地铁车轮踏面的运用分析及优化途径研究

重点论述了车轮踏面外形设计的改进对地铁车辆运行品质的作用.从上海轨道交通车轮踏面的运用经验分析出发,对目前地铁系统的车轮踏面现状进行了理性评判.跟踪研究了国际上先进的踏面优化设计动向,提出了今后地铁车辆踏面设计优化、运用管理和合理选型的建议:设计出的踏面外形标准应具有安全性与动力性能兼顾的特点,能够满足不同地铁车辆的需求,使踏面外形系列与不同钢轨外形和轨底坡对应起来,使地铁也可采用不同等级的钢轨.     

青藏客车轮缘异常磨耗分析

探讨了青藏客车轮缘异常磨耗的原因,针对LM型轮缘踏面外形与50 kg/m钢轨匹配不良的问题,基于现场测试的车轮外形数据,重新设计了与60 kg/m钢轨和50 kg/m钢轨配合时轮缘磨耗折中的QZ型轮缘踏面外形和检修用薄轮缘QZ-28型轮缘踏面外形,并对新踏面的动力学性能进行了分析.针对实际使用情况,建议车轮旋修时采用QZ-28外形.     

基于结构光视觉传感的轮对踏面擦伤快速检测

研究一种基于结构光视觉传感的铁路车辆轮对踏面擦伤快速检测方法.通过控制轮对转动速度,并以结构光扫描轮对踏面及应用CCD(Charge Coupled Device)视觉传感器实时采集轮对踏面外形特征信息,经过图像数字滤波、基准校正、边缘识别和空间坐标变换等算法,建立踏面擦伤数字矩阵.在此基础上,进行踏面擦伤特征信号的分析和提取,实现轮对踏面擦伤最大深度及形状的非接触快速准确检测.本文给出了试验结果,并分析了踏面数字矩阵的建立过程和视觉传感器标定对擦伤测量的影响.试验证明本文方法实用、可靠,可有效提高轮对踏面擦伤测量精度和效率.     

基于基因遗传算法的车轮踏面优化

结合遗传优化算法与车辆动力学仿真,对车轮踏面进行动态优化。建立了与车辆系统关键动力学指标相对应的适应度函数,根据优化目标选择加权系数形成综合适应度函数。以磨耗形踏面作为父本踏面,生成初始踏面群体,使用动力学软件SIMPACK计算不同踏面个体对应的动力学指标,用基因算法对各踏面个体的适应度进行评价,选择适应度较高的踏面进行交叉和变异操作形成新的踏面群体,如此进行数代遗传优化得到了适应度较高的踏面形状。     

2B0动力车踏面外形对悬挂参数选配的影响

利用多刚体动力学软件SIMPACK,对锥形或磨耗形踏面的某2B0动力车进行了随机不平顺非线性时域响应分析,结果表明:该动力车仅按锥形踏面配置的抗蛇行减振器不利于踏面磨耗后的稳定性;新轮直接采用磨耗外形的动力车容易实现更高的稳定性。该动力车的横向平稳性对踏面外形比较敏感,垂向平稳性不敏感;对于不同踏面外形,二系横向减振器和一系、二系垂向减振器的卸荷特性对动力车平稳性影响的规律相似。合适的二系横向止挡间隙是保证良好动态曲线通过性能的一个重要因素。     

高速铁路动车组车体抖动问题分析与整治

针对某高速铁路动车组车体抖动问题,采集不同线路工况下车体振动加速度及平稳性数据、不同磨耗车轮踏面及打磨前后钢轨廓形,研究不同线路工况、车轮踏面和钢轨廓形对动车组车体振动特征影响,研究镟轮后不同时期车轮踏面和打磨前后钢轨廓形匹配下轮轨几何接触关系。同时,采用实际线路及动车组车辆参数,基于多体动力学软件Simpack建立包含实测车轮踏面和钢轨廓形的车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算车轮镟修和钢轨打磨对车辆关键动力学指标的影响。研究结果表明:该高速铁路动车组车体抖动主要发生在隧道工况内,体现为垂向和横向的综合异常振动;随车轮踏面磨耗增加,实测车体振动加速度逐渐增大,轮轨接触关系逐渐恶化,与未廓形打磨钢轨匹配时尤为明显;钢轨打磨可以有效抑制等效锥度随车轮踏面磨耗增加的不断增大,有效改善轮轨接触关系。车轮镟修和钢轨廓形打磨均可降低等效锥度,有效整治高速铁路动车组车体抖动。     

上海轨道交通8号线车辆车轮踏面设计优化及测试

针对上海轨道交通8号线车轮踏面异常磨耗情况,根据轮轨间的几何接触特性关系,采用了基于轮径差函数的方法,优化设计了新的车轮踏面外形;运用MATLAB/SUM LINK软件来搭建车辆模型,通过仿真模拟,比较了装有新、旧设计踏面的整车性能差异,得出新踏面外形具有明显减磨性能优势的结论。通过实际装车试验,分析了装有新、旧踏面车轮的磨耗情况,从而验证了新踏面外形具有明显减少钢轨和车轮之间的相互磨耗的特性的结论。     

车轮踏面外形对机车曲线通过性能的影响

不同的轮轨外形配合,对机车曲线通过性能的影响较大。本文采用仿真软件SIMPACK建立一种2Co径向转向架机车模型,通过在小半径曲线上的仿真计算,分析了不同车轮踏面外形对机车曲线通过性能的影响。得出合理的车轮踏面与钢轨外形配合可以提高机车车辆的曲线通过性能的结论。     

铁道车辆车轮踏面反向优化设计方法

根据不同类型踏面外形、轮径差的变化和接触点分布特征,给出一种标准踏面反向优化设计方法。由给定轮轨初始接触点位置和轮对在不同横移量下的轮径差信息,结合参考的踏面外形,建立踏面反向设计的最优化模型,并通过了S1002CN和LMA踏面反向设计验证。验证结果表明,不同优化参数下得到的不同设计踏面外形,均满足初始接触点位置和轮径差的要求,但不同轮对横移量下的轮轨接触点分布不一致。分析设计踏面和参考踏面外形的误差及其接触点分布,得到最优踏面优化参数。在最优踏面优化参数下,设计的S1002CN踏面外形最大误差0.26mm,设计的LMA踏面外形最大误差0.2mm。在最优踏面优化参数的基础上,可任意修改轮径差曲线和轮轨初始接触点位置,得到修改后的车轮踏面外形,从而验证踏面反向设计方法的准确性和适应性,可为新型踏面设计提供参考和指导。     

车轮车床数控系统与维护

1引言数控车轮车床与普通车床相比,去掉了刀架的电磁离合器与电接点仿形仪组成的机械电仿形机构,改为滚珠丝杠和齿轮传动,由交流伺服电机驱动,实现了数字化控制,只要给数控系统输入相应的加工程序,就能够实现轮对踏面的镟修,由于踏面外形是由多个相切圆弧、斜线组成,加工精度可以通过软件进行校正和补偿,因此可大幅度提高镟修精     

轮轨踏面外形的实际测量及几何接触的进一步研究

研究了轮轨外形的高精度测量方法，即滚轮爬行式测量方法。研制了新一代的通用于不落轮测量的装置，对仪器的测量误差作了详细分析。提出了一种实用的外形平滑方法和几何接触的二维／三维通用算法，并研制了与仪器仪器配套的设计分析软件。对运用中的ＤＦ１１机车的轮对踏面外形作了测量研究，获得了关键的用于机车动力学分析的实际轮轨接触参数。为铁路车辆转向架的径向导向问题研究提供了第一手资料和手段。     

高速铁路钢轨打磨关键技术研究

根据我国高速铁路上运行车辆的车轮型面设计钢轨的预打磨轨头廓面.按照该预打磨轨头廓面对钢轨进行预打磨,可有效改善轮轨的接触状态.给出了适用于不同车轮型面的钢轨预打磨深度理论设计值以及适用于LMA和S1002G车轮型面的钢轨预打磨轨头廓面.关于预打磨后的实际轨头廓面与预打磨设计廓面的误差,在轨距角部位应控制在-0.1～0.3 mm范围内.建议我国高速铁路的钢轨打磨周期为每30～50 Mt通过总重打磨1次,对于无砟轨道取上限,有砟轨道取下限;关于60kg·m-1钢轨的预打磨深度,在轨距角部位应达到0.8～1.5 mm,在主要轮轨接触部位应大于0.3 mm;钢轨打磨后的表面粗糙度应小于10μm;采用48磨头打磨车时应打磨3～4遍,采用96磨头打磨车时应打磨2遍.     

轮轨滚动噪声激扰模型研究

为解决轮轨高频非线性接触问题和预测轮轨滚动噪声,需研究轮轨表面粗糙度的时域模型。在基于线性化理论的轮轨表面粗糙度频域表示方法的基础上,为满足轮轨非线性接触的要求,采用时频转换的方法建立轮轨表面粗糙度时域输入模型,并以Sato轮轨表面粗糙度谱为例,运用所建立的轮轨噪声预测模型及开发的轮轨噪声预测分析软件对轮轨滚动噪声辐射进行了仿真计算,将得到的轮轨滚动噪声频谱特征及其时域特点与工程实际监测结果进行对比分析,证明模型是可靠的。     

基于Morlet小波分析的高速铁路轮轨粗糙度声学特征

通过跟踪实测一动车组车轮旋修前后的粗糙度及其通过路基直线段、路基曲线段和桥梁区段3个典型区段的钢轨粗糙度并对数据进行曲率修正,研究高速铁路车轮和钢轨的粗糙度特征;通过测量3个典型区段动车组车外噪声并进行0~5000 Hz的Morlet小波分析,研究轮轨滚动瞬态接触下的声学非稳态特征。结果表明:车轮旋修前的17阶多边形特征和钢轨不平顺峰值波长在小波时频图中有较明显反映;车轮和钢轨特征波长的声学不平顺等级在车外噪声中有明显反映;从声学角度可以有效进行轮轨典型粗糙度特征的识别。     

基于细观尺度粗糙轮轨接触蠕滑特性数值分析

为了进一步考虑粗糙表面对轮轨蠕滑的影响,从微凸体的微米尺度跨越到米的尺度,着力于摩擦的物理学本质,建立干摩擦工况下的轮轨蠕滑力的二维动态计算模型。通过微凸体接触与断开来模拟轮轨接触的滚滑运动,讨论不同速度、蠕滑率、轮轨表面粗糙度参数等因素对轮轨黏着系数的影响,对每个因素造成的轮轨牵引系数的变化进行数值分析。在中低速情况下,通过对线路测量数据和实验室JD对滚机数据与模型计算结果的对比,验证了模型的有效性。结果表明随着速度的增大,黏着系数随之下降;适当增加轮轨表面粗糙度能提高轮轨间的黏着系数;同时以非人为划分的方式重现接触斑内牵引系数变化的过程,从黏着区到滑动区的过渡过程。     

客运专线无碴轨道噪声问题探讨

对轮轨噪声问题国内外研究现状、无碴轨道噪声及其降噪措施进行了概述。为了对高速运营条件下的轮轨滚动噪声进行更详细描述和评价,通过对钢轨竖向振动的测量,间接得到轮轨有效不平顺度,再结合声压测量结果,根据有效不平顺度与声压间的简单关系得到不平顺度对声压的转换函数,合成有效不平顺度与转换函数的组合可用于任何列车速度、任何给定列车轨道系统的噪声辐射谱预测;将车辆噪声和轨道噪声分开进行评估量化,为从车辆与轨道两方面寻求有效控制和降低轮轨噪声的方法奠定基础。     

车轮磨耗仿真中踏面更新策略研究

基于车辆系统动力学仿真和Braghin踏面磨耗模型计算车轮踏面上的磨耗深度分布,并采用小波滤波、滑动平均和傅里叶变换平滑3种方法对踏面磨耗深度曲线进行平滑。结果表明,小波滤波的平滑效果优于滑动平均和傅里叶变换平滑方法;更新磨耗深度越大,对磨耗行为和轮轨几何接触关系影响越大。因此,建议在最大磨耗深度达到0.1 mm时对仿真计算用的车轮型面进行更新。     

CHN60轨与59R2槽型轨对现代有轨电车轮轨匹配性能的影响分析

为研究CHN60钢轨型面、59R2钢轨型面与现代有轨电车不同磨耗车轮型面的匹配性能,对国内一现代有轨电车车轮型面进行现场测量,将运行不同里程后磨耗车轮型面分别与CHN60钢轨型面、59R2槽型轨型面在对中位置进行型面匹配,建立轮轨弹塑性接触有限元模型,对有轨电车轮轨接触的Mises应力、接触状态进行了研究。研究结果表明:新车轮与CHN60钢轨、59R2槽型轨匹配的最大等效应力相差不大;随着运行里程的增加,磨耗车轮与CHN60钢轨、59R2槽型轨匹配的最大等效应力先增加后减少;有轨电车磨耗车轮与59R2槽型轨匹配的接触斑面积大,最大等效应力小,且形状更接近于椭圆形,轮轨匹配性能较好。     

轮/轨接触几何参数对高速客车动力学性能的影响

为研究轮轨关系对高速铁路车辆动力学性能的影响,选择中国车轮踏面LMA与钢轨断面CHN60、日本新干线圆弧车轮踏面JP-ARC与钢轨断面JIS60和欧洲标准车轮踏面S1002与钢轨断面UIC60,应用AD-AMS/Rail软件,考虑轮对内侧距从1 353 mm变化到1 360 mm的情况,计算分析高速客车的临界速度、脱轨系数、车辆运行平稳性以及车辆稳态曲线通过的轮轨磨耗指数。车辆动力学仿真计算中均采用基于先锋号客车基本参数建立的车辆动力学模型。分析轮轨几何参数对高速车辆运行平稳性和稳定性的影响,结果表明:增大轮对内侧距可以改善舒适性,减小磨耗,提高临界速度。     

轮轨噪声的预测

通过建立轮轨噪声预测模型 ,研究轮轨相互作用关系及由轮轨表面不平顺而引起的噪声 ,推导车轮、钢轨辐射噪声声压级谱 ,利用有关文献中给定的实验数据 ,验证轮轨噪声预测模型 ,并对我国既有线轮轨噪声进行了预测。