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.     

轮对纵向定位误差对高速动车运行性能的影响分析

利用SIMPACK软件建立高速动车模型,通过改变轮对初始偏转角来模拟轮对安装误差以及运用过程中一系橡胶定位装置出现的纵向定位误差,讨论了这些误差对车辆直线动力学性能的影响.结果表明,一系定位纵向误差使得车轴偏转对车辆横向动力学性能的影响较大.     

轮径差对车轮踏面磨耗和滚动接触疲劳的影响分析

轮径差缺陷的长期作用对车轮磨耗以及滚动接触疲劳影响十分显著.基于多体动力学理论建立车辆动力学模型,计算全局接触参数;基于FASTSIM算法建立局部轮轨接触模型,计算接触斑内的轮轨接触应力分布及滑动距离;将其输入车轮踏面磨耗预测模型,计算接触斑内的磨耗分布;将接触斑内的磨耗分布叠加至车轮踏面,计算4种典型轮径差影响下的车轮踏面磨耗分布、磨耗深度和磨耗速率,并基于磨耗结果进行显著磨耗工况下的滚动接触疲劳分析.研究结果表明:随着轮径差的增大,踏面磨耗深度和磨耗速率显著加快;不同类型的轮径差均会导致车轮踏面发生偏磨,其中等值同向轮径差最明显,单个轮对轮径差次之,等值反向轮径差最小;轮径差会导致轮对发生偏移且显著增大轮对横移量,从而使滚动接触疲劳区域扩大,这不仅会降低车轮使用寿命,还将严重影响车辆高速运行安全,应及时监测并镟修.     

牵引力对机车车轮轮轨黏着性能的影响分析

为了解机车在牵引工况下轮轨的蠕滑特征,本文采用线性蠕滑理论和非线性修正方法,推导出轮轨接触的蠕滑力公式,结合磨耗型踏面的轮轨接触几何特征,采用Simpack多体动力学软件建立DF8B型三轴转向架机车动力学模型,进行动力学仿真验证。研究发现:传统转向架机车在牵引工况通过曲线时,导向轮对外侧车轮轮缘根部接触钢轨,总的蠕滑力处于饱和状态;当轮轨接触总的蠕滑力饱和时,牵引力会引起轮轨接触界面的纵向和横向蠕滑力重新分配,牵引力越大,纵向蠕滑力越大,横向蠕滑力越小。惰行工况下导向力矩最大,随着牵引力的增加,导向轮对的导向力矩逐渐减小。     

高墩刚构桥基础不均匀沉降对无缝线路的影响研究

高墩大跨刚构桥桥墩若出现工后沉降,桥墩纵向和横向的沉降值存在差异,将导致桥墩出现纵横向偏转。针对桥墩偏转对无缝线路的影响,结合某一高墩大跨刚构桥上无缝线路,利用有限元方法,建立空间线—桥—墩—体化模型,分析桥墩纵向、横向偏转对桥上无缝线路的影响。计算结果表明:随着桥墩纵向偏转角度的增加,钢轨中产生的附加力近似呈线性增加;当桥墩纵向偏转与温度荷载耦合时,桥墩纵向偏转所引起的钢轨纵向力变化幅度不大。桥墩的横向偏转主要引起轨道长波不平顺,钢轨位移及不平顺随着桥墩的横向偏转角的增加而增加,并且当桥墩横向偏转角较大时,整个桥上无缝线路会出现多处不平顺超限,超限位置主要分布在左、右侧桥台及两个梁体接缝处。     

重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性的影响

针对摩擦式车钩受压偏转行为,分析了重载机车二系横向止挡纵向间距对车钩偏转角的关系,通过建立由2台8轴重载机车、1台虚拟货车与4组缓冲器具有迟滞特性的摩擦式钩缓系统组成的列车动力学模型,研究了制动条件下机车二系横向止挡纵向间距对车钩稳定性能与列车运行安全性能的影响规律。计算结果表明:二系横向止挡纵向间距对车钩受压稳定性能及列车运行安全性有重要影响。在500 kN压钩力作用下,当二系横向止挡纵向间距为10 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别为10°和60 mm,列车安全性指标超出安全限值;当二系横向止挡纵向间距增加至14 m时,车钩最大偏转角和车体横向错位分别减少了70%和67%,列车安全性指标远低于安全限值。在机车设计中,应该适当地增加二系横向止挡纵向间距提高制动条件下列车安全运行性能。     

带径向机构的铰接式单轴转向架独立轮对导向特点分析

研究了带径向机构的铰接式单轴转向架独立轮对导向特点。理论上分析了传统轮对和独立轮对的导向原理,在SIMPACK中建立了5节编组的Talgo列车动力学模型。结合Talgo列车三角拖动式结构研究了独立轮对的对中性能。对比了带径向机构的独立轮对、不带径向机构的独立轮对以及传统轮对在曲线通过时的轮对冲角、磨耗指数、脱轨系数和车轮横向力,指出径向机构可以有效降低轮对冲角和车轮磨耗,并分析了不同轮对脱轨系数差异较大的原因。     

重载铁路钢轨润滑及摩擦控制研究

钢轨润滑以及轨顶摩擦控制是重载铁路减轻钢轨侧磨以及伤损的有效措施之一。本文对比分析不同摩擦系数条件下,机车的曲线通过性能。分析结果表明,曲线外股钢轨轨距角处的润滑,有利于减小轮轨磨耗,与此同时,减小了机车的蠕滑导向力矩,从而增大了导向轮轮对冲角,轮轨横向力亦呈现增大趋势;曲线内轨轨顶摩擦系数适当减小对减小轮轨横向力起到积极作用。轮轨纵向蠕滑系数的增大,可明显提高轮对导向力矩,有利于轮对趋于径向位置,并减小横向力和轮对冲角,使得机车的曲线通过性能得到显著改善。     

基于投影轮廓的轮轨三维接触几何计算研究

为便于研究轮轨接触的几何关系,将轮轨的直线上接触、曲线上接触和轮轮接触3种典型轮轨三维接触几何计算归结为轮轨直线接触平行投影轮廓和轮轨曲线、轮轮接触旋转投影轮廓的二维接触问题.利用轮对的旋转体特性,分别推导出轮对在不同投影下其底部轮廓的计算公式,给出求解步骤以及适合轮轨三维接触计算的二维同步迭代流程.以S1002CN踏面轮对与60 kg·m-1钢轨的三维接触几何关系为例,仿真分析直线、300m半径曲线及轨道轮半径为900mm的滚动试验台的轮轨三维接触几何情况.结果表明:将轮轨接触点相对于轮对底部母线的偏转角作为计算参数,使得基于投影轮廓的轮轨三维接触几何计算方法简单、易用;直线及曲线线路上的轮轨三维接触几何关系相近,当轮对摇头角小于5～10 mrad时还可用轮轨二维几何关系近似;轮对大横移下的接触点偏转角,在一定的摇头角范围内可视为轮对摇头角的线性函数;二维同步迭代能有效实现复杂条件下的轮轨三维接触几何计算;小横移条件下,轮轮三维接触即具有明显的接触点偏转角,仿真时需要修正.     

102型车钩与重载机车二系悬挂参数匹配研究

机车二系悬挂参数对重载车钩受压稳定性影响显著，为了探究102型车钩与重载机车二系悬挂参数的合理匹配，文章利用SIMPACK软件建立了详细的102车钩与HXD1型八轴重载机车组成的双机重联动力学模型，分析了不同计算工况下车钩力学特性与重载机车的安全性能；对比了不同车钩自由角及纵向力作用下，二系悬挂参数对机车安全性的影响。结果表明：当纵向压力较小时车钩转角稳定在自由角，机车轮轴横向力随车钩自由角及机车二系悬挂横向刚度增大而增大，与车钩纵向力无关。当纵向车钩压力增大到车钩需克服复原块预压缩载荷发生偏转时，车钩转角进一步增大，此时适当增加机车二系横向刚度有利于车钩稳定且影响较小。为保障制动工况下列车的运行安全，建议控制车钩自由角在6°以内，转向架单侧二系横向刚度范围在0.45～0.60 kN/mm；二系横向止挡间隙选择35 mm自由间隙及5 mm弹性间隙。     

机车牵引状态下曲线通过导向特性研究

考虑车轮与钢轨的运动特性及轮周牵引力,推导出机车在牵引状态下通过曲线时的轮轨蠕滑率计算公式,并对曲线通过时的轮轨横向动态相互作用特性进行仿真计算与分析;同时研究牵引力大小对转向架导向性能的影响,对比分析了机车牵引与惰行状态下的导向性能。理论仿真分析结果表明:牵引力可以改变轮轨纵向蠕滑力的大小和方向,与惰行工况相比,牵引状态下的轮对导向力矩有所减小,轮对的自导向能力减弱,不利于曲线通过;提高牵引力,总轮轨蠕滑率将很快达到饱和状态,牵引力越大,轮轨纵向蠕滑力越大,两侧纵向蠕滑力差值越小,机车轮对自导向能力越差,轮对冲角增大,而轮轨横向蠕滑力越小;当牵引力增加到一定程度时,总轮轨蠕滑率超过极限状态,曲线通过时两侧轮径差太小而出现打滑和空转的现象。     

形位误差对三大件式转向架曲线通过性能影响分析

为揭示形位误差对三大件式转向架曲线通过性能的影响规律,建立某型敞车动力学模型,对比分析了4种不同种类形位误差对曲线通过性能指标的影响.研究结果表明:不同种类形位误差对动态曲线通过的影响规律有所不同;前轮对偏转状态下,一位轮对顺时针偏转0.1°通过右曲线时更有利于转向架曲线通过;后轮对偏转状态下,二位轮对逆时针偏转通过右...     

惰行和制动工况下重载列车曲线通过数值模拟

为了研究重载列车在惰行和制动工况下通过曲线时的轮轨接触特性,采用数值方法建立单自由度车辆和全自由度车辆混合的列车动力学模型,对比分析了惰行和制动工况下列车曲线通过时的运行安全性、车轮磨耗分布特征、轮轨滚动阻力特性影响。结果表明:考虑车钩负载效应和闸瓦贴靠车轮作用的列车模型在曲线制动工况下的轮轨横向力和脱轨系数指标均比惰行工况时略差,但轮重减载率指标几乎相当;由于制动时闸瓦压力增大了轮对的摇头约束,导致通过曲线时导向车轮磨耗功率的动态分布区域比惰行时更靠近轮缘处;制动工况下的牵引比率随曲线曲度线性变化的范围比惰行工况时大,且随着制动强度的增大,牵引比率也逐渐增大。     

轮径差对地铁车辆轮对磨耗的研究

由于制造误差或轮对磨耗,车辆轮对在运行过程中逐渐产生轮径差。对于在城市轨道线路上运行的地铁车辆,由于运行线路固定,轮对周期性的受到相同外部激励,更易发生轮对磨损。通过建立SIMPACK地铁车辆模型,结合某市地铁线轨道实际情况。选择不同轮径差值的地铁车辆模型在该线路上进行动力学仿真。随着轮径差逐渐增大轮对摇头角、横向位移、磨耗功率、轮对蠕滑力都急剧增加。进一步增大了轮径差,恶化了车辆的动力学性能。     

轮对自由横动量对2C_0机车轮缘磨耗的影响

轮对自由横动量的大小关系到机车曲线通过时的轮缘磨耗情况,同时对钢轨的磨损也有很大的影响。文章对机车运用中轮对自由横动量对轮缘磨耗的影响作简要论述,并在建立了两种2C0径向转向架机车模型的基础上,通过在小半径曲线上的仿真计算,分析了轮对自由横动量的变化对机车曲线通过时与轮缘磨耗有关的指标值(主要包括外轮导向力、摇头角以及轮缘磨耗)的影响。得出合理的轮对自由横动量的设置可以延长轮对的使用寿命的结论,为轮对自由横动量的设置提供了一定的理论依据。     

空间耦合振动下车轮谐波磨耗对车辆运行安全的影响

车轮谐波磨耗造成的轮轨间高频接触振动和冲击,是高速列车运行不可忽略的问题,会对列车运行安全性造成重大影响。阐述了车轮谐波磨耗形式,建立了包含柔性钢轨及路基的列车-轨道-路基耦合系统动力学仿真模型。根据实测统计数据中最常见的1阶、6阶和11阶谐波磨耗、波深为0.1 mm和0.3 mm的6种典型谐波磨耗进行了轮轨横向振动加速度分析,并研究了轮重减载率、脱轨系数和轮轨横向力3个安全性指标。依托相应铁路行业标准对研究结果进行对比,结果表明:最大轮轨横向振动加速度在6阶0.3 mm和11阶0.3 mm时达到峰值;最大轮轨横向力在6阶0.3 mm和11阶0.3 mm时接近国标限定值;最大轮重减载率在6阶0.3 mm和11阶0.3 mm时超过安全限值;最大脱轨系数在不同形态谐波磨耗下均在安全限度范围内,不会发生脱轨现象。     

铁路货车制动梁对车轮磨耗影响的调查分析

铁路货车提速后车轮磨耗加剧,把握磨耗规律,采取有效减磨措施是亟待解决的课题。通过对铁路货车中拉杆式制动梁在缓解状态的理论受力分析及制动状态横移的调研统计,发现制动时固定杠杆与游动杠杆侧制动梁反向横移,1、4、6、7位轮瓦磨耗位置贴近轮缘;通过车轮磨耗调研发现,车轮踏面先于轮缘磨耗,且支点侧的2、4、6、8位车轮磨耗量偏大;固定杠杆侧轮对因制动梁横移引起轮瓦磨耗区域不对称,加剧支点侧车轮磨耗,形成轮径差后影响游动杠杆侧轮对横移,导致支点侧车轮磨耗偏重。从结构上消除制动梁未平衡横向力,并在运用中监控轮径差可减缓车轮磨耗的发展。     

车轮谐波磨耗对高速车辆运行安全性的影响分析

为研究车轮谐波磨耗对车辆运行安全性的影响,首先建立钢轨及路基振动的车辆-轨道-路基耦合大系统仿真模型,然后根据最常见的1阶、6阶和11阶谐波磨耗阶数以及波深0.1 mm、0.3 mm的6种典型谐波磨耗对轮重减载率、脱轨系数和轮轨横向力3个安全性指标的影响进行仿真分析研究,并依托相应铁路行业标准对研究结果进行对比分析。结果表明:车辆计算的最大脱轨系数处于安全限度内,不会发生脱轨;而最大轮重减载率超过评定限值0.8,存在安全风险,同时最大轮轨横向力值也接近国际安全极限值,有安全隐患。本研究有利于评估车轮谐波磨耗对高速行驶车辆的安全影响,为车辆安全运行提供理论依据。     

车轮多边形磨耗对车桥耦合振动响应的影响

为探究车轮多边形磨耗对车桥耦合系统振动响应的影响规律,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真方法,以国内某高速列车和铁路简支梁桥为原型,建立车桥耦合振动分析模型,把轨道不平顺和车轮多边形磨耗作为系统的输入激励,对车桥耦合系统的振动特性展开研究。结果表明：车轮多边形磨耗对车桥耦合系统的振动响应影响显著;3阶车轮多边形磨耗使轮重减载率增大67.7%,严重降低了列车行驶的安全性,也使桥梁跨中横、竖向加速度分别增大2.74倍和2.27倍;车桥耦合振动响应随着车轮多边形磨耗幅值、阶数的增大而增大,当车轮多边形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm时,列车轮重减载率、桥梁跨中横向和竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加76.5%、174%和127%、47.3%和83.1%;当车轮多边形磨耗阶数由1阶增大至4阶时,列车轮重减载率、桥梁跨中竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加116%、389%、82.0%和170%。特别地,列车以200 km/h速度运行时,3阶车轮多边形磨耗引发桥梁横向共振使得桥梁跨中横向加速度显著增大,是4阶车轮多边形磨耗作用时的2.74倍。     

牵引及制动操纵对重载机车轮轨动力作用的影响

基于列车纵向动力学理论和车辆—轨道耦合动力学理论,建立考虑钩缓系统中车钩纵向、横向和垂向作用力的重载列车—轨道耦合动力学模型。以机车牵引万吨列车为考核工况,分析牵引和制动时机车的受力特点,研究牵引力、制动力及车钩力对机车运行性能的影响过程和影响程度,并对理论模型进行试验验证。结果表明:在牵引、电制动及紧急制动工况下,直线线路上机车的轮重分别较惰行工况降低了约13,7和4kN,单纯的牵引或制动力可降低轮轨横向蠕滑力,间接造成轮轨横向力的小幅增大,但轮轴横向力基本不变;车钩力可通过车钩摆角产生横向分量,并传递到轮轨界面,改变轮轴横向力的整体变化趋势;若车钩偏转3°,在电制动工况下,前部机车承受的压钩力较大,引起的轮轴横向力增幅达18kN,在紧急制动工况下,机车上的压钩力幅值小,引起的轮轴横向力在8kN以内。