轮轨异常振动对地铁车辆部件的影响分析

文章针对地铁车辆在长期服役过程中产生的轮轨异常振动问题,从直接影响轮轨关系的轨道不平顺、车轮多边形和钢轨波磨三个方面入手,分析了不同频段内、不同激扰源导致的轮轨异常振动对车辆部件的影响。结果表明:在低频段内,轨道不平顺激扰下,车辆部件的异常振动主要表现为车体和构架的异常振动,车体异常振动降低乘客的舒适性,构架的异常振动加速构架疲劳裂纹的形成;在中高频段内,车轮多边形和钢轨波磨的激扰下,固有频率为中高频率的部件容易被激发,产生异常振动,致使部件(例如一系钢弹簧)出现裂纹、松脱、断裂。文章建议利用车载故障诊断系统来监测全线路的振动情况,当监测到线路轨道不平顺出现异常时,可通过降低列车运行速度来缓解轮轨异常振动;当监测到钢轨波磨和车轮多边形磨耗时,可通过镟轮以及对波磨区间进行打磨等措施来缓解轮轨异常振动。     

高速动车组车体异常振动的试验研究

对某高速动车组的车体异常振动进行了车轮踏面测量、车体振动的在线跟踪测试、调头运营以及镟修前后的车体振动对比分析。轮轨磨耗导致轮轨匹配关系在局部区段发生变化,从而导致等效锥度增大影响了车辆的动力学性能;车体异常振动主要表现为9.5 Hz左右的谐振响应,其中调头运营不能解决车体异常振动的问题,但是镟修车轮却能够有效改善车体异常振动问题。得出车体异常振动的根本原因在于轮轨关系的不匹配,从而导致轮轨激扰向上传递引起车体的局部共振。因此不论镟修车轮还是打磨轨道都可以通过改善轮轨匹配关系最终消除车体的异常振动问题。     

动车组高频异常振动成因轮轨耦合试验分析

我国高速铁路出现多次因高频异常振动引起的零部件裂纹等现象,经分析车轮多边形和钢轨波磨是引起轮轨高频异常振动的主要原因,通过对轮轨系统模态测试和耦合振动测试,发现车轮、构架、钢轨、轨道板等存在与车轮多边形或钢轨波磨频率相对应的固有频率成分,轮轨系统固有频率是车轮多边形和钢轨波磨产生的重要原因。     

波磨对CRTS Ⅱ型板式无砟轨道振动特性影响分析

通过建立 CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的车辆-轨道垂向耦合动力学模型，研究在钢轨波磨不平顺激扰下，不同运营速度时轮轨力响应及轨道结构各部件的振动特性。分析结果表明：在钢轨中长波波磨激励下，运营速度的改变对轮轨力响应最大值影响较小，但对轮重减载率影响较为明显；钢轨垂向振动主要表现为中高频振动；随着运营速度增加，轨道板及底座板在中高频范围内的振动频率增加。     

地铁车辆轴箱接地端子异常开裂原因分析

针对某地铁车辆轴箱接地端子异常开裂问题,从其压接质量、电缆装配、理化分析等方面明确了接地端子开裂的影响因素。基于车辆振动传递路径的轴箱加速度,以及电缆支架和接地端子应力测试,对引起轴箱接地端子的开裂根源进行了研究。测试表明,车辆通过普通道床时,轴箱及接地端子承受较大的轮轨激扰作用,此时接地端子的应力水平远大于减振道床上的应力;电缆及接地端子、线夹板、电缆支架组成的系统的固有频率与普通道床上轮轨激扰的主要频率发生耦合,成为导致接地端子发生开裂的主要原因;及时维护保养线路,同时优化支架结构可抑制耦合共振发生。     

模拟轨道不平顺激励下车辆振动台架试验方法

轨道不平顺是影响铁路车辆轮轨动态作用力和车辆平稳性的主要因素之一。车辆受轨道不平顺激扰时的性能,需在线路上开展测试。但组织线路试验受到较多限制,且线路激扰的随机性较难重复。基于铁路货车疲劳与振动试验台,提出一种模拟轨道不平顺激励下车辆振动台架试验方法,可获取单个车辆受轨道不平顺线路激扰时的车辆性能。介绍试验台组成、参数测试和激励信号的创建方法。将台架试验应用于某型转向架研制中,获取了该转向架与C_(70)车体配装时的车辆性能。在运输技术中心(TTCI)进行线路试验,验证了台架试验方法的合理性、实用性、有效性。     

地铁高架线曲线段DTⅦ_2型扣件T型螺栓异常断裂研究

针对某地铁高架线曲线段DTⅦ2型扣件T型螺栓(简称T栓)出现异常断裂问题,通过对断裂T栓的金相分析,以及对钢轨动位移、轮轨力、T栓应力、钢轨表面不平顺、钢轨和T栓振动加速度的测试,进行DTⅦ2型扣件T型螺栓断裂研究。结果表明:T栓裂纹位于螺栓一侧的头部与杆部过渡位置,裂纹沿45°向螺栓头芯部扩展,T栓断裂为疲劳断裂;T栓断裂扣件的钢轨—T栓的振动加速度响应传递比在700~800Hz频率处存在振动放大与相位不同步现象;曲线内股钢轨存在较为严重的28mm短波波磨,当车速为75km·h-1时,钢轨振动加速度主频在700~800Hz之间,与T栓振动放大频率耦合。T栓断裂的主要原因为:部分T栓断裂扣件系统匹配状况不良,导致在700~800Hz频率处T栓振动放大,钢轨与T栓振动不同步;钢轨短波波磨诱发钢轨700~800Hz高频振动,T栓振动量级超过钢轨,造成T栓根部应力集中部位疲劳断裂。     

高速列车车轮多边形试验研究

针对车轮多边形磨耗对高速列车车辆振动的影响,进行实车跟踪、试验室模态测试,测试表明,转向架系统在580Hz左右存在显著的振动峰值,与转向架系统模态频率吻合;车轮多边形是轮轨耦合振动条件下的等频率分割造成的,它的形成与轮轨系统耦合振动息息相关,是轮轨关系恶化后的产物。     

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。     

轨道交通轮轨噪声研究进展

轨道交通噪声影响乘客和沿线居民的身心健康,控制轨道交通噪声辐射是当前国家和行业关注的焦点问题之一。轮轨噪声是轨道交通噪声中非常重要的噪声源,是由轮轨表面粗糙度和表面不连续的几何缺陷等激扰产生的轮轨高频振动或曲线轨道产生的轮轨摩擦振动向空中辐射而产生的。研究轨道交通轮轨噪声的产生机理、激扰源和控制方法可促进轨道交通的技术创新与和谐发展,具有重要的理论意义和社会价值。对国内外轨道交通轮轨噪声的研究历史和现状进行综述,主要包括轮轨噪声产生机理、激扰源及控制技术等;并对比了国内和国外的研究状况,指出我国为适应高速铁路和城市轨道交通建设需在减振降噪理论和技术方面进一步重点研究的问题。     

动车组车轮踏面外形改进性设计

车轮踏面外形决定轮轨接触几何关系,对行车安全具有重要意义.某动车组在部分线路运营时车体出现明显的横向晃动现象,通过分析该动车组的实测数据,发现转向架受到线路激扰时横向振动未能及时收敛是导致这一现象的原因.在LMA踏面基础上通过提高等效锥度的方法设计了新踏面外形,计算分析了新型面的可行性,最后通过实测数据验证了新踏面外形能使转向架和车体横向振动幅值下降,列车运行平稳性和旅客乘坐舒适度明显改善.     

车轮多边形磨耗机理的有限元研究

在车辆稳态通过小半径曲线和直线的条件下,建立由轮对一钢轨一轨枕弹簧组成的系统有限元弹性振动模型.在模型中,假设轮轨蠕滑力饱和且等于法向力与摩擦系数的乘积.钢轨和车轮在饱和蠕滑力作用下产生动力学耦合,当耦合关系比较强时,轮轨系统会出现弹性黏一滑振动.应用有限元软件ABAQUS分析该模型的运动稳定性,发现在一些条件下轮轨系统存在严重的频率不大于150Hz的黏一滑弹性振动.振动模态显示,在轮轨发生黏一滑振动时,车轮相对钢轨发生横向滑动,而轮轨系统的低频黏一滑振动是引起车轮多边形磨耗的原因之一.应用本文方法可预测在小半径曲线和直线线路运行的车轮的多边形磨耗.计算结果发现,当正确选择轨枕支撑弹簧刚度或当控制轮轨摩擦系数不大于0.27时,可抑制甚至消除车轮多边形磨耗.     

重载线路钢轨波形磨耗成因研究

对钢轨波磨成因理论和我国重载线路钢轨波磨的特征进行了总结，发展了一个适用于波磨成因分析的轮轨空间耦合振动模型。以轮轨间磨耗功为研究对象，发现了钢轨波磨是由一定条件下，轮轨系统垂向振动、轮对扭转振动和弯曲振动发生自激及交叉激扰形成的粘滑振动所致。同时发现了粘滑振动具有多种型态，且与不同的波磨特征相对应的，并列举了四类粘滑振动。综合多种现有滤磨成因理论，建立了“轮对粘滑振动－钢轨不均匀磨损”的成因理论     

弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究

建立了弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统动力学模型，推导了弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统振动微分方程。通过输入脉冲型激扰，对弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统进行了轮轨力及轮轨接触应力的动力学仿真，并与刚性轮对车辆的计算结果进行了比较和分析。     

时速160 km的国外低地板铰接动车组严重晃动问题测试研究

针对国外某型号低地板铰接动车组存在的车体严重晃动、平稳性指标超标以及由此导致的限速运营问题,开展了轮轨接触关系和悬挂系统振动传递情况的线路测试。采用实车线路运行视频监测方法,对车体的运行姿态、悬挂系统振动传递、结构模态及轮对振动等进行了综合分析。结果发现,轮对低频蛇行通过悬挂系统传递给车体,激发出车体的刚体摇头和结构菱形模态耦合振动,从而导致平稳性指标超标。车载视频监测方法发现轮对确实存在1 Hz低频大幅值蛇行运动,空簧变位显著,即视觉上捕捉到了轮对蛇行与车体摇头的关系。经过分析和测试验证,改进的踏面镟修廓形可以改善轮轨接触关系,控制轮对蛇行运动,避免车体异常晃动,保证车辆运行的平稳性。     

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。     

地铁车辆轮轨耦合振动特性研究

轮轨耦合振动模态是系统固有属性,掌握轮轨间的耦合振动特征对减少车轮不圆磨耗和钢轨波磨有必然性和现实性。文章建立了详细的地铁车辆轨道耦合动力学模型,利用扫频分析方法,研究了车辆和轨道参数对轮轨耦合振动特性的影响。结果表明,车辆和轨道间的轮轨耦合振动主要表现为轮轨间P2耦合振动和由转向架轮对间钢轨局部变形引起的高频轮轨耦合振动,如轮对间钢轨的1阶、2阶和3阶弯曲振动等。轮轨P2耦合共振频率主要在30～100 Hz,钢轨受扣件刚度和簧下质量影响最为显著,随着扣件刚度的增加,轮轨P2耦合共振幅值和频率均增加。钢轨“Pinned-Pinned”振动和转向架轮对间钢轨的3阶弯曲模态是影响轮轨高频耦合振动的主要因素。当振动频率小于1 000 Hz时,轮对间钢轨的3阶弯曲是轮轨高频振动的主要驱动力,其主要受轴距、扣件阻尼和轨枕间距影响较为显著。     

基于柔性轮轨模型的车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动影响的仿真研究

采用ANSYS有限元软件结合SIMPACK动力学软件建立基于Timoshenko梁的柔性轨和柔性轮模型的车辆—轨道耦合动力学模型,以典型的高阶车轮谐波磨耗(阶次为18~21阶,幅值为0.01~0.04mm)激扰作为系统的输入激励,对比分析在柔性轮柔性轨模型与刚性轮轨、柔性轮刚性轨和柔性轨刚性轮模型下高阶车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动响应的影响。结果表明:当车轮谐波磨耗激扰激发轮对固有模态引起共振时,基于柔性体模型计算出的振动响应幅值大于基于刚性体模型计算的结果,而当激扰频率远离共振模态频率时,基于刚性体模型计算的振动幅值大于基于柔性体模型计算的结果;总体上,轮轨垂向力、钢轨及轴箱振动加速度随着车轮谐波磨耗幅值、阶次及列车运行速度的增大而增大;在车辆速度300km·h-1、车轮多边形阶次为20时,车轮多边形幅值0.04mm激起的钢轨及轴箱振动加速度峰值约为幅值0.01mm下的2.5倍;当车轮多边形幅值固定、阶次由18阶增至21阶时,激起的钢轨振动加速度仅增大约1.6倍、轴箱振动加速度级增大约5.7dB,相较于多边形幅值而言,多边形阶次对轮轨系统振动响应的影响较小。     

考虑轮对弹性的轮轨接触斑特性研究

将轮对视为弹性体建立采用直线电机轻轨车辆的刚柔耦合动力学模型,研究轮对弹性对滚动接触的影响。结果表明弹性轮对的弯曲振动频率会与电机的沉浮和点头振动频率相耦合,增加了轮轨垂向力的变化幅度并加剧轮对的弯曲变化,从而增大轮对接触点的横移量,进而影响轮轨磨耗。还对接触斑的振动特性进行了初步探讨,建立了接触斑系统振动特性模型及其运动微分方程式。     

传统车辆模型与车辆-轨道耦合模型的垂向随机振动响应分析及比较

基于车辆－轨道耦合动力学原理，运用随机振动理论进行了轮轨系统中传统车辆模型与车辆－轨道耦合模型的垂向随机振动响应比较分析。结果表明，传统车辆模型仅适用于轮轨系统的低频振动分析，在研究高频振动时将产生大的误差；而车辆－轨道耦合模型则可适用于轮轨系统整个频率带的随机振动分析。