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。     

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。     

车轮多边形对车辆动力学的影响分析及在线诊断方法研究

建立了车轮多边形化的车辆轨道刚柔耦合动力学模型,为了研究车轮多边形化对车辆动力学的影响,通过提取轮轨垂向力和轴箱垂向加速度动力学指标,发现车轮高阶多边形会在轮轨接触表面产生高频冲击载荷导致轮轨作用加剧,同时还会激发出轮对和轴箱的一些振动频率而使轴箱振动加强。根据轮轨垂向力限值标准,得到了不同速度下多边形的深度阈值。针对高速列车车轮多边形化的动态特征结合大量的跟踪监测,文中提出了车轮多边形在线诊断方法:通过轴箱垂向加速度频谱在线辨别多边形阶数,定义多边形车轮轴箱垂向加速度系数λ辨识多边形深度。在线诊断的车轮多边形结果与入库检测车轮多边形结果对比,验证了该方法的有效性。     

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.     

轴箱垂向单向阻尼对车辆动力学性能的影响

利用SIMPACK仿真软件建立了某型客车的动力学模型,分析比较了车辆通过三角坑、随机不平顺激扰线路时,垂向单向阻尼减振器和双向阻尼减振器对车辆动力学性能的不同影响。分析结果表明,轴箱垂向单向阻尼能一定程度上降低转向架构架的高频振动,降低轮轨动力作用,车辆运行速度越高,效果越明显;但其对转向架和车体垂向振动加速度峰值、车辆运行平稳性指标影响较小。     

高速列车型面不同磨耗状态下的过岔性能研究分析

基于车辆-道岔耦合系统动力学理论,以国内某型号动车组和客运专线18号道岔为对象,采用多体动力学软件UM建立车辆-道岔耦合动力学模型,分别计算与分析高速列车车轮磨耗状态下轮岔作用及对车辆过岔动力学性能相关问题。模型中考虑了车辆悬挂力元非线性、轮轨接触几何非线性特性等非线性因素,采用更贴合实际的轮轨非椭圆多点接触算法研究高速列车不同运营里程下的型面磨耗对列车通过道岔区间的动力学性能影响。结果表明:型面磨耗会导致轮轨垂向力增大,横向力减小;对车体、构架和轮对垂向振动特性影响大于横向振动特性;对脱轨系数影响较小,对磨耗功率和轮重减载率影响较大;对道岔钢轨振动特性影响横向大于垂向。     

动车组拖车轮对振动性能分析

建立了多刚体和刚柔体耦合的高速动车组拖车整车动力学模型,通过对多种工况的数值计算,获得随机激扰下轴箱垂向加速度时间历程,结果表明车辆在高速运行时,随速度的提高,刚、弹性轮对的轴箱垂向加速度偏差增大;结合高速线路实测数据进行对比分析,弹性体轮对的结果与实测结果更吻合。     

高速动车组时频域响应特征及振动传递特性研究

随着运行速度的提高,车辆对轮轨激励的敏感性有所增强,激扰频率范围也进一步加宽,深入研究高速列车振动特性及传递规律具有重要意义。在车辆各主要部件上布置加速度传感器,于武广客运专线上测试并获取了高速动车组轴箱、车体、构架承载部位以及齿轮箱和制动吊座等部件的垂向和横向振动加速度时间历程。对照列车运行速度,分析一、二系连接处各部件振动加速度峰值、均方根等时域特征,给出测试里程内系统振动频次和幅值之间的对应关系。利用短时傅里叶变换方法,获得系统各部件功率谱主频与运用速度之间的关系,并给出典型冲击工况下时频谱的特点。建立不同响应位置间的幅频传递函数,获得匀速、牵引加速、制动减速等不同典型工况下各部件间的频域传递特性。本文的研究工作对认识和获得动车组车辆系统振动特性具有较为重要的工程意义。     

高速铁路动车组车体抖动问题分析与整治

针对某高速铁路动车组车体抖动问题,采集不同线路工况下车体振动加速度及平稳性数据、不同磨耗车轮踏面及打磨前后钢轨廓形,研究不同线路工况、车轮踏面和钢轨廓形对动车组车体振动特征影响,研究镟轮后不同时期车轮踏面和打磨前后钢轨廓形匹配下轮轨几何接触关系。同时,采用实际线路及动车组车辆参数,基于多体动力学软件Simpack建立包含实测车轮踏面和钢轨廓形的车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算车轮镟修和钢轨打磨对车辆关键动力学指标的影响。研究结果表明:该高速铁路动车组车体抖动主要发生在隧道工况内,体现为垂向和横向的综合异常振动;随车轮踏面磨耗增加,实测车体振动加速度逐渐增大,轮轨接触关系逐渐恶化,与未廓形打磨钢轨匹配时尤为明显;钢轨打磨可以有效抑制等效锥度随车轮踏面磨耗增加的不断增大,有效改善轮轨接触关系。车轮镟修和钢轨廓形打磨均可降低等效锥度,有效整治高速铁路动车组车体抖动。     

考虑垂向电磁力的直线电机车辆的轮轨匹配关系研究

由于直线电机地铁车辆特殊的非黏着驱动方式,构建了考虑直线电机垂向电磁力的车辆动力学模型[1]。采用LM、S1002、JM33种不同轮对踏面,比较静态状况下轮轨几何接触关系,并分析施加垂向电磁力前后车体与构架动力学特性差异。主要对车辆平稳性指标、构架横向加速度、轮重减载率、轮轴横向力进行了动态仿真计算。分析结果表明:考虑直线电机垂向电磁力后其构架与车体的横向动力学指标会明显变差,但对垂向值影响不大,在60km/h的低速范围内总体上3种踏面动力学性能差异较小,但在高速范围S1002踏面明显好于LM和JM3踏面。     

构架作弹性体处理时的客车系统动力学仿真

在SIMPACK多体动力学软件中建立了完整的车辆系统动力学模型,其中构架利用ANSYS有限元分析软件中得到的结构与模态将其弹性化处理,其余主要部件如车体、轮对及轴箱等仍作为刚体处理。通过模拟计算,不仅获得了车体、轮对等刚性处理部件的振动响应,而且得到了弹性构架的结构振动特性以及构架弹性处理对系统各种安全性指标影响特性。研究结果表明,相对于刚性处理,弹性处理对系统垂向振动指标如构架垂向加速度功率谱密度分布、轮轨力以及脱轨系数等有较大影响,而对系统横向振动指标如构架和轮对横向加速度等影响不明显。这种研究方式使得系统动力学研究中刚体与弹性体有机地结合起来。     

重载机车垂向振动特性分析

随着重载列车运行速度和轴重的增加,列车对轮轨激扰的敏感性增强,深入研究重载机车振动特性及频率分布规律对确保重载列车的安全运行具有重要意义。基于重载机车双机牵引万吨列车线路试验,获得重载机车轴箱、构架以及车体的垂向振动加速度,分析重载机车在实际运行中各关键部件振动加速度峰值、振动频率分布和振动传递规律。研究结果表明:轨枕间距引起的垂向振动在轮对、构架和车体振动中均有明显体现;从轮轴、构架到车体的传递过程中,高频振动衰减明显。     

钢轨波磨对高速车辆动力学性能的影响

运用ANSYS有限元软件及SIMPACK动力学软件联合建立高速动车组刚柔耦合动力学模型,选取客运专线高速区段典型的钢轨波磨(波长120～150 mm,波深0. 02～0. 06 mm),在充分考虑柔性轮对共振模态的基础上,研究钢轨波磨对车辆动力学性能的影响。研究结果表明:轮轨垂向力、轴箱振动加速度级与构架振动加速度级均随着波深的增大而增大,随着速度的增大基本呈增大趋势,与波长呈反比关系。但个别速度及波长下由于通过频率与固有频率存在共振,会影响上述变化规律;通过频率为550～600 Hz时,一系弹簧与减振器对轴箱振动的隔振效果较差。     

高速动车组车体异常振动的试验研究

对某高速动车组的车体异常振动进行了车轮踏面测量、车体振动的在线跟踪测试、调头运营以及镟修前后的车体振动对比分析。轮轨磨耗导致轮轨匹配关系在局部区段发生变化,从而导致等效锥度增大影响了车辆的动力学性能;车体异常振动主要表现为9.5 Hz左右的谐振响应,其中调头运营不能解决车体异常振动的问题,但是镟修车轮却能够有效改善车体异常振动问题。得出车体异常振动的根本原因在于轮轨关系的不匹配,从而导致轮轨激扰向上传递引起车体的局部共振。因此不论镟修车轮还是打磨轨道都可以通过改善轮轨匹配关系最终消除车体的异常振动问题。     

弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究

建立了弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统动力学模型，推导了弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统振动微分方程。通过输入脉冲型激扰，对弹性轮对车辆－轨道垂向耦合系统进行了轮轨力及轮轨接触应力的动力学仿真，并与刚性轮对车辆的计算结果进行了比较和分析。     

车轮多边形激励下高速转向架构架振动特性分析

车轮多边形通过轮轨接触产生高频激励,会加剧高速转向架的振动、恶化结构部件振动环境,显著影响高速车辆的动力学性能和疲劳寿命。建立了考虑柔性轮对与构架的高速车辆刚柔耦合动力学模型,并开展台架试验验证,通过仿真探究前后轮对多边形相位差、多边形激扰频率与波深对构架振动特性的影响。结果表明：双轮对车轮多边形激励下的构架振动响应大于单轮对激励,但在激励引起构架结构模态共振时二者之间的差距会减小;前后轮对多边形的相位差会引起构架振动的相位差,但对振幅大小无明显影响;在同一激扰频率下,多边形波深越大,构架的振动越大。本研究可为多边形产生和传播机理及抑制措施提供参考。     

内轴箱悬挂高速动车组转向架抗倾覆稳定性研究

内轴箱转向架由于轴箱悬挂内置大幅度降低了车体的抗侧滚刚度，影响其运行性能。为提高其抗倾覆性能，内轴箱转向架通常采取安装抗侧滚扭杆和提高一系悬挂垂向刚度的措施。文章提出了一种抗倾覆装置，以提高内轴箱悬挂高速动车组转向架抗倾覆稳定性。该装置由2条互不连通的回路组成，安装在轮对轴箱和构架之间。在分析抗倾覆装置的基本原理、刚度特性和车辆动力学模型之后，利用MATLAB/Simulink软件，联合AMESim和SIMPACK软件进行联合仿真，得到车辆在不同速度条件下通过大半径曲线时的动力学性能和动态包络线。结果表明，采用抗倾覆装置可以在保证车辆运行稳定性的条件下大幅提高车体的抗侧滚能力，在车辆脱轨系数和轮轴横向力等安全性指标方面有着更优异的表现，同时有着较小的动态包络线。     

轮轨异常振动对地铁车辆部件的影响分析

文章针对地铁车辆在长期服役过程中产生的轮轨异常振动问题,从直接影响轮轨关系的轨道不平顺、车轮多边形和钢轨波磨三个方面入手,分析了不同频段内、不同激扰源导致的轮轨异常振动对车辆部件的影响。结果表明:在低频段内,轨道不平顺激扰下,车辆部件的异常振动主要表现为车体和构架的异常振动,车体异常振动降低乘客的舒适性,构架的异常振动加速构架疲劳裂纹的形成;在中高频段内,车轮多边形和钢轨波磨的激扰下,固有频率为中高频率的部件容易被激发,产生异常振动,致使部件(例如一系钢弹簧)出现裂纹、松脱、断裂。文章建议利用车载故障诊断系统来监测全线路的振动情况,当监测到线路轨道不平顺出现异常时,可通过降低列车运行速度来缓解轮轨异常振动;当监测到钢轨波磨和车轮多边形磨耗时,可通过镟轮以及对波磨区间进行打磨等措施来缓解轮轨异常振动。     

车轮扁疤动力冲击的仿真研究及其检测原理

建立了车轮扁疤冲击作用下轮轨垂向振动系统的动力有限模型，采用Ｎｅｗｍａｒｋ算法对扁疤冲击过程轮轨力、本文内容为扁疤的定量测试提供了研究方法和理论依据。     

高速铁路钢轨波磨对车辆—轨道动态响应的影响

在对高速铁路钢轨波磨现场调查、测试的基础上,根据铁道车辆—轨道耦合系统动力学理论,建立高速铁道车辆—板式无砟轨道动力学数值分析模型,采用现场测试得到的高速铁路钢轨波磨数据作为系统激励,研究不同深度的钢轨波磨对高速铁路轮轨相互作用、车辆运行稳定性的影响。结果表明:不同深度的钢轨波磨虽不会改变轮轨力波动的相位特征,但随着钢轨波磨深度的增加,轮轨垂向作用力、轮重减载率和轮对振动加速度均有明显增加,而构架和车体的振动加速度增加很小,可忽略不计;高速铁路钢轨波磨虽不影响乘坐舒适度,但会加速车辆簧下部件的伤损和破坏。