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。     

高速动车组车轮多边形影响因素及抑制措施研究

在总结国内外车轮多边形研究的基础上,调查了高速动车组车轮多边形情况,并对测试车轮的多边形数据进行统计分析,从车轮多边形与运行速度、运行线路条件、车辆结构等角度进行系统研究,查找容易产生车轮多边形的影响因素。研究车轮多边形对车辆振动的影响,选择存在车轮多边形车组进行镟修前后的对比测试发现,当车轮存在多边形时前后轮对容易形成拍振,造成轴箱振动加剧;研究降低车轮多边形对乘坐舒适性、转向架可靠性造成的影响,对比不同多边形幅值与车辆振动的对应关系;从抑制多边形角度进行了镟修工艺优化,通过控制驱动轮径跳、增加顶镐装置、实施双刀镟修等手段消除运营过程中出现的多边形;研究调整车轮材料、车轮实施滚压等方式,增加车轮强度,降低车轮磨耗,延缓多边形发展;研制了踏面研磨装置,在运营过程中施加以消除多边形,并改善踏面凹形磨耗;针对车轮多边形的成因较多无法彻底消除车轮非圆化的现状,可利用轨道检测装置检测车辆车轮状态,在车轮多边形影响车辆振动之前及时进行维护。     

动车组车轮多边形磨耗形成与发展过程仿真研究

针对动车组车轮多边形磨耗愈发严重的问题,基于车辆-轨道耦合动力学模型、轮轨接触模型、Archard磨耗模型和循环迭代模型,建立车轮多边形磨耗长期磨损迭代模型;模拟我国某型高速动车组20阶车轮多边形的发展过程,结果与实际情况吻合,证实模型的准确性。基于长期磨损迭代模型,研究车辆运行速度、轮轨模态振动特性和轨道参数对车轮多边形发展的影响。结果表明:随着车辆运行速度增大,最终形成的车轮多边形主导阶次逐渐减小,但产生的激励频率始终在550~600 Hz之间,验证了“频率固定”机理的可靠性;对比分析柔性轮轨、刚性轮柔性轨、柔性轮刚性轨、刚性轮轨4种工况下车轮多边形的发展过程,发现钢轨模态的振动特性对于高阶车轮多边形的产生具有一定的促进作用;增大扣件的刚度可抑制高阶车轮多边形的产生和发展,而增大扣件阻尼则可抑制车轮多边形整体的发展速度。     

研磨子对车轮不圆的修形作用

CRH_2型动车组装有车轮踏面清扫装置,其前端的研磨子在制动时可起到踏面清扫和增黏作用。通过调研及跟踪发现,装有踏面清扫装置的高速动车组车轮多边形出现的比例较小,当部分动车组出现车轮多边形后,在改变运行条件下,车轮多边形有减轻现象,说明研磨子对车轮多边形的发展具有一定的抑制作用。为研究研磨子对车轮不圆的修形作用,开展研磨子修形台架试验及修形线路试验。试验结果表明:通过研磨子多次作用,20阶多边形的车轮表面粗糙度由31?dB降为16?dB,研磨子对车轮不圆修形效果显著。     

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。     

动车组车轮多边形机理分析

介绍了高速动车组车轮多边形的形成机理以及与转向架结构之间的关系。转向架一系悬挂和定位结构不同,在动车组运行过程中对转向架固定轴距的影响也不同。当采用转臂定位结构时,由于一系钢弹簧的沉浮运动,使车轮在钢轨方向产生有规律的微小滑动,造成车轮多边形磨耗。     

轮轨材料硬度匹配对车轮多边形磨耗影响的试验研究

为研究轮轨材料硬度匹配对车轮多边形磨耗的影响和寻找避免出现车轮多边形磨耗的轮轨材料硬度匹配关系,利用轮轮滚动接触磨损的小比例试验台,开展低、中、高硬度轮轨材料在9种硬度匹配时干燥条件下的车轮试样多边形磨耗试验。结果表明:轮轨材料硬度比小于1.05时,车轮试样产生明显的16阶多边形磨耗,且与轨道试样耦合振动频率为53.3Hz,车轮试样多边形磨耗的径跳随轮轨材料硬度比的提高逐渐降低;当轮轨材料硬度比大于1.36时,车轮材料试样几乎不发生多边形磨耗;在9种硬度比下,钢轨试样均未出现明显的多边形磨耗。     

兰新客运专线CRH5G型动车组车轮多边形研究

兰新客运专线CRH5G型动车组镟修后运行8万公里轮对多边形问题频发,由于车轮多边形危害性较大,将会对钢轨和车辆部件的可靠性产生不利影响,因此必须及时通过镟修方式将其控制在标准范围内。分析发现通过TPDS-1设备能及时发现车轮多边形,TPDS-1报警后经测量达到10～18 dB/1μm的车轮多边形占多数,需要跟踪噪声,并提出尽量选择车内跟踪噪声,避免在车内连接处测量噪声,以减少气动等其他噪声影响。TPDS-1报警准确率还需进一步提高,测量时需对报警轮所在转向架的所有车轮进行测量。为了提高测量效率,提出了大批量报警测量使用镟轮车床、零散报警测量使用便携式测量仪的测量方法。     

高速铁路轮轨硬度匹配研究及方向探讨

针对我国高速铁路轮轨关系中钢轨磨耗小、车轮存在凹磨和多边形磨耗、车轮镟修周期短和维护成本高等问题,从轮轨硬度匹配角度,开展轮轨材质硬度摩擦磨损小比例试验、现场轮轨磨损规律测试试验、轮轨磨耗仿真计算等研究,对轮轨硬度匹配指标和方案进行探讨。研究结果表明,轮轨硬度比控制在1.00∶1.00以上,可有效减小车轮磨耗;提高车轮硬度,可抑制和减缓多边形磨耗的产生。建议适当提高我国应用车轮的硬度,推广我国自主研发的强韧性兼备高硬度车轮,延长车轮镟修周期,节约养护维修成本。     

动车组不落轮车床等效锥度及车轮多边形检测功能的设计与实现

国外对于高速列车车轮等效锥度及车轮多边形的研究可以追溯到上个世纪80年代,而我国的高速铁路起步仅仅不到十年的历程,但对于高速铁路轮轨关系的研究却不仅仅停留在借鉴国外的经验。文中就是通过对我国众多专家的不断研究和跟踪测试的深度分析,设计并实现了可以在全路动车组不落轮车床上使用的一整套专门针对车轮等效锥度和多边形的检测程序及配套硬件,以满足我国高速铁路动车组运行品质需求。     

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。     

基于研磨子的车轮多边形抑制机理与跟踪试验

提出了基于研磨子的车轮多边形抑制措施,即通过研磨子摩擦车轮踏面从而消除或抑制车轮多边形的产生和发展。台架试验表明,研磨子在保证对车轮踏面均匀磨损的前提下,可有效降低车轮表面粗糙度等级。在线路运用跟踪试验中,配置研磨子车轮的高阶多边形幅值保持在-12.0～7.2 dB之间,表明修形研磨子对车轮多边形的抑制效果明显。     

镟修工艺对动车组车轮多边形磨耗产生和发展的影响

为研究车轮镟修工艺对动车组车轮多边形的影响,对落轮镟床和不落轮镟床2种车轮镟修方式进行对比分析。其中不落轮镟床采用2个摩擦驱动轮的V形定位,因此当镟修过程中驱动轮径跳过大或车轮存在严重多边形时,镟修后可能无法完全消除车轮多边形,出现镟后车轮保留多边形形态的现象,并导致车轮多边形继续发展。通过分析不落轮镟床的工作原理、定位方式及镟修工艺等,提出控制驱动轮径跳、两刀镟修和轴箱体下部支撑镟修的优化措施,经验证,可有效提高车轮多边形的镟修质量,改善镟后车轮圆度状态。     

不落轮旋修工艺对初始车轮多边形的影响研究

针对动车组车轮非圆化及不落轮旋床驱动轮偏心等情况,基于Solidworks Motion模块建立车轮旋修仿真模型,研究分析旋床驱动轮的偏心形式、偏心量和进刀次数对初始20阶多边形车轮旋修质量的影响。仿真结果表明,旋床驱动轮偏心是造成车轮4阶多边形的主要原因,偏心量越大对应车轮4阶多边形幅值越大,且同相偏心对4阶多边形的影响更为严重。旋修产生的车轮4阶多边形无法通过多次进刀获得缓解。旋床驱动轮偏心形式对车轮20阶多边形的旋修效果影响不大,但驱动轮偏心量将直接影响旋修质量,多次进刀可以有效控制20阶多边形的旋修效果。本文的研究工作将为完善不落轮旋修操作规程提供理论参考。     

车轮多边形对动力学性能影响研究

为了研究动车组车轮多边形对车辆系统动力学性能的影响,选取服役的CHR_3型车作为研究对象,且车轮存在高阶多边形,通过旋修前后车辆的动力学性能的变化,探究300km/h时同一线路上车轮多边形对列车关键部件以及主要动力学指标的影响状况。结果表明:当车轮存在高阶多边形时列车轴箱部位受到的冲击影响比较大,旋修后轴箱振动过大问题明显改善,车轮是否存在多边形对车体的平稳性指标基本无影响。     

高速动车组车轮磨耗线路试验研究

车轮磨耗直接影响车辆性能和车轮使用寿命,是高速动车组设计的核心技术,由于影响车辆磨耗的因素复杂多变,目前通过仿真和台架试验尚不能准确预测出高速列车车轮的磨耗特征。通过开展大量高速动车组车轮磨耗线路跟踪测试,从镟修周期、运行速度、气候条件、线路状态等多角度总结分析动车组运行环境对车轮磨耗的影响及其演化规律;针对实际运用中出现的轮轨匹配不良问题,设计了新型高速动车组车轮踏面,使其线路适应性更强,并批量应用在我国自主设计的中国标准动车组上,运用效果良好。     

高速列车车轮多边形磨耗对轮轨垂向力的影响

列车车轮多边形磨耗会引起轮轨间作用力明显增大,对车辆和轨道部件产生恶劣的影响,严重时将会威胁到行车安全。本文以某城际高速列车在运行过程中发生转向架部件损坏事故为例,建立高速车辆-轨道耦合动力学模型和车轮多边形不平顺输入模型,计算分析列车运行速度、车轮多边形幅值及其阶数(或边数)等因素对轮轨垂向力的影响规律。结合现场高速车轮径跳的镟修期限统计和经验,以轮轨垂向动载荷限值为依据,考虑在不同速度下1~23阶车轮多边形幅值的影响,初步建立高速车轮多边形状态下的安全镟修限值。并通过分析安全限值曲线发现,当列车运行速度越快和车轮多边形阶次越高时,即使很小的车轮非圆化磨耗幅值也能导致轮轨力超出限值要求。本文结果可为高速列车车轮镟修维修工作提供参考和指导。     

HX_D1型机车车轮不圆度试验研究

阐述HX_D1型机车车轮不圆度状态。对4种干线HX_D1型机车超过4 000个车轮进行不圆度测试。基于现场试验获得的大量数据探讨制动系统、制动控制方式和车轮镟修定位方式对车轮多边形的影响。研究结果表明,HX_D1、HX_D1C型机车车轮存在17～19阶多边形磨耗,HX_D1B、HX_D1D型机车车轮主要以偏心磨损为主。HX_D1型机车车轮多边形与制动系统和制动控制方式关系不大,与车轮镟修时的定位方式关系较大。     

地铁车辆车轮多边形问题分析及处理措施探讨

针对无锡地铁在镟轮时车轮出现的多边形问题,介绍车轮多边形问题普遍形成的可能原因、发展过程和车轮多边形对车辆运行性能的影响,并分析此次多边形问题产生的原因,提出相应的解决方法,最后给出预防车轮多边形的措施,为解决此类问题提供参考。     

高速动车组车轮踏面镟修策略研究

车轮踏面镟修策略主要包括车轮镟修周期的制定和镟修用车轮踏面外形的制定。通过对高速动车组振动性能和车轮磨耗状态的长期跟踪测试,确定高速动车组车轮镟修策略的制定原则和评价方法。在此基础上,结合京津城际铁路CRH3C型动车组典型振动性能、车轮外形和磨耗状态的实测数据,研究高速动车组的车轮镟修周期;对比分析国外镟修用车轮踏面外形制定方法,设计出18种高速动车组镟修用车轮踏面外形,并对现场最为需要的28,29和30mm这3种薄轮缘外形的车轮进行轮轨接触几何关系和动力学性能仿真计算。结果表明:高速动车组镟修策略应从高速动车组的运用状态、主要运营线路和车辆设计参数3个方面综合考虑;京津城际铁路CRH3C型动车组车轮镟修周期可定为30万km;轮轨接触几何和动力学仿真验证了为CRH3C型动车组新设计的镟修用薄轮缘车轮的临界速度均在400km.h-1以上,其运行稳定性与原型车轮相差不大。