基于数据驱动的机车车轮剩余寿命预测技术

为优化机车车轮运维管理，提高机车车轮剩余寿命的预测精度和稳定性，提出基于数据驱动的机车车轮剩余寿命预测模型。依托机车车轮全寿命周期的造修和运维数据，分析影响车轮服役寿命的主要因素，包括轮径、历史和环境影响因素。构建基于数据驱动的机车车轮剩余寿命预测模型，模型以轮径区间作为寿命计算单元，并引入轮径历史和环境损失率，综合考虑3类因素对寿命预测的影响。现场测试中，因某轮径区间的数据不符合计算要求，导致轮径环境损失率存在数据缺失问题，于是采用多层感知机算法对缺失项进行预测和补充。基于测试集中的车轮旋修数据，对比数据驱动预测算法和传统预测算法的预测效果。由结果可知，数据驱动预测算法的预测精度和稳定性均优于传统预测算法。     

弹性车轮的发展与研究现状

介绍了弹性车轮的发展概况和国内外研究进展情况,其中包括弹性车轮的结构改进、降低轮轨噪声的理论和性能试验研究、寿命研究以及弹性车轮新材料研究进展情况,并在此基础上提出了今后的研究方向。     

地铁车辆车轮寿命分析

介绍了影响地铁车辆车轮寿命的主要因素,对广州地铁车辆车轮的使用寿命做了测算,并分析了其运用现状,提出了提高广州地铁车辆轮对寿命的措施。     

铁路货车参数对车轮磨耗影响的仿真研究

为研究铁路货车参数对车轮磨耗的影响,在确定车轮磨耗仿真原理的基础上,采用轮轨半赫兹接触模型、FASTSIM算法和修正后的Zobory车轮磨耗模型以及车辆-轨道系统动力学模型建立车轮磨耗预测模型,仿真研究转向架结构型式、一系定位刚度和轴距以及车轮直径、车速对车轮磨耗的影响.结果表明:与装用摆动式和交叉支撑转向架相比,装用径向转向架能有效地减轻轮缘磨耗,并能增加车轮段修磨耗寿命;一系纵向定位刚度从9MN·m-1增加到21 MN·m-1后,车轮段修磨耗寿命减少33％,轮缘磨耗增加124.7％;轴距从1.6m增大到2.4m后,车轮段修磨耗寿命减少36.6％,轮缘磨耗增加180.2％;车速从60km· h-1增加到120 km· h-1时,车轮段修磨耗寿命降低45.0％,磨耗面积增加74.2％;车轮直径从800 mm增加到915 mm后,车轮段修磨耗寿命增加30.5％,轮缘磨耗减小20.1％,因此增大车轮直径可以减小大轴重货车的车轮磨耗.     

机械抗打滑弹性车轮的研制

迟缓打滑是弹性车轮最常见的失效形式,针对这种失效形式,设计了一种采用机械抗打滑结构的弹性车轮.根据运用工况,对弹性车轮进行了仿真分析,证明其强度和疲劳寿命满足技术要求;通过对抗打滑性能测试,采用抗打滑结构的弹性车轮比普通的弹性车轮具有明显的优势;通过模拟不同温度环境下的抗打滑性能测试,证明采用抗打滑结构的弹性车轮在不同...     

车轮钢的化学成分、微观组织对车轮钢力学性能的影响

对国内外5种车轮钢的微观组织、准静态力学性能和疲劳性能进行测试,分析车轮钢的化学成分和微观组织对其准静态力学性能和疲劳性能的影响.结果表明:提高Mn与C元素含量之比以及Ni,Cr和Mo元素总含量,均能明显增加珠光体的弥散度,减小珠光体层片间距;细化奥氏体晶粒尺寸和增加珠光体弥散度,车轮钢的强度、塑性和韧性均有所改善;提高Mn与C元素含量之比有利于改善车轮钢的韧性特别是冲击韧度;车轮钢的疲劳裂纹萌生寿命随着奥氏体晶粒尺寸和珠光体团尺寸的细化而增加;车轮钢试样的化学成分和显微组织对疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹门槛值的影响很小.     

CRH1型动车组轮缘异常磨耗研究及解决方案

CRH1型动车组投入运营后,发现车轮轮缘有磨耗现象,部分动车组车轮出现偏磨等异常现象,特别是福州动车段动车组车轮偏磨比较严重,车轮旋修量较大,影响到车轮寿命。通过对运行线路、线路条件、车轮磨耗情况的调查,进行理论分析和计算,提出对特殊线路进行整修、调整进出库运行速度、结合CRH1转向架综合加改方案将LMA踏面更换为LMD踏面、调整一系定位节点刚度等解决方案,有效解决了车轮轮缘的异常磨耗,提高了车轮寿命,车轮平均寿命提高到原来的约2.5倍。     

动车组轮对精准镟修管理系统及其应用

介绍了动车组轮对精准镟修管理系统。该系统基于车轮磨耗机理和车轮磨耗数据,建立车轮磨耗规律模型和镟修规律模型,进而建立车轮退化规律和寿命预测模型;同时基于车轮失效机理、车轮维修数据,建立车轮多边形风险预测模型和滚动接触疲劳模型,实现车轮失效风险预测;在车轮磨耗、镟修、寿命预测、风险预测模型的基础上,以车轮全寿命周期检修综合成本为目标,建立车轮运用维修决策模型,实现车轮状态修和计划预防修。实践证明,动车组轮对精准镟修管理系统可有效降低轮对运维成本。     

快捷货车车轮辐板疲劳强度研究

基于结构有限元法,分别按欧洲铁路和日本铁路提出的车轮机械设计载荷和载荷工况,对快捷货车车轮辐板的疲劳强度进行分析。计算结果表明车轮辐板疲劳性能满足无限寿命设计准则要求,其疲劳薄弱区域位于辐板内侧面与轮毂圆弧过渡部位。     

车轮滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测

利用有限元软件ABAQUS建立带缺陷孔的车轮二维有限元模型,循环塑性本构关系采用LemaitreChaboche非线性各向同性/随动硬化循环塑性模型,通过在滚动接触表面上施加移动法向分布压力和切向分布力模拟反复滚动过程。采用Jiang-Sehitoglu损伤参量和基于临界平面法的疲劳裂纹萌生寿命模型,分析循环载荷大小、缺陷孔深度和摩擦因数等因素对车轮缺陷孔处损伤参量及滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明:经过反复施加10次循环载荷,车轮材料缺陷孔处应力应变响应逐渐趋于稳定。循环载荷大小、缺陷孔深度和摩擦因数等因素对车轮缺陷孔处损伤参量和滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的影响比较明显。疲劳裂纹萌生寿命随着循环载荷与摩擦因数的增加而增大,随着缺陷孔深度的增加而逐渐减小。     

车轮改造

自要求车轮施行热处理近20年来，车轮的寿命周期一直稳步延长。“这项工艺有效地减少了车轮热裂引起的脱轨事故的发生”猎人假日顾问公司顾问兼TTCI退休主管治金师Dan Stone如是说：“此类故障的发生已从每年约150件下降到约15件。尽管为了避免产生热裂影响车辆运用，我们不能拆卸车轮；然而，我们又见到了诸如车辆发生破损的其它故障。这与治愈肺结核的结果一样——人们的寿命延长了，却又死于其它疾病。”     

车轮磨耗对高速车辆侧向过岔动力学性能的影响

高速列车在长期运营过程中，车轮将发生随里程增加而不断增大的磨耗，为探究车轮磨耗对车辆侧向通过道岔时的动力学性能的影响，建立高速车辆-道岔耦合动力学模型，在综合考虑不同磨耗程度的车轮对转辙器区钢轨接触几何影响的基础上，研究具有不同磨耗程度车轮的高速车辆侧向通过道岔时对高速车辆动力学性能的影响。研究表明：随着车轮磨耗程度增加，高速车辆侧向过岔时的轮对运动姿态和车辆动力学性能发生较大变化，车轮运营里程达到20万km后，轮轨横向力较标准车轮型面减小了42%,车体横向振动加速度较标准车轮型面减小了16%,脱轨系数较标准车轮型面减小了38%;车轮发生磨耗后，车辆系统的动力学性能、行车安全性和舒适性均有一定程度改善。     

高速列车车轮高阶多边形对车辆动力学性能的影响

为研究高速列车车轮1~25阶多边形化对车辆动力学性能的影响,建立了整车动力学仿真模型。假设车轮型面不发生变化,车轮半径差沿圆周方向周期性变化,通过数值仿真研究列车高速运营状态下车轮多边形化的波深、谐波阶数对车辆动力学性能的影响。结果表明,车轮多边形化对车体平稳性指标、脱轨系数影响很小。车轮高阶不圆对临界速度、轮轨垂向力的影响远大于车轮低阶不圆的影响,车轮低阶不圆对构架、车体的垂向振动影响远大于车轮高阶不圆的影响。根据轮轨垂向力上限值170kN分析出在200、250、300、350km/h 4个速度等级时,分别对应10、15、20、25阶不圆顺波深限值。     

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.     

考虑车轮谐波磨耗的动车组车轴疲劳寿命

以CRH380BL型高速动车组为研究对象,基于车轮谐波磨耗的实测结果,建立刚性轮轨、刚性轮柔性轨、柔性轮刚性轨以及柔性轮轨4种不同轮轨关系下的车辆-轨道耦合动力学模型,通过对比分析4种模型的轮轨振动特性,得到最能反映真实情况的轮轨耦合动力学模型;基于车轴受力分析,采用有限元软件ANSYS进行车轴静强度计算;采用多体动力学软件计算考虑车轮谐波磨耗的车轴载荷时间历程;根据疲劳累积损伤理论,采用FE-SAFE软件分析考虑车轮谐波磨耗的车轴疲劳寿命。结果表明:柔性轮轨关系更能反映轮轨的真实接触状态;车轴轮座内侧圆弧过渡处的应力最大,为114.4 MPa;考虑车轮谐波磨耗的车轴疲劳寿命约为19.2 a;车轮谐波磨耗导致轮轨振动加剧,对车轴疲劳寿命产生明显不利的影响。     

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。     

简析热处理工艺、踏面旋修量对动车组车轮疲劳性能的影响

对轮辋淬火热处理过程中对流换热系数以及相变潜热的处理方法进行研究,结合CRH5250车轮轮辋的实测温度曲线计算了轮辋热处理过程的瞬态温度场、瞬态应力场以及热处理结束后车轮的残余应力场。分析了踏面旋修量对残余应力场的影响,分析了踏面旋修量与车轮疲劳性能之间的关系。分析结果表明残余应力和踏面旋修量对车轮疲劳性能有显著影响,设计阶段预先分析热处理工艺对车轮强度的影响,对于保障车轮运用安全可靠具有重要意义。     

动车组全列车轮运维全过程退化数值模拟方法研究北大核心

车轮是动车组的关键零部件,在长期服役过程中会发生状态退化,影响动车组的安全平稳运行;同时,动车组的全列车轮均是成组运行、成组检修,各车轮的退化具有整体同步性和个体差异性,并且邻近车轮在运用和检修过程中相互影响。车轮退化具有影响因素多样、参数互相影响、随机性强的特点,因此提出一种动车组全列车轮运维全过程退化数值模拟方法。针对车轮磨耗、缺陷和镟修等运维过程的关键环节,采用了考虑各环节相关因素、退化规律及其不确定性的概率模型,再通过闭环迭代实现车轮退化过程的数值模拟;为模拟动车组全列车轮在不同随机环节影响下的退化过程,提出了基于Monte Carlo仿真的车轮退化数值模拟方法;最后,基于我国动车组运维数据,给出了建模与模拟算例。结果表明,该方法能够有效预测动车组全列车轮退化过程的平均水平及其不确定性,进而实现车轮剩余寿命预测,并结合车轮运维成本评估,支撑车轮高级修限值优化,降低车轮运维全过程成本,改善动车组维修经济性。     

车轮不同磨耗状态对铁路罐车动力学性能的影响

针对铁路罐车车轮旋修后的车辆动力学性能变化,对车轮轮缘踏面的外形进行了测量与统计分析。建立了多种车轮磨耗状态的铁路罐车动力学分析模型,从蛇行失稳临界速度、动态曲线通过、运行平稳性等方面探讨了车轮磨耗后的多种典型恶劣型面对车辆动力学性能的影响。     

铁路货车车轮踏面擦伤及其对滚动轴承的影响

通过对铁路货车车轮踏面故障对滚动轴承寿命影响的调查分析,发现车轮踏面擦伤是车轮运行中发生的主要故障之一。从机务作业、车务作业和车辆运用3个方面介绍形成货车车轮踏面擦伤的原因,建立理想状态下轮对运动模型,说明轮对擦伤形成的冲击力随着速度提高而增加,易导致轮对轴承故障。对故障车轮进行了抽样调查分析,提出重视擦伤轮对轴承检查及发现轴承故障的建议。