等效锥度曲线非线性特性及影响研究

服役动车组跨线失稳显示转向架横向稳定性不但与名义等效锥度相关,等效锥度曲线非线性特征也对其有很大影响。定义了非线性因子并修正名义等效锥度,得到了非线性等效锥度指标。通过线路试验、仿真分析、主要服役踏面外形的长期跟踪,研究了车辆稳定性、跨线失稳与非线性等效锥度的关系。研究表明:非线性等效锥度结合了轮轨非线性特征与名义等效锥度值,更准确地反映我国动车组服役稳定性演变规律;动车组从哈齐线跨线至哈大线出现转向架失稳,非线性等效锥度过大是导致转向架失稳的原因。通过动车组踏面磨耗跟踪,踏面凹磨将导致非线性等效锥度增加并降低车辆稳定性。     

等效锥度非线性研究及其在踏面设计中的应用

为研究等效锥度非线性特性对车辆系统动力学和磨耗性能的影响,提出可以用于踏面优化设计的非线性特性建议指标。通过对轮轨关系进行细致推导,应用踏面逆向设计快速递推算法,得到具有不同等效锥度非线性特性的踏面,对不同踏面的轮轨关系进行分析。建立车辆系统动力学模型和基于Archard理论的磨耗预测模型,对不同非线性特性踏面的临界速度、横向平稳性、磨耗性能进行对比分析。研究结果表明：非线性因子值过高或过低都会导致临界速度下降,但该指标过高对临界速度影响更大,最大降幅可达20%;等效锥度非线性特性还会影响到踏面的磨耗发展,踏面的初始非线性因子越高,名义等效锥度在磨耗过程中的增长越慢,对延长车轮服役周期是有利的。综合动力学性能及磨耗性能,建议高速列车踏面的非线性因子应取尽可能接近于0的负值。在这一结论的指导下,对S1002CN踏面进行优化设计,得到名义等效锥度为0.1,等效锥度非线性因子为0.013(与S1002CN持平)、-0.002的优化踏面S1002CN＿opt1、S1002CN＿opt2,优化踏面S1002CN＿opt2与S1002CN相比临界速度和横向平稳性有所优化,同时磨耗性能也有所提升。S...     

武广客专动车组车轮磨耗及振动性能跟踪研究

通过对武广客专动车组车轮踏面和车辆振动性能的长期跟踪测试,得到车轮踏面磨耗、等效锥度和振动性能随运行里程的变化规律.将等效锥度作为评估车轮踏面磨耗程度的参数,探讨了车轮踏面磨耗对振动性能的影响.最后通过对比武广客专动车组降速前后车轮磨耗和车辆振动数据的差异,分析了速度下降对车辆振动性能和车轮磨耗的影响.结果显示,车轮踏面磨耗量随运行里程增加逐步增大,运行里程大于15万km后,车轮踏面磨耗速度呈逐渐增大趋势;武广客专两种不同踏面外形的主要磨耗区域基本相同,但最大磨耗位置不同;轮轨等效锥度不仅可以评估车轮踏面磨耗程度,还直接影响构架横向失稳的频率、幅值;其他条件不变的情况下,速度的调整对车轮踏面磨耗和振动性能影响显著.     

基于图像处理的车辆轮对等效锥度研究

提出一套基于双目视觉系统的轮对踏面自动检测及等效锥度计算系统。系统采用激光光源,通过CCD相机获取镟修轮对的踏面图像,对图像采用灰度化、滤波、边缘检测、分割、膨胀、腐蚀等处理方法,获取踏面轮廓参数,采用Simpack与Microsoft Visual Studio软件相结合,改进并简化UIC 519计算方法,实现轮对的等效锥度计算。该系统提高了车辆轮对等效锥度的计算效率与精度,有助于优化镟修轮对检测流程,保障车辆运行安全。     

基于CRH5型高速动车组车辆的轮对动态特性与等效锥度关系初探

为探索轨道随机不平顺激扰条件下高速轮对动力学特性与其等效锥度的关系,采用CRH5型动车组车辆悬挂参数进行车辆动力学计算,分析车轮踏面锥度对车辆平稳性的影响,研究过大的轮对滚动圆半径差能否使车辆在高速通过大半径曲线时发生蛇行现象,并利用LMA型面分析等效锥度与轮对动态横移及轮对恢复对中能力的关系。结果表明:过低的踏面锥度不仅会使轮对动态横移量增大,无益于临界速度的提高,反而会削弱轮对恢复对中能力;合理的踏面锥度应该与轨底坡相匹配,等于或略大于轨底坡。过大的轮对滚动圆半径差可能会激发轮对蛇行。因此,高速轮对等效锥度应兼顾轮对动态横移与恢复对中能力,以确保轮对动态特性的稳定。     

基于稳定性分析的动力集中动力车车轮踏面匹配研究

针对160km/h速度等级动力集中动力车,采用SIMPACK软件建立了整车动力学计算模型,对比分析了JM_3和LM_A踏面与60kg/m钢轨匹配时的动力车稳定性;基于振动模态,结合一系纵向刚度,分析了踏面磨耗过程中等效锥度变化对整车稳定性的影响,发现当车轮踏面等效锥度从0.01增大到0.5,在临界速度达到最高时,动力车失稳模态由车体侧滚转变为驱动摇头,随后临界速度下降。结果表明,采用JM_3踏面动力车能获得更好的稳定性。     

高速动车组车轮踏面修形器的试验与应用研究

基于台架试验就踏面修形器对车轮多边形的抑制效果进行了试验与应用研究,验证了特殊材质的踏面修形器对高速动车组车轮多边形具有较好的抑制效果,同时可以减缓踏面等效锥度的增长,延长车轮旋修周期。     

基于动车组横向稳定性的等效锥度限值研究

轮轨接触几何匹配关系直接影响动车组的振动性能,轮轨接触不匹配可造成动车组构架横向加速度报警、车体晃车等问题。通过对镟修后初始等效锥度和车体晃车进行研究,提出镟修后初始等效锥度限值,评价镟修质量。通过对服役动车组等效锥度的跟踪、镟修到限等效锥度分布范围与报警轮对等效锥度值的统计,提出LMA、LMB、LMC、LMD型4种车轮踏面不同速度级的服役等效锥度限值,评估动车组横向稳定性。根据等效锥度限值对车轮进行管理可以控制轮轨型面与接触关系,有效缓解构架横向加速度报警与车体晃车问题,实现车轮状态修,提高镟修经济性。     

踏面磨耗及其对轮轨接触几何关系的影响

对运营中的若干列某型号动车组踏面参数进行了跟踪测试,从统计学角度对踏面磨耗规律进行了分析,计算了踏面磨耗对轮轨接触几何关系和等效锥度的影响,对旋轮前后车辆运行平稳性指标进行了对比。结果表明,踏面不旋轮运营一段时间后与标准踏面差别较大,轮轨接触几何呈非对称,而旋轮能有效改善车辆的动力学性能。     

从车轮磨耗谈动车组异常振动

介绍车轮踏面等效锥度,车轮多边形的计算方法,并通过理论分析说明二者对车辆稳定性的影响。基于理论分析的结论,测试某动车组车轮的等效锥度,车轮多边形情况以及车体的平稳性,分析其异常振动的原因。     

LMD型薄轮缘踏面经济性旋修的研究

对某CRH1动车组的车轮外形测量及磨耗跟踪测试,并分析其轮缘厚度与等效锥度等主要参数,设计了LMD型薄轮缘踏面。利用多体动力学软件建立CRH1型动车组系统动力学模型,对LMD型薄轮缘踏面分别从轮轨关系、车辆稳定性和平稳性动力学性能进行分析并与LMD原型踏面对比。结果表明:LMD型薄轮缘踏面在运用过程中维护成本降低,并且动车组的各项动力学指标均符合运行安全的要求。     

轮轨接触几何关系对比分析

采用Kalker CONTACT方法计算轮轨接触几何特性,分析对比了LM,LM_A,S1002CN,LM_(B-10),LM_D,XP55车轮踏面与TB 60,60D,60N钢轨廓型匹配的接触几何关系。分析结果表明:相同车轮踏面与TB 60钢轨匹配的名义等效锥度最大,与60D,60N钢轨匹配的名义等效锥度较小;LM_A踏面与TB 60钢轨匹配以及LM,S1002CN踏面与60D钢轨匹配时,具有较好的直线运行稳定性和曲线通过性能;LM,LM_A,S1002CN踏面与TB 60钢轨匹配时,车轮回复到对中位置的能力强;车轮踏面与60N钢轨匹配的接触斑分布均匀,直线上的磨耗性能好;LM_D踏面与TB 60,60D,60N钢轨匹配时也具有很好的磨耗性能;车轮踏面与60N钢轨匹配时,曲线通过的磨耗功最大,磨耗严重。     

基于轮对安装偏转角和轮径差的高速列车车轮磨耗研究

建立有初始安装偏转角和轮径差的轮对受力平衡方程,计算LM、LMA和S1002等3种踏面轮对处于平衡时的轮对冲角和横移量.以国产高速列车为例建立车辆动力学模型,基于FASTSIM算法和Braghin踏面磨耗模型分析初始安装偏转角和轮径差对车轮磨耗的影响.结果表明:初始安装偏转角对平衡后轮对冲角影响较大,轮径差主要影响轮对横移量;低的踏面等效锥度在制造误差存在时更容易形成大的轮对冲角和横移量;初始安装偏转角和轮径差会导致车轮出现严重的偏磨,且磨耗率随着偏转角和轮径差的增加而急剧增大;有安装偏转角和轮径差时,踏面等效锥度越大,车轮踏面磨耗率越小;运行速度对车轮磨耗的影响与初始安装偏转角和轮径差的大小有关.     

轨道车辆轮轨关系检测及等效锥度管理

轮轨关系是轨道车辆安全运行的主要研究对象,而等效锥度是重要评价指标,通过等效锥度可以判断晃车和抖车现象。研究结果表明,车体的横向晃动频率在1～2 Hz,主要是等效锥度过低引起车辆蛇行失稳所致。车体抖动频率在 8 Hz 左右,主要是等效锥度过高诱发车体模态共振所致。为更精准的分析等效锥度变化,需要系统的、精确的检测设备实行全线线路廓形检测以及轮对型面的磨耗检测,结合车轮踏面和轨道廓形进行轮轨交叉匹配运算,得到全部车辆和线路的等效锥度热力图进行轮轨健康管理及运营评价,通过等效锥度管理可实现对车体抖动晃动的诊断和预防,并对轮对镟修和钢轨打磨提供合理的指导意见。     

动车组轮对踏面镟修策略分析

基于现有轮对的管理现状和踏面镟修标准,统计分析不同车型轮对踏面等效锥度、轮对磨耗以及镟修比例系数等的变化;建立了轮对质量监控平台和流程,以轮缘厚度和轮径的变化为参考指标,考虑全列车的轮对磨耗情况,提出轮对踏面镟修策略模型、管理流程和轮对踏面镟修策略设计流程,并通过实际应用,对比分析采用踏面镟修策略和传统踏面镟修的差异,指出采用踏面镟修策略的轮对整体镟修量有所降低,有助于延长轮对的使用寿命。     

轮轨磨耗对地铁车辆非线性临界速度的影响研究

为分析车轮和钢轨磨耗对地铁车辆非线性临界速度的影响,在北京地铁6号线选取典型车辆和区段分别开展了车轮踏面外形和钢轨廓形测试,并在Simpack软件中建立地铁B型车拖车动力学仿真模型。研究结果表明:车轮磨耗存在偏磨现象,且轮缘磨耗严重;等效锥度与车轮磨耗正相关,随着车轮磨耗的增大而增大,与钢轨磨耗负相关,随着钢轨磨耗的增大而减小;等效锥度小于0.07时,车辆非线性临界速度随着等效锥度的增大而增大;等效锥度大于0.5时,车辆非线性临界速度随着等效锥度的增大而减小;等效锥度在0.08~0.12时,车辆的非线性临界速度最高,其稳定性裕度最大。     

CRH_(3C)型动车组薄轮缘车轮外形设计与运用

对京津城际铁路CRH3C型动车组车轮磨耗、车辆振动性能进行长期跟踪试验研究。研究发现部分动车组车轮镟修后车体横向失稳,而镟修后车轮外形等效锥度过小是车体失稳的主要原因。通过理论分析与试验研究,确定新的系列薄轮缘车轮形面设计原则为:提高轮轨等效锥度;统一轮缘高度;高次曲线连接轮缘根部与踏面外形。通过仿真计算、试镟修与线路运用考核薄轮缘车轮外形。仿真计算和线路测试结果表明:京津城际铁路CRH3C型动车组车轮采用该系列薄轮缘外形镟修后,轮轨等效锥度为0.17,动车组车体失稳现象消失,构架稳定性和运行平稳性均满足标准要求,直径镟修量控制在2mm以内。     

我国典型高速铁路轮轨型面变化规律及匹配特性

为系统掌握我国高速铁路轮轨型面变化及匹配特性,在京沪、武广、哈大、兰新、贵广、丹大等6条典型高速铁路上,选择172个钢轨型面测点和6列动车组的384个车轮,进行为期2 a的现场测试。基于实测数据,应用数理统计方法分析钢轨和车轮的磨耗特性,并使用实测钢轨型面进行1个镟轮周期内的轮轨匹配等效锥度分析。结果表明:高速铁路曲线半径大于2 495 m时,直线和曲线钢轨磨耗速率基本相当;对于年通过总重小于11 Mt的线路,钢轨垂直磨耗不足0.01 mm;曲线半径小于800 m的钢轨磨耗速率明显增大;哈大线、兰新线和丹大线的动车组车轮踏面磨耗较大,踏面平均磨耗速率约为0.05～0.06 mm·(万km)~(-1),而京沪线、武广线和贵广线约为0.03～0.035 mm·(万km)~(-1);车轮磨耗范围较小时,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大而增大,车轮磨耗范围较宽时,轮轨接触点分布均匀,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大没有明显的增大趋势。     

不同配准策略下的轮轨磨耗量研究

测量轮轨型面时,测量坐标系与设计坐标系往往不同,需要将测量数据还原到设计坐标系下对齐,但使用不同的对齐方法,计算结果差异较大。提出6种轮轨型面对齐策略,通过比较给出每种对齐方法的适用范围和优缺点。其中ICP法对齐摒弃传统的点对齐法,以轮轨一段未磨耗区为基准,剔除采样点的随机噪声,明显减少了磨耗量计算误差。并采用边缘对齐法分析LMBG车轮踏面3个镟轮周期的磨耗情况,得出踏面磨耗速率随运营里程的变化关系,研究等效锥度随镟后里程的变化规律。研究发现:当运营里程为30万km时,等效锥度已达到0.35,这就要求车辆在较大的等效锥度范围内动力学性能良好。研究成果可为标准动车组车轮检修提供借鉴。     

轮对内侧距对机车车辆动力学性能影响的试验研究

在分析国内外轮对内侧距方面已有研究结果的基础上,在不改变车轮踏面形状、轨距和钢轨轨头形状的情况下,进行单纯改变车辆轮对内侧距的滚动台试验研究,分析等效锥度对轮轨接触几何关系的影响,得出以下结论。①在保持轮轨接触几何关系相同的情况下,增加轮对内侧距有利于改善轮轨关系和机车车辆动力学性能。②在车轮踏面形状、轨距、钢轨轨头形状等保持不变的情况下,单纯改变轮对内侧距,必然会导致轮轨接触关系的变化,从而影响机车车辆的动力学性能;对于我国目前采用的车轮踏面形状、轨距、钢轨轨头形状而言,轮对内侧距从1 353 mm变化到1 360 mm,将导致轮轨接触等效锥度的增加,从而降低车辆的运动稳定性临界速度。③轮对内侧距的选取与车轮踏面形状的选择密切相关,在改变轮对内侧距以后,必须根据轮轨接触几何关系的变化重新对其进行综合优化,确定合适的车轮轮缘踏面外形。