轴承滚子缺陷激励下高铁轴箱系统振动特性研究

以某型高速列车转向架上轮对和轴箱系统为研究对象,构建一种包含轴箱轴承滚子缺陷的车辆-轨道耦合动力学模型,并利用现场试验数据验证轴箱轴承-车辆-轨道耦合动力学模型的有效性。通过仿真计算获得在京津线轨道随机不平顺激扰工况下轴箱的振动加速度时间历程以及轴承滚子与外圈的接触载荷时间历程,结合轴承滚子缺陷数学分析模型,研究轴承滚子缺陷激扰工况下轴箱系统内部结构的接触振动特性。研究结果表明：当轴承滚子出现缺陷时,轴箱横向和垂向振动加速度包络谱在滚子故障频率和2倍滚子故障频率的倍频处出现振动加速度峰值,且以保持架旋转频率10.32 Hz进行振幅调制;缺陷滚子与外圈接触载荷频谱主要分布在0～100 Hz的低频段,在200～1 000 Hz频段内出现以轴承保持架旋转频率为频率间隔的一系列峰值;随着轴承滚子缺陷宽度的增加,滚子与外圈接触载荷中高频段所占成分逐渐增加,表明轴承滚子缺陷宽度的增加会逐渐引起轴承滚子与外圈的中高频激振,加强轴箱轴承内部构件之间的动态作用从而加速轴承的疲劳破损失效;列车运行速度在250 km/h左右时,仿真数据表明轴承滚子缺陷宽度需限制在1 mm以内,尽量减少因轴承滚子缺陷宽度过大...     

高速列车车轮多边形动力学试验与仿真研究

国内某列动车组的车轮存在18阶和19阶的车轮多边形,为研究车轮多边形对车辆振动行为的影响,对该车进行了线路跟踪试验,对关键部件的振动加速度进行了测量和分析.以线路跟踪试验条件为基础,采用SIMPACK建立动力学仿真模型,输入实测数据,从时域和频域方面对比线路试验与动力学仿真获得的各个关键部件的振动数据,并比对结果差异,分析产生的原因.结果 表明:构架垂向加速度的线路试验数据略大于仿真数据,轴箱垂向加速度总体差距较小;仿真和线路试验构架振动能量均集中在540 Hz左右,仿真试验轴箱振动能量集中在527 Hz左右,线路试验轴箱振动能量集中在542 Hz左右,均接近由19阶车轮多边形引起的振动频率(547.81 Hz),且两者振动能量起伏趋势大体相似.说明仿真试验基本可以还原线路试验,且能较为准确地反映车轮多边形对车辆振动行为的影响.     

地铁转向架构架运用载荷与疲劳损伤特征研究

地铁转向架构架在未达到服役寿命时,频繁出现疲劳裂纹,导致其疲劳可靠性不足。表明在一定程度上,构架采用的疲劳可靠性设计规范未能覆盖真实运营环境,有必要开展实际运营条件下的构架载荷、损伤研究。通过线路测试采集构架动载荷与动应力信号,分析构架载荷动态特性和损伤状况。结果表明,构架载荷与线路条件及列车运行状态密切相关,列车启停、站前站后短曲线线路等导致构架承受幅值较大、频次较高的动态载荷;主体载荷能量在10 Hz以内,电机吊座载荷存在51 Hz能量;曲线线路造成的疲劳损伤普遍大于直线线路;载客量对构架损伤有一定影响。研究结果对掌握在不同运行和线路工况下的地铁转向架构架动态载荷特征和疲劳损伤特性,并开展满足运用安全的抗疲劳优化改进具有重要的工程意义。     

动车组车辆车下悬吊设备线路振动特征分析

高速列车刚柔耦合振动会引起车下悬吊设备的剧烈运动。介绍了高速动车组车辆悬吊设备以及质量调谐吸振理论。根据试验数据,分析了构架振动响应、车下设备振动响应,以及不同车速和线路对车下设备振动响应的影响。结果表明:正常路段构架横向振动加速度振动幅值较小,而蛇形激励路段构架横向振动主频为7.4 Hz。在振动水平正常时段,设备振动显著大于车体振动,设备频域振动特征主要为高频磁致振动,设备15 Hz以上的高频振动均未传递至车体。转向架蛇行激励时段,辅助变流器和车体耦合振动频率为7.6 Hz,设备和车体振动相位基本相同。运行速度增大时,车下设备振动增强,线路条件对车下设备振动也有重要影响。     

构架弹性振动对疲劳寿命影响研究

近年来国内地铁车辆转向架构架多次发生弹性振动问题,弹性振动对构架疲劳寿命的影响已引起高度关注。现对国内某型地铁车辆转向架构架动应力进行测试并对数据进行时域和频域分析,得到了构架上发生弹性振动测点的动应力特点;在建立构架有限元模型的基础上,计算了构架自由振动频率,结果表明构架实际线路运用中弹性振动频率与其某阶固有频率一致;对测试数据采用去除振动主频率的方法,得到去除弹性振动后测点的动应力时间历程及分布特性,结合雨流计数法、S-N曲线并应用Miner线性疲劳累计损伤理论,得到发生弹性振动和去除弹性振动情况下构架上不同部位测点的等效应力幅值及疲劳寿命,进而获得构架弹性振动对疲劳寿命影响特性。研究结果表明,发生弹性振动后,构架局部位置疲劳寿命将大幅下降,可降至原设计寿命的1/3。     

地铁车辆轴箱轴承故障分析及预防

主要介绍了地铁车辆转向架轴箱所用轴承形式、结构原理,对轴承故障现象进行了梳理,分析了故障发生的原因,研究了轴箱轴承故障变化趋势、外在现象以及对运营的影响程度,并针对轴箱故障提出了预防检修思路。     

高速动车组轴箱轴承轴向游隙对轴箱体振动的影响

基于多体系统动力学理论建立了转向架刚柔耦合动力学模型,研究了不同轴向游隙对轴箱体振动的影响。结果表明:当轴向游隙大于0.52 mm时,轴箱体的弹性振动起主导作用,使得其横向振动比垂向振动剧烈,因此建议转向架组装后的轴箱轴承轴向游隙控制在0.15～0.52 mm范围内。     

某地铁转向架构架端部开裂机理及分析

针对某B型地铁在正常运营过程中发生转向架构架端部开裂问题,文中采用运营模态分析和线路试验开展断裂机理研究。首先文中基于PolyMAX方法识别出构架在实际运营中的工作模态,其中构架端部存在频率为222.9 Hz,阻尼比为0.72%的纵向摆动固有模态;然后通过分析轴箱、构架端部加速度和动应力时频特性以及对典型区间轨道调查发现,车辆以60 km/h的运营速度通过含有波长为80 mm钢轨波磨的弹性短轨枕区段时,构架端部与轨道固有频率重合,从而导致结构共振引发疲劳破坏;在相同工况条件下,构架端部安装加强筋改进后的结构,其振动加速度和动应力均比原方案减小90%左右,同时对改进前后构架端部进行寿命评估,结果表明安装加强筋后的构架端部损伤值大幅降低,满足转向架的使用寿命要求。     

基于线路条件的HXD1C型机车转向架抱轴箱轴承寿命研究

文章对HXD1C型机车转向架驱动装置和抱轴箱轴承结构进行了介绍,通过实际线路试验,采集不同线路条件下的抱轴箱轴承位置振动加速度数据,并基于采集的数据,对抱轴箱轴承寿命进行计算和对比研究。     

HXD1型电力机车脚蹬断裂问题分析与试验

阐述了电力机车脚蹬断裂原因调查的过程及结果。一台振动异常的机车被选来做试验,在试验过程中机车运行状态与正常运行一致。车轮镟修前、后,均对机车的车轮不圆度以及关键零部件包括脚蹬、轴箱和构架的振动进行了测试。试验结果表明,车轮存在12~19阶多边形,1/3倍频程中心波长为200 mm。镟轮不能完全消除车轮的多边形特征,在镟轮后车轮仍然存在16~19边形特征。振动测试显示,镟轮前脚蹬、轴箱和构架存在相同的振动主频,频率与多边形通过频率接近。脚蹬纵向在70~90 Hz范围内存在固有振动,车速在50~80 km/h范围内时,车轮多边形的通过频率与脚蹬70~90 Hz的固有频率一致,引起脚蹬共振,是导致脚蹬断裂的主要原因。     

滤波频率对地铁车辆转向架载荷测试影响的研究

针对地铁车辆转向架载荷测试的特点,选择了不同的滤波频率对上海轨道交通1号线车辆转向架振动加速度在线试验测试数据进行处理。结合不同的被测量,分析了滤波频率对转向架荷载测试的影响,提出了适用于地铁车辆转向架荷载测试的滤波和采样频率;转向架动力学试验中振动加速度采样频率不低于640Hz;构架垂向和纵向加速度滤波频率选择125~150Hz;架悬电机垂向、横向和纵向加速度滤波频率不低于250Hz。     

武广高铁车轮多边形综合整治研究

近几年动车组车轮多边形问题增多,造成了轴箱端盖螺栓松脱、轮轨异常噪声等故障,影响运行安全。以武广高铁CRH3型系列动车组车轮多边形为研究对象,通过长期跟踪测试得到了车轮多边形的特征,通过线路试验研究了车轮多边形对轴箱、构架振动加速度的影响。研究发现车轮多边形形成的高频激扰显著加大了转向架部件的振动加速度,且随着车轮多边形幅值的增加,其影响呈指数级增加。文中提出了五项工程控制措施,显著降低了车轮多边形的故障率与影响。     

轨道车辆轴箱内置式转向架技术发展研究

随着轨道车辆技术的不断发展,对转向架轻量化、低轮轨作用力等提出了更高的要求.国外多年的研究和试验表明,与轴箱外侧悬挂转向架相比,轴箱内置式转向架具有质量小、通过曲线能力强、轮轨磨耗小、噪声低等特点.我国对内置式转向架,尤其是轴箱内置式转向架的研究较少,在工程上的应用也尚属空白.介绍了国内外轴箱内置式转向架的技术研究和市场应用情况.介绍了中车长春轨道客车股份有限公司在对国内外典型的轴箱内置式转向架研究的基础上开发的200km/h速度等级以上的轴箱内置式转向架的构架和主要技术参数.     

基于长短期记忆网络的动车组轴箱轴承故障诊断预测模型研究

动车组轴箱轴承是动车组转向架的关键部件,其运行品质直接影响动车组的运营安全.以深度学习算法为基础,利用轴承振动信号时间序列的特点和LSTM(长短期记忆网络)擅长处理时间序列的优势,通过构建LSTM模型对轴承的故障状态进行识别,开发了基于深度学习的轴承故障诊断预测软件,实现了轴承故障早期的分类与诊断.模型的仿真和试验表明...     

CW-2系列转向架轴箱定位节点垂向刚度研究

介绍了CW—2系列转向架运用中出现的故障,结合轴箱定位结构分析了定位节点刚度较大带来的问题,并得出定位节点垂向刚度较大也是导致转向架出现较多运营可靠性问题的初步结论。利用动力学分析软件,计算了不同节点定位刚度对轮轨垂向力、构架垂向振动、节点处动态垂向力和车辆其他动力学性能的影响趋势,以TGV高速列车的2种转向架的试验比较进行了验证。     

轴箱垂向单向阻尼对车辆动力学性能的影响

利用SIMPACK仿真软件建立了某型客车的动力学模型,分析比较了车辆通过三角坑、随机不平顺激扰线路时,垂向单向阻尼减振器和双向阻尼减振器对车辆动力学性能的不同影响。分析结果表明,轴箱垂向单向阻尼能一定程度上降低转向架构架的高频振动,降低轮轨动力作用,车辆运行速度越高,效果越明显;但其对转向架和车体垂向振动加速度峰值、车辆运行平稳性指标影响较小。     

地铁车辆转向架轴承故障诊断方法研究

地铁车辆转向架轴承状态对车辆的安全运行至关重要。现有地铁车辆转向架轴承的监测与诊断存在智能化程度低、准确性差等不足。针对此不足,对地铁车辆转向架轴承故障模型进行推导,提出一种地铁车辆转向架轴承故障智能诊断方法。该方法根据转向架轴承径向振动加速度信号,采用小波包-包络分析和故障识别搜索算法,诊断轴承故障及故障类型。为了验证所提出方法的有效性,设计并搭建了轴承故障诊断试验台,基于此试验台对广州地铁车辆转向架故障轴承进行了测试。试验结果表明:所提出的转向架轴承故障诊断方法能够准确识别轴承故障,为地铁车辆转向架轴承故障诊断的自动化、智能化提供了新思路。     

某种动车组分体式轴箱体内孔加工工艺分析与改进

轴箱体是高速动车组转向架的重要组成部件,承受高速动车组运行过程中转向架构架、轮对产生的各种动、静载荷,并满足高速运转过程中轴承与构架的有效装配,某种动车组分体式轴箱体属新型设计结构,在分体式轴箱体组装前的内孔尺寸检测过程中,发现轴承内孔尺寸超差,文章通过分析加工后内孔尺寸分布及分体式轴箱体加工、组装工艺流程,跟踪每一步作业工序的现场实际操作,从刀具、切削参数、工艺过程等方面对分体式轴箱体内孔的工艺进行攻关改进,有效提升了分体式轴箱体的加工合格率。     

动车组撒砂装置振动规律及影响因素线路试验研究

为探究动车组撒砂装置在实际运营条件下的振动疲劳特性，开展撒砂装置及构架端部的振动加速度和应力线路测试；研究不同运行线路、车轮镟修前后和不同速度工况下撒砂装置的振动和应力传递规律，分析轮轨激励影响；基于实测应力，计算疲劳关键点在1 500万km应力谱下的疲劳损伤。结果表明：撒砂装置及构架端部的垂向振动水平最高；京广线某区间撒砂装置的垂向振动加速度和应力能量峰值均约为广深线某区间的3.8倍；镟轮后撒砂装置的振动加速度和构架端部应力能量峰值可分别降低约67%和68%；撒砂装置振动加速度和应力较高的主要原因为轨道板周期性不平顺冲击，主频约为66.9 Hz，与轨道板冲击振动频率和结构的1阶固有频率相近；基于某线路区间应力数据获得的构架端部焊缝测点1 500万km损伤大于1，若动车组长期在该恶劣工况下运行，结构将可能出现振动疲劳失效。     

高速动车组齿轮箱异常振动试验分析

在分析齿轮箱振动特性的基础上,对其进行了振动模态试验和线路跟踪测试分析,找出齿轮箱箱体异常振动的根本原因。模态试验结果表明:齿轮箱的箱体模态最低为551 Hz,其模态振型为扭转和弯曲的复合模态并以弯曲模态为主。通过线路振动测试结果可以看出,轴箱垂向振动加速度小于横向振动加速度,而齿轮箱振动正好与轴箱相反;从均方根的幅值大小来看,从轴箱到齿轮箱横向振动加速度的变化不是很大,但垂向振动加速度变化明显。齿轮箱上的垂向振动加速度均方根幅值是轴箱的2倍左右,这说明从轴箱到齿轮箱的振动传递存在放大现象。当运营速度接近300km/h时齿轮箱的振动加速度会急剧上升。通过相应的频谱分析发现齿轮箱的振动主频介于500~600 Hz之间,非常接近齿轮箱的最低固有频率。这表明齿轮箱异常振动的根本原因在于轮轨上的高频激扰传递到齿轮箱上从而引起了结构共振。