齿轮箱轴承的润滑方程分析与温升试验研究

对一种全架悬式低地板轻轨车齿轮箱线路运行中的轴承故障进行研究,为分析齿轮箱轴承温升和润滑之间的关系,进一步优化齿轮箱润滑结构,以降低轴承温度。基于弹性流体润滑原理,建立圆柱滚子轴承线接触几何模型和Reynolds方程、膜厚方程等润滑方程,并用Matlab软件进行数值计算,对于同一种齿轮箱,在轴承滚子转速、润滑油黏度、滚子压力变化相同的同等条件下,得出轴承油膜厚度和温度之间的曲线关系。研究结果表明:油膜处于较薄的状态时,轴承温度较高。由此推出,若轴承部位润滑油量极少,油膜持续处于极薄状态,轴承温度将不断上升。在实践中对齿轮箱的润滑结构进行优化,以增加轴承部位的进油量,经对比试验,优化后轴承润滑油量增加,温度降低。     

基于CFD的齿轮箱迷宫密封机理研究

基于计算流体动力学(CFD)计算软件Fluent,应用k-ε湍流模型,分析计算了迷宫密封间隙宽度、齿型夹角、空腔深宽比以及直通式迷宫密封和错列式迷宫密封对迷宫密封内部流场和泄漏量的影响。在此基础上,对某型试验列车齿轮箱迷宫密封进行了6种不同的结构设计,对比分析了不同密封结构腔内压力场、速度场及泄漏量,为齿轮箱密封结构设计提供了参考依据。     

高速动车组齿轮箱迷宫密封系统设计与试验验证

密封系统设计是高速动车组齿轮箱设计中的难点,良好的密封系统既要保证列车高速运行工况下对齿轮箱内部润滑油有较好的密封性能,又要防止外界风沙雨雪等杂物进入到齿轮箱内部对齿轮箱造成污染,同时还要满足使用维护方便的要求。应用迷宫密封设计原理,完成了某动车组齿轮箱密封设计,并通过了试验验证。试验结果表明,该密封设计可靠,满足双向密封及使用维护方便要求。     

某型市域车齿轮箱接地侧迷宫密封结构优化

针对某型市域车齿轮箱润滑油发黑问题,文章结合油样检测、齿轮箱拆解检查,以及接地侧流场仿真计算等进行原因分析,并通过台架故障复现试验进行确认。采取减小迷宫间隙、优化碳粉排放结构等措施对迷宫密封结构进行优化,并进行了仿真分析、台架试验和线路试验对比,结果显示优化后的迷宫密封结构可有效抑制碳粉进入齿轮箱内部。     

错齿式迷宫密封空腔尺寸对泄漏量的影响

以某型大功率机车传动齿轮箱轴端迷宫密封为研究对象,采用GAMBIT软件建立错齿式迷宫通道的二维结构化网格模型,应用Fluent软件计算迷宫密封空腔深宽比和齿尖相对厚度对流场和泄漏量的影响.研究结果表明:随着空腔深宽比的增加,泄漏量先减小后增加,最佳深宽比在0.9左右;空腔宽度越大,深宽比对泄漏量的影响越明显;随着齿尖相对厚度的增加,泄漏量先增加然后缓慢递减.     

高速列车齿轮箱流场仿真研究

以某型高速列车齿轮箱为研究对象,针对其运行过程中复杂的内部流场进行仿真分析。建立简化齿轮箱油润滑三维模型,进行流场仿真。获得稳定运行后箱体内部不同瞬时的压力和速度,揭示齿轮箱正常工作时内部流体的分布及变化规律。研究结果表明:齿轮箱内部压强随着运行速度增大而增大,最大压强出现在齿轮即将啮合的位置,速度随时间波动最后趋于平稳,最大速度出现在旋转齿轮的齿顶附近。     

高速齿轮箱圆锥滚子轴承滚道接触损伤机理分析

为了确定高速动车组齿轮箱圆锥滚子轴承滚道剥离的原因,对故障样件进行了理化检测和轴承运动几何分析,确定了导致损伤的主要原因是由于滚动接触疲劳,反映出轴承工作过程中存在润滑不充分的事实。建立了滚动体与滚道的受力模型,对两者相互接触弹性变形的特征进行了分析。基于舍弗勒公司的高速滚动轴承动力学仿真软件对轴承运动状态进行了仿真验证,模拟了轴承运转过程中滚动体的自转效应及滚动体与滚道瞬时接触区域,阐明了润滑油膜厚度不足是诱发圆锥滚子轴承滚道接触损伤的重要原因。     

车轮扁疤对高速列车齿轮箱动态特性影响分析

在高速列车齿轮箱的动力学研究中,由于齿轮传动系统的结构特殊性,难以直接通过传感器测试得到其动态响应,为此通过仿真建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱箱体有限元模型的整车动力学模型。根据齿轮传动系统参数和扁疤车轮参数,建立了齿轮箱内外激扰模型。对不同工况下的齿轮箱动态特性进行计算,结果表明:车轮扁疤对于高速列车齿轮传动系统的平稳啮合有恶劣影响,当扁疤激扰达到一定程度时,甚至会引起啮合脱离并造成冲击;箱体的不同位置由于其特征模态的不同而对扁疤激扰的敏感度不同,其中箱体底部和油位观察孔处的应力与扁疤长度正相关性较高,应力和变形较大,为危险区域;车轮扁疤对箱体动应力的影响比齿轮箱内部激扰大,相比箱体内部激扰,车轮扁疤对箱体裂纹的形成有更大影响。     

基于刚柔耦合模型的动车组齿轮箱箱体振动特性研究

以国内某型动车组齿轮箱为研究对象,着重研究箱体的振动特性。首先在SolidWorks软件中建立齿轮箱整体结构的三维模型,然后利用ANSYS软件将箱体柔性化,最后在ADAMS软件中建立齿轮系统刚性且箱体柔性的刚柔耦合模型,分析箱体在内部激励下的振动特性。研究结果表明,箱体不同部位的振动特性不同,振动位移较为明显的区域在上箱体顶端和上箱体大齿轮轴承座处,振动速度较为显著的区域在小齿轮轴承座和下箱体大齿轮轴承座处,振动加速度较为突出的区域在小齿轮轴承座和上箱体观察口处。以上研究方法与结论,能够为动车组齿轮箱箱体的结构优化和健康监测提供相应参考。     

我国高速列车转向架润滑技术

根据高速列车转向架传动系统摩擦副速度和载荷的特点,轴箱轴承均采用脂润滑,传动轴承以油润滑方式为主,传动齿轮均采用油润滑方式。脂润滑设计应考虑润滑脂品牌选择、装配重量、维护保养补脂周期和换脂周期等原则。油润滑设计应考虑油粘度选取,滴油润滑方式和结构型式等原则。润滑油、脂应具备低磨耗、自修复性和故障安全导向性。论述了我国高速列车转向架润滑技术的经验、问题与需求。     

机车传动齿轮箱温度场数字仿真

机车齿轮箱工作过程中,由于齿轮啮合传动功率损失、轴承传动表面摩擦生热、齿轮搅油功率损失,使得齿轮箱内部及箱体产生了温升。为了计算齿轮箱内温度场,以某型大功率机车传动齿轮箱为研究对象,建立了齿轮箱传热数值仿真计算模型。通过分析齿轮箱的发热机理和对流换热情况,确定了箱体面壁对流换热系数,计算齿轮箱结构生热,并建立热平衡能量方程。使用FLUNENT软件,模拟腔内油气混合物的实际运动情况,求解稳态热平衡能量方程。分析齿轮箱温度分布情况,研究不同转速及不同浸油深度下,齿轮箱温度分布规律变化与其相互关系。研究结果表明:齿轮箱温度场呈现以热源为中心,向外辐射温度递减,同时,随着转速与浸油深度的提高,齿轮箱热平衡温度递增,并在一定范围内呈线性关系。     

高速列车模型风洞试验的模拟方法研究

通过对1∶20的一节半车编组的高速列车带路基轨道模型进行风洞试验研究,研究路基前端和两侧斜坡的结构与尺寸、车厢间隙和轮轨间隙对高速列车模型风洞试验结果的影响规律,获得满足高速列车模型风洞试验要求的模拟方式。研究结果表明:在高速列车模型风洞试验中,当模拟路基时,路基前端伸出车头的长度应不小于3倍的车身宽度,路基前端和两侧的斜坡坡度应不大于35°;当采用多车编组时,1∶20模型的相邻2节车厢间隙应不大于5 mm,车轮下表面与轨道上表面的间隙应不大于4 mm。     

考虑车流径路选择的分组-单组货物列车混合编组优化策略

统筹考虑车流径路选择与编组方案制定，研究带路网干线大运转车流径路选择的分组-单组货物列车混合编组优化问题，构建具有2阶递进结构的模型及求解策略。在构建嵌入车流径路选择的单组列车编组优化模型基础上，以分组列车开行方案替代原单组列车开行方案所带来的车小时节省最大为目标，进一步构建基于单组列车方案组合排序的分组列车编组优化模型。求解时先通过3次更新，完成单组列车开行方案优化；再通过组合排序，分别生成合并式分组列车和衔接式分组列车的开行方案；最后利用车组唯一与车小时节省原则，筛选出最优分组列车开行方案。依托我国中部路网主通道设计实验场景，验证模型及求解策略的有效性。结果表明：考虑车流径路选择后，最优单组列车开行方案共开行17列列车，产生11 560车小时消耗；进一步优化得到的分组-单组货物列车混合编组方案能够减少1列列车，节省582.5车小时消耗。该模型及求解策略能有效求解车流径路选择下的分组-单组列车混合编组优化问题。     

车轮多边形化对高速列车齿轮箱体动态响应的影响

为了研究高速列车齿轮箱体在受多边形车轮激扰下的动态响应,建立了包含齿轮传动系统和齿轮箱体有限元模型的整车动力学模型。进行了线路实测试验和箱体模态分析。对齿轮箱体上裂纹易于萌生处进行了加速度和动应力分析。结果表明:20阶多边形车轮容易引起齿轮箱体的一阶共振,导致振动加速度和应力显著提高,故障工况下的加速度和应力相比正常工况增加了4.6倍和45倍;车轮多边形化对齿轮箱体的影响是局部的,其危险区域为油位观察孔附近和散热筋附近;齿轮箱体发生异常振动时易发生疲劳破坏,箱体的服役寿命随着多边形波深增大而显著降低,应该在运维决策中对破坏危险点进行重点关注。     

高速列车尾车垂向偏置对列车气动性能影响

在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况。研究结果表明：高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响。当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%。此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度...     

高速铁路隧道气动效应现场测试分析

通过现场测试高速铁路列车引起的隧道气动效应，分析列车速度、列车编组、隧道长度等因素对气动荷载、振动加速度和微气压波的影响。结果表明：列车通过隧道时，隧道壁面及附属设施表面气动荷载峰值与列车速度近似呈2次方关系；8编组列车通过较短隧道时气动荷载峰值大于通过较长隧道时，16编组列车则相反；控制箱左右两侧气动荷载峰值相差较小，顶底部气动荷载峰值相差明显；在隧道防护门中部气动荷载峰值大于上部和下部，上部和下部气动荷载峰值接近；隧道壁面无显著振动，隧道附属设施表面振动明显；在距隧道入口200 m处压力梯度峰值与列车速度呈3次方关系，列车运行速度超过一定值后，出口附近压力梯度峰值高于入口附近；隧道出口20 m处微气压波峰值与列车速度近似呈6次方关系。     

轴箱布置方式对高速列车车轴承载性能的影响

通过建立轴箱内置和外置的高速列车车轴承载理论模型、有限元模型和车辆系统动力学模型，研究轴箱布置方式对车轴受力状态、应力分布和动荷载的影响。结果表明，轴箱内置的高速列车车轴所承受的最大合成弯矩仅为传统轴箱外置车轴的50%，充分挖掘了轴身的承载潜力，在实现轻量化设计方面有着独特的技术优势。与传统轴箱外置式车轴相比，轴箱内置的方式使得车轴的临界安全截面转移至轴颈两侧的过渡区域。轴箱内置式车轴轮轨垂向力的极限增减动力载荷明显低于传统轴箱外置式车轴，而轮轴横向力的极限增减动力载荷略高于传统轴箱外置式车轴，两者均有利于降低车轴所承受合成弯矩水平。综上得出轴箱内置车轴是一种在高速铁路领域极具应用潜力的新型铁路车轴结构。     

减轻乘员二次碰撞损伤的列车铝蜂窝吸能桌耐撞性研究

为提高我国列车的被动安全性,设计一种蜂窝蒙皮夹层结构吸能桌,能够有效降低列车碰撞时乘客与列车固定桌的碰撞损伤。采用全尺寸法建立蜂窝结构全尺寸有限元模型,用准静态试验和动态冲击试验验证蜂窝全尺寸模型有效性,然后使用Hypermesh建立蜂窝夹层结构吸能桌的数值仿真模型,先后验证了吸能桌的承载强度和被动安全防护性能。垂纵向承载强度校核结果表明,吸能桌在垂纵向均布载荷作用下产生很小的永久塑性变形,承载强度满足GM/RT 2100 issue 5等标准要求;标准50th混Ⅲ男性假人与现有餐桌和吸能桌的滑台碰撞仿真结果表明,吸能桌相比现有桌能够明显改善乘员的运动姿态,有效地降低乘员的碰撞损伤。然后,探究了蜂窝夹层结构的蜂窝胞元厚度t1和蒙皮厚度t2对假人撞击力F和胸部压缩量THCC的影响情况,结果表明当胞元壁厚和蒙皮厚度变化时,吸能桌对假人防护效果先是变好,然后变差,胞元壁厚的影响程度较蒙皮厚度大。最后对不同厚度参数组合下假人损伤进行综合评价,结果显示t1和t2分别为0.10 mm和0.22 mm时损伤综合评价最优。     

基于模态贡献量分析方法的地铁车辆结构降噪优化研究

地铁列车的运行过程中伴随着不同程度的车体板件振动,由此而引起的车体板件辐射噪声是地铁列车车内噪声的重要来源之一。应用模态贡献量分析方法,研究了车体板件的振动对车内场点声压级的影响特性,并通过修改局部板件等效厚度的方式改善车内声场。将地板等效厚度减少2 mm后,场点43 Hz、82 Hz频率处的线性声压级均降低了6 dB以上。通过模态贡献量分析找出对车内噪声贡献较大的模态,并结合其模态振型以及板件节点贡献量分析进行针对性结构优化,这种方法可以起到改善车内场点处声学响应的效果。     

郑西客运专线新渭南高架站减振型双块式无砟轨道方案研究

针对列车通过郑西客运专线新渭南高架站时对站内建筑产生振动影响问题,提出了高架站减振型双块式无砟轨道的设计方案,在道床板下设置厚度为20 mm、与道床板等长的弹性橡胶垫层,除底座厚度减小20 mm外,其他结构与标准结构一致。针对此方案,建立了车辆—轨道—桥梁一体化模型,对结构的自振频率及减振效果进行了计算分析,设置板下橡胶垫后使振动减小5~19 dB,综合减振达到12 dB,能够较好的满足环境振动要求。