地铁车轮磨耗对轮轨接触特性及动力学性能的影响

对某地铁线路轮轨磨耗进行测试,分析实测型面与CN60钢轨匹配的轮轨接触几何关系,并利用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论对轮轨接触力学特性进行分析。利用UM多体动力学软件建立某B型地铁车辆动力学仿真模型,分析轮轨磨耗对车辆动力学性能及轮轨接触损伤特性的影响。结果表明：该线路车轮踏面磨耗较均匀,存在明显轮缘磨耗现象。不同运行里程下实测车轮踏面外形基本相似,导致车轮磨耗对轮轨接触几何关系、轮轨接触力学特性及车辆动力学性能的影响较小。实测轮轨匹配下的动力学性能略有下降。随着运行里程增大磨耗指数变化不大,表明车轮磨耗稳定。车轮磨耗后表面疲劳指数大于标准型面,出现滚动接触疲劳的可能性增大。     

地铁扣件III型弹条失效有限元分析

为了分析地铁扣件III型弹条的断裂原因,建立了详细的扣件系统有限元模型,研究了Ⅲ型弹条不同安装状态和弹程对其扣压力和应力的影响。结果表明,弹条中肢插入铁垫板孔长度在69 mm~76 mm时,对弹条的扣压力影响很小,但对弹条最大等效应力影响比较大;同时,随着弹条中肢插入铁垫板插孔长度的增加,弹条后端与铁垫板的接触状态由线接触转化为多点接触,使得弹条后端圆弧与铁垫板端部发生挤压,产生局部应力集中。随着列车的反复通过,弹条在应力集中处容易萌生裂纹,最终裂纹扩展导致弹条发生疲劳断裂。数值分析结果与现场多数弹条断裂破坏位置相吻合。在线路运营维护中,应将弹条后端圆弧与铁垫板端部的距离严格控制在8 mm~10 mm内。     

高速移动载荷下的轨道振动特性

考虑高速移动载荷作用下轨道结构的离散轨枕支撑、钢轨剪切变形及转动惯量对轨道振动响应的影响,建立基于Timoshenko梁的双层黏弹性离散支撑轨道振动模型,利用Fourier变换法求解具有周期性支撑的轨道响应,通过与文献中试验结果对比,验证其在固定简谐载荷下计算结果的正确性。研究表明,轨枕的离散支撑使得轨道刚度呈现周期性变化,跨中最小,轨枕上方最大,形成高速轮轨系统的参数激扰;移动载荷作用使轨道系统呈现以速度为变量的共振特性,载荷原点导纳随车速提高先增大后减小,此外,低速时轨道振动响应最大值出现在载荷点位置,随着速度提高,最大轨道振动响应滞后于载荷点;移动载荷使得轨道系统各阶振动主频出现变化：低阶振动主频随速度提高而降低,达到一定速度时降低为0,之后又随速度提高而上升;高阶振动主频也随速度提高而非线性下降;由于移动载荷的多普勒效应,轨枕离散支撑引起pinned-pinned共振和反共振出现上、下分叉,分叉频率偏移量为轨枕通过频率之半。基于Fourier变换法实现高速移动载荷下的轨道振动响应分析,为高速轨道系统设计提供参考。     

两种型面轮轨滚动接触蠕滑率/力的比较

本文从数值方面详细分析了两种型面轮对和轨道在滚动接触过程的接触几何、蠕滑率和蠕滑力.在利用Kalker三维弹性体非赫兹滚动接触理论进行轮轨蠕滑力分析时,首先利用有限元方法确定了因轮轨的弹性变形而引起轮轨接触点处的弹性位移差.并利用弹性位移差修正Kalker理论中由Boussinesq和Cerruti公式确定的力和位移的影响系数,使本文的数值过程能考虑到轮轨结构变形对轮轨接触斑的影响.通过计算分析可知,在轮对运动状态相同的情况下,磨耗型轮对和轨道之间的力学行为与锥型轮对和轨道之间的力学行为相比,存在较大差异.数值结果有助于进一步分析轮轨之间的磨耗、滚动接触疲劳和轮轨使用寿命,为采取相应措施提供理论依据.同时发现目前我国铁路所采用的1/40轨底坡与目前正在全面推广使用的磨耗型轮对不是处于最佳匹配状态,有待进一步改进.     

钢轨接头轨缝对轮轨接触应力的影响

利用有限元软件ANSYS建立了钢轨接头端处轮轨弹塑性接触有限元模型,分析计算钢轨材料弹塑性接触应力和变形随轮轨接触点到轨缝距离变化的情况,数值结果并与Hertz接触理论的结果进行了比较。数值结果表明:Mises等效应力、最大主剪应力、塑性区和变形越靠近轨缝越大;最大等效应力和最大主剪应力的位置随接触点到轨缝距离的减小而接近轨面;在靠近钢轨接头处,钢轨几何形状突变,已不满足Hertz接触理论的假设条件,所以Hertz接触理论不适合轮轨接触应力和变形分析。     

川藏铁路线路条件下基于热-机耦合的货车车轮辐板优化*

针对川藏铁路线路货运车辆下坡区段长时间制动导致的车轮热负荷大幅增加和车轮辐板疲劳问题,考虑热-机耦合效应,采用正交试验法对现有C_(70)型敞车HESA型车轮辐板进行优化设计。试验选定轮辋与辐板过渡两侧倾角、辐板与轮毂过渡两侧倾角、辐板上部厚度、辐板下部厚度作为优化因素,依据车轮实际运维要求将辐板疲劳强度、车轮质量、辐板静强度列为优化目标。按照UIC510-5规程直线工况所确定的机械载荷工况,采用货车匀速通过超长连续大坡度区段踏面制动下车轮瞬态热载荷工况,对3种优化车轮辐板进行静强度校核与疲劳强度校核,并对比得到最优车轮辐板外形。结果表明:3种优化车轮辐板均满足静强度条件,其中辐板静强度最佳组合方案有效改善机械载荷下车轮辐板等效应力;3种优化车轮辐板均满足疲劳强度条件,其中疲劳强度最优组合方案有效改善热-机耦合载荷下车轮辐板疲劳强度。     

不同地铁车轮结构几何参数下踏面制动热负荷分析

针对频繁踏面制动产生的热负荷易导致地铁车轮损伤失效的问题,从制动热负荷分析的角度研究车轮设计.采用有限元法建立地铁车轮的踏面制动热负荷分析的数值模型,分析闸瓦宽度、轮辋厚度和辐板形式等结构参数对车轮的三维瞬态温度场及热应力场的影响,提出基于较小制动热负荷的车轮结构几何参数设计建议.     

高速动车组车轮滚动接触疲劳观测与模拟研究

针对我国某型250 km/h级动车组近年来发生的连续型车轮滚动接触疲劳,赴涉及的动车组运用所开展为期约2个镟修周期的跟踪测试。测试结果表明,该疲劳裂纹在镟后10~15万km开始出现在名义滚动圆外侧15~30 mm范围内,表面裂纹角度多在45°和-45°左右,一个镟修周期内可萌生并扩展至0.25~1.2 mm深,但不会发展成剥离掉块,不影响正常运营。基于跟踪测试数据,采用SIMPACK建立车辆—轨道耦合动力学模型,其结果进一步代入到安定图和损伤函数模型来预测滚动接触疲劳的萌生。结果显示,上述动车组滚动接触疲劳是由部分曲线低轨侧轮轨廓形匹配不佳导致的,其根本原因可能是不合理地钢轨打磨廓形和车轮凹磨等。详细分析表明,可导致滚动接触疲劳的恶劣轮轨接触状态只发生在极个别曲线段,这是为什么线路上存在数量相当的左、右曲线,而往返运行不调头的上述动车组的滚动接触疲劳只集中在列车一侧。最后,讨论目前滚动接触疲劳预测模型的局限性,指出未来研究方向。     

地铁车辆制动管路动应力分析及结构优化

地铁车辆转向架上制动管路是空气制动系统中的关键部件,制动管路的可靠性对列车制动安全至关重要.针对我国某条地铁线路制动管路断裂问题,通过试验和数值模态分析、振动和动应力测试,分析制动管路断裂的原因.提出增加管路壁厚、采用弹性管卡和增加管卡数量等三种方案对制动管路结构进行优化.采用频域结合时域的动应力分析方法对制动管路各优化方案进行动应力仿真.结果表明,制动管路一阶横弯振动(73.2 Hz)和构架侧梁八字横弯振动(71.8 Hz)耦合共振是制动管路断裂的主要原因;在制动管路两管卡中间位置处增加一个管卡,相比于增加管路壁厚(从1.5 mm增加至3 mm)与降低管卡刚度(从0.85 GPa降低至0.15 GPa),降低管路动应力水平的效果最为显著.为车辆转向架制动管路结构优化改进设计提供了理论依据.     

基于轴箱振动与动力学模型驱动的高速列车车轮失圆状态识别方法

针对高速列车车轮失圆识别难以兼顾效率与精度问题,提出一种基于轴箱振动与动力学模型的高速列车车轮失圆状态智能识别方法。首先,利用静态检测设备采集车轮非圆原始数据,提出一种数据增强技术构建车轮非圆增强数据集。其次,将增强数据集输入至高速列车车辆—轨道耦合动力学模型,获取车轮不同失圆状态下轴箱振动样本集。最后,通过构建恰当结构与配置参数的一维卷积神经网络(1-dimensional convolutional neural network,1-DCNN),可对轴箱振动信号进行自适应特征提取,实现对车轮失圆状态的智能识别分类。结果表明：提出的车轮失圆状态智能识别方法能实现正常车轮、多边形车轮、擦伤车轮、随机非圆化车轮与局部缺陷车轮5类车轮失圆状态的智能分类,准确率达99.2%(标准差为0.05),且单个样本平均识别耗时为0.4 ms。结合现场试验,所提方法对实测轴箱振动具有较好识别能力,测试精度为95%。与经典的SVM和BP神经网络相比,1-DCNN模型具有更高的识别准确度。