场建立轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型。然后,基于摩擦自激振动理论,采用复特征值法与瞬时动态法对单重和双重钢轨吸振器的抑制效果进行对比。进而,采用谐响应分析探究双重钢轨吸振器对钢轨波磨抑制效果提高的原理。最后,对双重钢轨吸振器的关键连接参数进行参数化分析,基于最小二乘法对其进行多参数拟合求最优解。结果 轮轨系统有3个不稳定振动频率228.57、480.97、1181.60Hz,单重钢轨吸振器对其的抑制效果分别达到了15.20%、100%、20.19%,双重钢轨吸振器对其的抑制效果达到了15.20%、100%、100%。双重钢轨吸振器调谐频率分别为183.64、473.62 Hz。对比参数优化前后,经过优化连接参数后的轮对-钢轨-吸振器系统的复特征值实部较小,为33.683。结论 双重钢轨吸振器因其2个调谐频率能更好地抑制轮轨系统的多个不稳定振动频率,从而对钢轨波磨的抑制效果更好。减小连接刚度和增大连接阻尼能提高其对钢轨波磨的抑制效果。当双重钢轨吸振器的下质量块垂向刚度为22.7×10⁷N/...     

轴盘制动对高速列车车轮多边形磨耗的影响

目的 研究高速列车轴盘制动引起车轮多边形磨耗的形成机理,并提出相应的抑制措施.方法 基于摩擦自激振动引起车轮多边形磨耗的观点,建立高速列车拖车轮对-轴盘制动-轨道系统的有限元模型.采用复特征值法,分析制动工况下制动盘和制动片摩擦激励的振动.根据等效阻尼比判断摩擦自激振动的不稳定性,等效阻尼比越小,则不稳定振动发生趋势越...     

载荷对金属/织构化三元乙丙密封副摩擦学性能的影响

目的 提高三元乙丙/金属动密封的抗磨性能,揭示织构化橡胶在不同载荷下的磨损机理和损伤演变规律.方法 采用激光打标器在三元乙丙橡胶表面加工规则凹坑阵列,与金属小钢球组成摩擦副,并利用UMT-2摩擦磨损试验机进行摩擦实验,研究不同载荷下织构化三元乙丙橡胶试样的摩擦学特性.通过分析摩擦系数和磨损率等获得实验过程的摩擦学信息,...     

添加BN对光滑层热解炭结构的C/C复合材料摩擦性能的影响

通过粉末层铺法向全网胎炭纤维预制体中添加六方氮化硼粉末和化学气相沉积热解炭增密制备C/C-BN复合材料。在MM 1000摩擦试验机上对其摩擦磨损性能进行测试,并对摩擦表面进行光学形貌观察以及对材料的组织结构和磨屑进行SEM形貌观察。结果表明:与C/C复合材料相比,C/C-BN复合材料的线性磨损率降低了40%,质量磨损率降低了70%;摩擦表面中的六方BN在摩擦过程中始终保持稳定,BN的存在使光滑层热解炭结构的C/C复合材料的摩擦因数曲线变得平稳、波动小并且对刹车压力响应迅速,摩擦表面上形成了一层薄的摩擦膜。     

高速列车车轮多边形磨耗的形成机理及影响因素探究

目的研究高速列车车轮多边形磨耗的形成机理以及轮轨系统结构参数对车轮多边形磨耗的影响。方法基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致车轮多边形磨耗的理论,建立了包含车轮、钢轨、轨枕和道床的实体模型,然后导入到有限元软件ABAQUS中,钢轨和轨枕之间采用点对点的无质量弹簧阻尼单元组进行模拟,轨枕和道床之间采用绑定约束连接,道床底部支撑采用点对地的无质量弹簧阻尼单元组。采用复特征值方法研究高速线路上发生制动滑动时轮轨系统的运动稳定性。结果在饱和蠕滑力的作用下,高速线路轮轨系统产生的不稳定振动频率为f=495.01 Hz,列车轮对容易产生18阶多边形磨耗。在一定范围内,扣件的垂向刚度对抑制车轮多边形磨耗影响较小,适当提高扣件的垂向阻尼,可以有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动,从而达到抑制车轮多边形磨耗的目的。不同偏心形式对轮轨系统不稳定振动几乎没有影响。结论在高速线路上,列车制动滑动容易引起车轮多边形磨耗,适当提高钢轨扣件的垂向阻尼,可有效抑制车轮多边形磨耗。     

切削参数对车削20CrMnTi表面粗糙度的影响及优化研究

20CrMnTi是一种广泛应用于齿轮制造的材料。为提高20CrMnTi精加工的表面质量、加工效率,以车削20CrMnTi钢的表面粗糙度为研究对象,设计正交试验,在数控车床GENOS L250E上进行硬质合金刀具车削试验,探究切削参数（切削速度、进给量、背吃刀量）对表面粗糙度的影响。并通过多元回归建立切削参数与表面粗糙度的关系模型,从而构建以加工效率、表面粗糙度为目标的多目标优化模型,通过粒子群算法对切削参数进行优化。试验结果表明：使用优化后的切削参数加工可以减小表面粗糙度、提高加工效率。     

基于粒子群算法的新型机械臂圆弧导轨优化设计

针对传统的机械产品设计过程周期长、效率低,很难在短时间内得到最优解的缺点,将粒子群优化算法引入一种用于康复机器人的新型机械臂圆弧导轨的优化设计中。通过机械臂的使用目的搭建机械模型,确定导轨设计中的重要参数作为设计变量,同时利用强度校核确定设计变量的边界条件,根据设计目的确立产品质量最小为优化设计的目标函数,利用粒子群算法快速、准确地获得合理的结构参数。实现了对新型机械臂圆弧导轨最优解的优选。     

轴重和摩擦力对轮轨接触疲劳的影响

目的 了解钢轨表面存在裂纹时的轮轨接触问题。 方法 采用有限元分析软件 ANSYS,获得不同裂纹位置的应力强度因子。 结果 裂纹在接触斑边缘的位置时,应力强度因子 K_I最大;随着轴重的增加,应力强度因子 K_I增加,而应力强度因子 K_II先增加,后减小;考虑摩擦力( μ = 0 . 3 ) 时,相对于无摩擦,K_I和 K_II都明显增加,且 K_II所占 K_I的比例提高了 15% 。 结论 车轮在钢轨上滚动时,轮轨间的轴重和摩擦力是影响钢轨疲劳的重要因素,轴重的提高会明显加剧钢轨疲劳,而摩擦力的影响建立在轴重的基础上,并使轴重的影响加剧。     

织构化热处理对钢轨钢耐磨性和寿命的影响

目的减小钢轨钢表面因离散硬化产生的硬化区与基材边界处的硬度突变,从而消除磨损过程中硬化区与基材边界处因材质不连续而产生的早期碎裂现象,进一步提高钢轨钢的耐磨性和寿命。方法提出了一种基于层流等离子体束离散硬化的表面织构化热处理方法。与之前的离散圆点状硬化不同,通过调节等离子体束在试样表面的运动速度,改变试样表面的加热时间,在硬化区与基材之间人为地附加了一个过渡区。为了揭示织构化热处理对钢轨钢滚滑性能的影响,在摩擦磨损试验机上进行了磨损试验。磨损后的试样经切割、打磨、抛光和腐蚀,在光学显微镜和扫描电子显微镜下进行了观察,以分析试样的磨损过程和织构化热处理提高试样耐磨性的机理。结果由于附加过渡区的存在,相变区的一边被拉长,形状变为泪滴状。硬化区到基材的硬度变化率由3500 HV/mm降低至200 HV/mm,在圆点状硬化中可观察到的硬度突变消失。同时,在磨损实验中,泪滴状硬化试样的磨损量较圆点状硬化试样降低了27%,边界碎裂消失。结论具有附加过渡区的试样比圆点状硬化的试样具有更好的耐磨性和抗塑性变形能力,该方法对提高钢轨钢的使用寿命具有一定的应用前景。