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。     

轮对扁疤动态冲击激励对车辆垂向振动特性的影响

在轨道车辆高速运行过程中,由于紧急制动或者轮对打滑空转等原因造成的踏面局部擦伤和剥离统称为轮对扁疤。基于计算多体动力学和轮轨接触理论,建立了考虑扁疤冲击的动车组动力学模型,模拟车辆的动态响应特性。在该模型的基础上研究了高速列车轮对新旧扁疤以及几何尺寸对车辆系统动态行为的影响,给出不同速度下车体、构架、轴箱垂向振动等振动状况,确定高速行车条件下轮对扁疤对动力学性能的影响。结果表明:轮对扁疤对高速动车组轮轨接触及轴箱垂向激扰有着极大的影响,在轮对扁疤作用下,轮轨冲击和轴箱振动情况比正常轮对情况要严重得多;另一方面由于一系钢簧和二系空气弹簧低频滤波作用的存在,削弱了扁疤振动激扰对构架和车体的影响。     

动态激励下高速列车齿轮传动系统振动特性分析

为了研究高速列车齿轮传动系统动态特性,内部激励考虑齿轮的时变啮合刚度和传递误差,扭矩波动表示输入端激励,负载端激励考虑由黏滑振动引起的负载波动。利用有限元方法得到高速列车齿轮系统时变啮合刚度,考虑齿轮啮合误差,并用傅里叶级数展开。结合非线性多尺度近似解析方法,利用单自由度扭转模型分析动态激励对系统振动的影响,同时建立考虑齿轮啮合的高速列车动力车整车动力学模型。研究表明:齿轮传动系统中存在谐波振动,扭矩波动不仅会增大轮齿的角加速度和啮合力,同时使齿轮箱的振动加剧,并改变系统的振动主频,可能引发共振。黏滑振动将使齿轮系统的各项指标急剧增大,严重影响齿轮的啮合平稳性,在实际运营中应尽量避免。     

车轮扁疤对高速列车轮轨接触蠕滑特性的影响分析

为了研究车轮扁疤对高速列车轮轨接触蠕滑特性的影响,基于多体动力学理论和滚动接触简化理论,建立考虑轮对柔性的刚柔耦合车辆动力学模型,分析车轮扁疤参数变化对高速列车轮轨力和蠕滑力等特性的影响,并结合轮重减载率和轮轨垂向力指标得到车轮扁疤长度的安全限值。结果表明:考虑轮对柔性能更好地反映轮轨接触状态;在轮轨滚动接触过程中,车轮扁疤过长会导致轮对发生跳轨现象,严重时导致车辆脱轨,应及时根据扁疤长度限值镟修轮对;结合轮重减载率和轮轨垂向力制定车轮扁疤长度安全限值为27 mm,该限值可以更有效地保障高速列车安全运行。     

车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响

在高速列车运行过程中,车轮踏面常因制动或空转打滑而造成局部擦伤。车轮擦伤将产生异常的轮轨冲击力,从而加剧车辆轨道结构的疲劳破坏。为调查车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响,建立考虑车轮擦伤的高速轮轨动力学模型,对新、旧两种车轮擦伤扁疤的几何形状及作用机理进行数值描述和动力学建模。基于动力学仿真计算,对新、旧车轮擦伤激扰下高速车辆的动力学响应进行详细调查,着重分析车轮擦伤对轮轨法向作用力及轮对垂向振动加速度的影响,并系统调查了车速、车轮擦伤扁疤深度及长度对高速轮轨冲击的影响,提出了高速车轮擦伤维修界限的计算方法。     

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。     

高速列车齿轮传动系统主动齿轮接触疲劳可靠性研究

根据应力、强度干涉理论,结合Monte Carlo模拟技术,建立了高速列车齿轮传动系统主动齿轮接触疲劳可靠度的计算模型。通过自编的计算机程序,对高速列车齿轮传动系统主动齿轮的接触疲劳可靠度和接触疲劳应力、强度的分布规律进行了计算分析。应用摄动理论,对影响高速列车齿轮传动系统主动齿轮接触疲劳可靠度的随机均值和标准差进行了参数的灵敏度分析。以上分析研究得出的结论可为高速列车齿轮传动系统主动齿轮的设计、制造、使用和维修提供参考依据。     

基于热网络法的高速列车齿轮箱热平衡温度计算分析

将高速列车齿轮箱各零件转换为温度节点,建立高速列车齿轮箱热网络模型;计算高速列车齿轮箱零件热功率损失与热传递过程中的热阻,使用Matlab求解热网络模型,得到高速列车齿轮箱体内各节点的热平衡温度;并计算高速列车齿轮箱输入转速、润滑油粘度、箱体材料导热系数对高速列车齿轮箱关键零件热平衡温度的影响。结果表明:高速列车齿轮箱轴承、齿轮、润滑油的热平衡温度随着高速列车齿轮箱输入转速的增加而升高,随着润滑油粘度的增加而升高,但随着箱体导热系数的增加而降低。     

高速列车齿轮箱齿轮副接触应力分析

高速列车齿轮箱内的齿轮副的强度为列车安全运行的关键因素,以我国自主研发的某高速列车转向架齿轮箱齿轮副为研究对象,通过建立齿轮系统三维实体模型,通过SOLIDWORKS简化并建立有限元仿真模型,利用ANSYS WORKBENCH对齿轮啮合部位进行静态和瞬态力学分析。理论计算值和仿真分析结果都在强度安全范围之内,符合设计要求。在瞬态分析时发现,在齿轮启动阶段接触应力较大且出现应力波动,对齿轮系统的可靠性有一定的不利影响。     

30t重载列车扁疤冲击荷载作用下隧道基底动力特性研究

采用加载车模拟30 t重载列车扁疤对既有重载隧道基底结构的冲击作用,分析冲击荷载对既有重载隧道基底结构的影响。同时,利用大型有限元软件ANSYS建立轨道-隧道-围岩三维动力分析模型,依据现场实车轮对扁疤实测结果,分析30 t重载列车轮对扁疤冲击荷载对隧道基底结构变形、振动及受力的影响。分析结果表明,隧道基底受到轮对扁疤冲击作用后,隧底荷载及结构振动显著增大,加剧恶化基底已开裂混凝土结构,降低其服役寿命。由于波动经过不同介质及传输距离的影响,动变形、振动加速度及动压应力对振动响应的敏感度不同,尽管采用加载车模拟轮对扁疤对轨道及隧道基底的冲击作用中个别动态参数误差较大,但其仍是有效方法之一。     

高速列车齿轮系统有限元分析

为探究高速列车齿轮系统的固有特性和动力响应情况,通过建立齿轮系统三维实体模型和有限元模型,基于振动理论、Hertz接触理论以及有限单元法,对系统进行静力学分析、模态分析和动力学分析。研究在最大启动扭矩作用下齿轮系统应力分布情况,对齿轮系统静强度进行校核;通过模态分析识别齿轮系统模态参数,研究系统共振失效可能性;齿轮啮合过程具有明显周期性,通过瞬态动力学分析确定齿轮啮合周期内,系统在额定转速工况下的动力学响应情况。结果表明:静力学分析表明齿轮系统静强度在安全范围内,模态分析表明系统不会产生共振,瞬态分析表明在输入恒定的前提下,由于齿轮啮合产生了刚度激励、误差激励等内部激励,使系统输出出现周期性波动,对系统稳定性产生影响。     

高速列车齿轮箱箱体动应力响应及疲劳可靠性研究

高速列车铸铝合金齿轮箱在服役过程中承受复杂的载荷条件和随机应力。以某新型高速列车齿轮箱为研究对象,结合线路试验分析列车运行速度、电机输出扭矩及线路条件对箱体动应力响应及疲劳强度的影响,利用应力—强度干涉理论建立齿轮箱等效应力—疲劳强度干涉可靠性模型,分析齿轮箱箱体疲劳可靠度与服役里程的关系。结果表明:随着列车运行速度和电机输出扭矩的增大,箱体各测点的应力水平均有不同程度的增大,其中端部吊杆座处的应力变化最为明显;当列车运行速度由200km·h-1增加到400km·h-1时,其最大动应力幅值增大约120%,电机输出扭矩由0变为1400N·m时最大动应力幅值增大约150%。此外,线路条件对箱体等效应力也影响显著。随着列车服役里程的增加,箱体疲劳可靠度不断降低,在一定可靠度下,随着铝合金箱体铸造水平等级的提高,齿轮箱箱体寿命延长,铸造孔径为0.5mm时的服役里程是铸造孔径为0.9mm时的3.8倍。     

考虑系统变形的机车齿轮箱传动计算分析

通过Romax软件建立起机车驱动电机的传动系统模型,并在模型中引入有限元箱体模型,考虑整个齿轮箱的系统变形,进而对齿轮和轴承的工作状态进行更加符合实际工作状态的计算。在此基础上对传动系统的齿轮和轴承寿命设计影响因素进行了讨论。     

高速列车牵引传动系统机电耦合振动及其影响因素分析

高速列车牵引传动系统是一个典型的机电耦合系统,由于驱动装置存在弹性,各部件间会因系统不稳定因素产生沿旋转方向的振动。主要针对高速列车牵引传动系统机电耦合振动现象及其影响因素进行分析,首先用双惯量模型表示传动装置,分析了机械结构的谐振频率,建立了高速列车传动系统模型,对系统稳定性以及参数影响度进行了分析,着重分析了速度控制器和电流环参数对稳定性的影响;然后在双惯量模型分析的基础上,建立了考虑齿轮箱弹性悬挂的扭转-弯曲耦合振动模型,将系统的电气振荡转化为机械振动,分析了系统电气参数对振动的影响;在小功率实验平台上,模拟再现了机电耦合振动现象,验证了本文的结论。     

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。     

不同侧风模型下的高速列车安全性研究

为了研究适用于高速列车侧风安全性评价的风载模型和评价指标,基于均匀风假设和空气动力学结果建立了定常稳态风载模型,基于EN 14067—6—2010标准提出的瞬态风速分布模型和准静态理论建立了瞬态中国帽风载模型,基于AR模型建立了随机风载模型。建立了具有86个自由度的某高速动车组头车详细的动力学仿真模型,并将不同风载模型作为外部激励施加到车辆上。采用数值仿真方法,研究不同的风载模型和轨道激扰对运行安全性评价指标数值的影响,从而确定适合高速列车的风载模型和安全性评价指标,给出高速列车不同运行速度下的临界安全风速。结果表明,采用瞬态中国帽风载模型且不施加轨道激扰、用侧风倾覆系数评判运行安全性,适合我国高速列车的侧风安全性评价。     

基于虚拟样机的机车齿轮传动系统建模与故障仿真分析

以DF4B型机车齿轮传动系统断齿故障为研究对象,利用三维实体建模软件SolidWorks精确建立正常齿轮传动系统及3种不同程度轮齿断裂模型。将模型导入ADAMS中添加约束和驱动,建立多体动力学模型,进而对断齿故障模型的振动影响进行仿真分析,测量齿轮箱振动信号。利用Matlab进行时域、频域分析,将不同故障程度齿轮分析结果与正常模型结果进行对比,得到了齿轮箱断齿故障发生与否及不同程度下的故障特点。     

考虑车轮扁疤的轮轨磨耗演化及其对车线桥系统的影响分析

基于车辆-轨道-桥梁相互作用理论和Archard材料磨损原理,建立高速车辆-轨道-箱梁桥耦合系统动力学模型,计算M2维护周期内含扁疤车轮轮轨磨耗深度分布,探讨含扁疤的轮轨磨耗演化对轮轨接触特性及车辆-轨道-桥梁系统动力学性能的影响.研究结果表明:随磨耗深度增大,含扁疤的磨损轮轨匹配时轮对横移引起的接触角、半径差变化越大;在踏面不发生二次擦伤时,初始微小扁疤随磨耗里程增大,其长度增大深度几乎不变,对车线桥耦合系统冲击作用减弱;含扁疤的磨损轮轨磨耗演化主要影响轮轨横向力;桥梁结构对磨损轮轨的磨耗演化较为敏感,建议以桥梁垂向振动加速度监测轮轨磨损状态.     

基于Romax软件的机车牵引齿轮优化设计

牵引齿轮传动系统是机车行走部的关键部件之一,它是将电机输出扭矩传递给机车轮对以实现牵引的装置。传统的牵引齿轮设计计算,未考虑实际运行在各种工况下齿轮啮合错位,在齿轮传动系统的设计及计算中存在着弊端。文章以某新型设计机车驱动系统参数为模型,通过Romax软件建立齿轮传动系统模型并进行分析,最后提出了优化设计方案。     

高速列车传动齿轮箱浸油深度对平衡温度的影响

传动齿轮箱作为高速列车动力系统的关键部件,随列车运行速度的提高,箱内的工作条件急剧恶化.本文针对中国南车集团开发的高速列车传动齿轮箱,采用经验公式,计算分析了在不同转速下,齿轮箱浸油深度对搅油损失的影响.并建立齿轮箱的传热模型,采用有限差分法,在模型验证有效的基础上,计算分析了不同浸油深度对齿轮箱平衡温度场的影响.为高速列车传动齿轮箱浸油深度的选取和运行参数优化提供了理论基础.