软接触可变角表面波探头研制及应用

介绍一种用于车轮踏面缺陷检测的，与便携式超声探伤仪配套的软接触表面波探头，它与各种磨耗量不同的踏面均有良好的耦合效果，能检测出踏面上的裂纹，擦伤，剥离等缺陷。     

地铁列车车轮踏面磨耗规律探讨

为了研究地铁车辆踏面磨耗的变化规律,持续跟踪测试了某线路地铁列车车轮踏面磨耗数据,并统计分析了运用工况下车轮踏面磨耗的数据特征.与CN60KG钢轨匹配,对比分析了踏面磨耗对诸如等效锥度和接触点等轮轨匹配参数的影响趋势.轮轨匹配特性分析表明:踏面磨耗将造成等效锥度增大.特别是右侧车轮踏面磨耗偏大,且呈现了轻微的轮对偏磨现象.根据地铁线路条件,有必要考虑地铁列车转调运用以合理延长镟轮修程.     

由踏面擦伤引起的轮轨间非稳态垂向动力效应

应用车辆－轨道耦合动力学原理，对由踏面擦伤引起的轮轨间非稳态垂向动力效应进行计算机模拟分析；并结合试验讨论了影响轮轨接触力的诸因素，建立了轮轨接触力与踏面擦伤形状之间的关系；对踏面擦伤的线检测仪器的开发提供了理论依据。     

基于非平衡数据的车辆轮对状态集成分类方法

针对地铁车辆轮轨振动信号信噪比低、非线性、非平稳等特点,为实现平轮故障的不解体检测诊断,提出了一种基于非平衡数据的集成分类器模型.以踏面正常、踏面擦伤、踏面剥离和圆周磨耗四种典型的平轮故障为研究对象,对采集的轮轨振动信号进行变分模态分解与模糊熵特征提取,构造故障特征数据集;通过偏置支持向量机筛选训练集中的支持向量样本并进行SMOTE(synthetic minority oversampling technique)过采样,对非支持向量进行分层组合并构造集成分类器,采用有向无环图的方式对测试集进行平轮故障识别;最后,通过查全率和查准率对比分析,给出多类非平衡数据集的分类性能评价.论文在车辆段轨旁进行了空载分类试验,实验结果表明,所提出的方法对4种定性模式障的识别准确率超过96%,可被有效应用于地铁车辆的平轮故障诊断.     

车轮踏面缺陷引起的轮轨动态响应综述

从滚动接触理论、试验与数值模拟三方面概述了轮轨关系研究现状，强调了轮轨滚动接触行为中轮轨材料动态力学性能的影响；总结了轮轨材料静动态力学性能与本构关系的相关成果；介绍了由车轮扁疤、踏面剥离/剥落、车轮多边形等典型踏面缺陷引起的轮轨动态响应研究，分析了车轮踏面缺陷对轮轨滚动接触行为和列车系统动力学性能的影响，以及车轮踏面缺陷的形成原因、影响规律与演变机理，重点关注了轮轨动态效应对高速轮轨滚动接触行为的影响；概括了车轮踏面缺陷的检测技术与减缓和防治措施。研究结果表明:车轮踏面缺陷致使轮轨冲击力显著增大，导致轮轨部件损伤和车体异常振动，严重影响车辆-轨道系统部件的使用寿命和列车动力学性能，甚至威胁列车运行安全；车轮踏面缺陷的成因与机理仍需进一步探究，车辆异常制动、轮轨低黏着状态均会导致车轮扁疤的产生，轮轨材料特性、轮轨间接触载荷、轮对共振、列车制动系统性能与线路运行条件/环境等均是导致车轮踏面发生剥离的主要影响因素，轮轴共振、轮轨摩擦振动、车轮制造镟修工艺等均与车轮多边形的形成有密切联系；改善轮轨材料的性能，控制轨道系统的支撑刚度/阻尼及轮轨间摩擦因数等均是抑制车轮踏面缺陷产生的有效途径。      

不落轮镟床对工程车的镟修技术

广州地铁四号线新造车辆段内一辆JY600型重型轨道机车在生产作业中,轮对发生擦伤,需要对其进行镟修。而新造车辆段内的TF2000HD型不落轮镟床是专门用于地铁电客车轮对的镟修,不具备镟修工程车的功能。四号线地铁电客车轮对为A型轮缘踏面,JY600型重型轨道机车轮对为LM型轮缘踏面,因此需要根据不落轮镟床轮对镟修过程,来设计制定适合JY600机车的轮对镟修方案。     

重载铁路车轮踏面擦伤时的轮轨动态相互作用特征

运用仿真分析手段,考虑车轮踏面新、旧擦伤激扰,研究了重载铁路轮轨相互作用力、轨道结构位移及振动加速度的时、频特征。研究结果表明:在车轮踏面新擦伤作用下,轮轨间将产生高频轮轨垂向力和低频轮轨垂向力,钢轨、轨枕及道床将产生低频振动位移;而对于车轮踏面旧擦伤,轮轨间仅产生高频轮轨垂向力,轨道结构部件的振动位移较小,高频位移幅值略大于低频位移幅值;在新、旧擦伤作用下,钢轨垂向振动加速度的频率很高,前者的道床振动加速度明显高于后者的值,二者的轨枕振动加速度较接近。     

SS3B和DF8B机车的整体碾钢轮踏面剥离失效分析

为了查明机车车轮发生踏面剥离故障的原因,分别对SS3B机型的SS3B31024047车轮和DF8B机型的DF8B32774060、DF8B31644017车轮产生踏面剥离的整体碾钢轮取样,按TJZL-01-98规定的理化检验项目进行取样和常规检验,并对剥离区域的宏观形貌、金相组织进行光学显微镜观察、电子扫描分析.检验结果表明: DF8B32774060车轮踏面表面金属主要在接触应力作用下发生塑性变形,属于接触疲劳剥离; DF8B31644017和SS3B31024047车轮由于剥离区存在塑性变形层,属于热疲劳剥离;对接触疲劳剥离,应改善车轮钢的成分、改进车轮热处理和踏面加工工艺,对热疲劳剥离,应改变制动方式和优化牵引运行.      

轮对踏面及轮缘磨耗接触式警报装置研究

轨道车辆轮对是否需要镟修的传统测量方法操作繁琐,不利于日常检修。利用轮缘厚度及踏面高度两个参数设计了能同时对轮对踏面磨耗量超限和轮对轮缘磨耗量超限做出灯光提示的接触式便携警报装置,给出了机械设计方案和针对轮对踏面及轮缘磨耗量超限的判断方法,并对警报装置测量误差进行了分析。该装置操作方便,能可靠地对轮对是否需要镟修作出判断。     

高速列车车轮踏面滚压强化有限元分析

为提高镟修后高速列车车轮踏面强度和使用寿命，进行了车轮踏面滚压强化过程的数值模拟，并对滚压强化的工艺参数进行了优化. 以CRH3高速列车车轮为研究对象，建立了滚压轮-车轮-钢轨三维滚动接触有限元模型；通过计算不同滚压轮尺寸、滚压力及滚压道次对车轮踏面残余应力和等效塑性应变场分布的影响来分析滚压强化机理；采用Borrow-Miller准则修正的Manson-Coffin公式计算了滚压后轮轨接触时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命，进而对车轮踏面滚压强化工艺参数进行优化. 研究结果表明:随着滚压力的增加，车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命先增后减，且随着滚压道次的增加而下降，即滚压道次的增加反而会降低车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命；滚压道次的增加对残余应力的影响不大，滚压轮圆弧半径的增加会导致疲劳裂纹萌生寿命小幅度增大；综合考虑，以滚压道次为3次、滚压力为1 kN、滚压轮圆弧半径为6 mm时的滚压效果最佳，此时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命可提升约58%.      

基于能量法的轮对蛇行运动稳定性

为了分析轮对蛇行运动的形成机理与能量传递机制, 基于车辆系统动力学理论推导了轮对蛇行运动的能量表达式; 借助轮对运动参数的相位关系和能量表达式, 确定了轮对蛇行运动过程中各部分所做的功及其对应的能量传递路线; 通过数值仿真计算不同参数条件下的输入能量, 对比了踏面等效锥度、轮对质量、一系悬挂刚度与重力刚度等参数对轮对稳定性的影响规律。研究结果表明: 蠕滑力和锥形踏面的协同作用是轮对产生蛇行运动的根本原因, 蠕滑力中的刚度项通过调节纵、横向蠕滑率向轮对系统横向运动输入能量, 蠕滑力中的阻尼项耗散轮对系统的能量; 当输入能量大于耗散能量时, 轮对蛇行运动发散, 当输入能量小于耗散能量时, 蛇行运动收敛, 当输入能量等于耗散能量时, 轮对做等幅周期运动; 增大轮对质量和车轮踏面等效锥度不利于轮对的稳定性, 增大一系悬挂纵、横向刚度对轮对稳定性有利; 踏面等效锥度对轮对稳定性的影响最大, 当锥度由0.15增大到0.20时, 输入能量增大了约9.5倍; 一系悬挂刚度的影响次之, 刚度由75kN·m-1增大到100kN·m-1时, 输入能量减小了约60%;轮对质量影响最小, 轮对质量由1 000kg增大到2 100kg时, 输入能量增长了约1.1倍; 在锥形踏面下, 重力刚度对轮对稳定性的影响可以忽略。      

轮对安装偏角对高速铁道车辆动力学性能的影响

为了考察轮对初始安装偏角对高速铁道车辆动力学性能的影响,本文先从理论上分析了初始安装偏角下轮对的受力情况以及安装偏角对轮对行进过程所产生的影响,并通过多刚体动力学分析软件SIMPACK建立了我国高速铁道车辆的动力学模型,分别对车辆第一位轮在不同安装偏下的直线和曲线通过情况进行了仿真研究,研究表明：第一位轮对的初始安装偏角将使车辆的第一和第二位轮对的平衡位置偏离轨道中心线,且发生反向偏转,降低行车安全性;小偏角对平稳性影响不大,但偏角超过1 mrad后将对平稳性造成较大影响;安装偏角将对车辆曲线通过性能造成一定的负面影响,且影响随偏角的增大而增大,因此对于高速列车还应尽量减小轮对的初始安装偏角,尽量将其控制在1 mrad以内。     

基于仿真的铁路车轮不圆度安全限值研究

为了研究高速列车车轮踏面不圆度的安全限值,基于车辆轨道垂横向耦合动力学理论,采用车辆动力学仿真分析软件ADAMS/Rail,建立了考虑车轮非圆化状态下的整车车辆/轨道空间耦合动力学模型。分析计算高速运行状态下常见车轮踏面不圆顺问题所导致的车辆轨道系统轮轨冲击振动特征,及其随列车运行速度的变化规律,给出了车速200～350 km/h 时轮轨作用力响应峰值与车轮不圆度之间的关系,确定了高速行车条件下车轮不圆度的临界范围。该研究可为基于轮轨作用力监测的车轮不圆顺状态识别提供理论指导。     

轮对安装误差对铁道车辆行车安全性的影响

为研究轮对安装误差对行车安全性的影响,建立了具有轮对安装误差的车辆动力学模型.以某高速车辆在直线上运行为例,用此模型分析各种安装误差对行车安全性的影响.分析结果表明:轮轴平行度误差对行车安全性影响较大,应严格控制;对角线误差对行车安全性的影响较小.     

高速动车组柔性转向架蛇行运动频谱分析

为分析高速动车组在不同运行速度下的转向架蛇行运动频谱,推导了自由轮对蛇行运动模型,建立了与纵向、横向速度和摇头角速度相关的3个一阶微分方程;建立了柔性转向架蛇行运动模型,给出了与轮对和构架的横移和摇头自由度相关的9自由度蛇行运动方程;结合车辆悬挂和实测轮轨接触关系等参数,联立自由轮对蛇行运动方程,求解不同轮对初始横移下...     

空车编组数量对货物列车安全性影响研究

在既有线货物列车提速和重载的背景下,为了研究空车编组数量对货物列车运行安全性的影响,根据车辆系统动力学理论、列车纵向动力学理论、车辆-轨道耦合动力学理论,采用数值方法建立了空重车混编列车-轨道耦合系统动力学模型,分析了制动工况下不同数量空车编组在货物列车头、尾部时,货物列车的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等安全性指标变化情况。结果表明:当列车头部(机车后部)和尾部各编组5,10,20辆空车时,制动工况下,空车及重车的轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率均满足GB/T 5599-2019《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》标准要求,且有一定安全裕量;列车中空车的轮轴横向力和轮轨横向力均小于重车,空车的脱轨系数和轮重减载率大于重车;当列车头、尾部各编组5辆空车时,空车及重车的轮轴横向力均最小,而其他两种编情况下横向轮轴力相差不大;对于脱轨系数和轮重减载率,除尾部编组5辆空车的情况外,编组在头部的空车的脱轨系数和轮重减载率均大于尾部空车,在列车头部和尾部各编组10,20辆空车时两列车整体轮重减载率差异较小。     

侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型,计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩;应用多体动力学理论,建立了车辆系统动力学模型,分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明:在不同侧风环境下,头车车体始终向背风侧横摆和侧滚;当风向角为90°时,车体的横向位移和侧滚角最大;当列车车速为350 km.h-1,侧风风速分别为13.8、32.6 m.s-1时,列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm,最大侧滚角分别为3.1°和8.4°;当列车车速为200 km.h-1,风速不小于32.6 m.s-1,且风向角为90°时,列车头车一、二位轮对均向背风侧横移,背风侧车轮易发生爬轨现象,三、四位轮对均向迎风侧横移,三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象;四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对,相对安全。     

流线型列车头部设计制造一体化方法

为了确保流线型列车头部结构与外形一致,分析了流线型头部外形与结构特点,在Auto-CAD的ARX、Ⅰ-deas的OpenⅠ-deas平台上,提出了流线型列车头部外形与结构设计制造一体化方法。它包含三个模块:一是应用非均匀有理B样条(NURBS)曲线曲面造型原理进行外形设计;二是应用NURBS曲面的求交理论和三维几何造型技术进行结构设计;三是采用NURBS曲线的线段拟合理论编制结构平面曲梁数控加工模块。实验表明该方法能按照人们的意志自由、快速地设计复杂的流线型列车头部外形,自动生成以平面曲梁构成的网格状头部结构,并针对不同的数控切割设备,生成相应的平面板梁数控加工文件;将过去传统的由设计、工艺、加工等多部门协作耗时的工作,集中由计算机自动完成,实现了列车头部设计制造一体化的重大变革。