基于全尺寸试验台的水介质条件下高速轮轨黏着特性试验研究

基于全尺寸高速轮轨关系试验台,模拟轮轨接触界面在水介质条件下的轮轨黏着特性,研究喷水量、轮轨接触表面粗糙度、喷水温度、轴重和运行速度对水介质条件下高速轮轨黏着系数的影响规律。结果表明:水介质条件下,喷水量、轮轨接触表面粗糙度、运行速度对轮轨黏着系数影响较大,喷水温度和轴重对其影响较小;随喷水量的增加轮轨黏着系数逐渐减小,但当喷水量达到200mL·min-1后黏着系数不再减小;随着表面粗糙度的增加,运行速度对轮轨黏着系数的影响逐渐减弱,表面粗糙度增至1.0～1.1μm时运行速度对轮轨黏着系数的影响很小;在40～200km·h-1速度范围内,轮轨黏着系数随速度的增加减小得较快,而在200～400km·h-1速度范围内减小得较为缓慢;轮轨黏着系数随喷水温度的升高而增大,喷水温度为0℃(下雪)时的轮轨黏着系数较常温时下降11%～15%;轮轨黏着系数随轴重的增加而减小,在动车组常用轴重10～16t范围内轴重对轮轨黏着系数的影响只有10%左右。     

高速轮轨关系试验台仿真模型的建立及验证

针对中国铁道科学研究院的1:1高速轮轨关系试验台,利用Simpack软件建立了高速轮轨关系试验台仿真模型。为了验证仿真模型的可靠性,选取试验台的蠕滑试验及模拟轮对曲线运行试验,对仿真模型进行验证。结果表明,基于蠕滑试验的仿真模型验证,其最大值误差小于15%,基于模拟轮对曲线运行试验的仿真模型验证,轮轨垂向及横向力的变化趋势较为一致。     

水介质条件下轮轨黏着特性试验研究

在JD—1轮轨模拟试验机上进行轮轨在干态工况突然加水和水介质条件下的黏着特性试验,着重研究水介质条件下不同速度、轴重以及蠕滑率对轮轨黏着的影响。结果表明:在相同的蠕滑率下,干态工况加水之后轮轨间的黏着系数较干态时的黏着系数降低了50%~60%;在水介质条件下,不论是最大黏着值还是稳定黏着值(机车实际运行黏着区),受车轮速度影响较大,黏着系数随着车轮速度的上升而降低,轴重对黏着系数的影响较小;黏着系数在达到最大值(饱和值)之前随蠕滑率的增加而线性增加,而后随蠕滑率的增加而下降,最后逐渐趋于稳定。最大黏着系数所对应的蠕滑率为0.5%左右。     

高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用

轮轨黏着影响列车牵引和制动,对铁路运营效率和行车安全至关重要。论述国内外高速轮轨黏着的研究成果,包括仿真研究和试验研究进展情况。在仿真研究方面,介绍国内外轮轨黏着的理论模型发展和数值方法;在试验研究方面,介绍国内外的试验方法和试验结果。通过对轮轨黏着机理进行研究,揭示影响轮轨黏着的因素及其影响规律。分析现场存在的轮轨黏着方面的问题以及国内外轮轨黏着的控制与利用情况,包括最新的轮轨增黏措施和防滑防空转技术,并对高速轮轨黏着机理未来的研究方向进行展望。     

油介质条件下轮轨黏着特性的试验研究

利用JD—1轮轨模拟试验机研究轮轨受污油、污油水混合物和污油水砂子混合物3种油介质污染工况下,不同轴重和车轮速度对轮轨黏着系数的影响。结果表明:当车速为90km·h-1时,污油和污油水混合物工况时的轮轨蠕滑特性相差不大(加水之后黏着系数减小);污油和污油水混合物工况下21和23t轴重时轮轨黏着系数相差较小,而25t轴重时的黏着系数明显比21和23t轴重时的大,但轮轨表面均未出现严重的磨损;在污油水砂子混合物工况下,轮轨黏着系数显著提高,但同时大大加重了轮轨表面伤损;当轮轨受到污油和污油水污染时,轮轨黏着系数均随着车速的提高而减小。     

环境条件对轮轨黏着特性影响的试验研究

利用JD-1轮轨模拟试验机研究新与旧模拟轮、新与生锈模拟轮和冲角等参数对轮轨黏着系数的影响.结果表明:干态和有水工况下,随着冲角的增加,轮轨纵向黏着系数均有所下降,而横向黏着系数均呈现上升趋势.对比干态和有水工况,发现有水下工况纵向黏着系数下降较多,下降了50%～60%,但横向黏着系数下降不明显.新模拟轮与模拟轨转动产...     

重载轮轨黏着特性的数值分析

基于ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian)有限元建立稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型.利用该模型计算和分析重载轮轨滚动接触的黏着特性,并研究不同速度等级对重载轮轨黏着蠕滑特性的影响.用该模型对重载大功率机车车轮在轨道上从制动、惰行到牵引过程进行计算,得到了这一过程中轮轨接触状态的变化规律和黏着特性曲线.在重载大功率机车从制动、惰行到牵引的过程中,轮轨纵向摩擦力由反方向饱和状态逐渐转变成牵引方向饱和状态,而轮轨横向摩擦力始终呈反对称性分布,其最大值位置先是逐渐靠近接触斑中心,然后又逐渐远离之;摩擦力矢量呈旋转分布,其方向从与运动方向相反逐渐变为与运动方向相同,其旋转中心从轮缘附近逐渐进入接触斑,随后又逐渐向轮缘一侧移动;当轮轨纵向蠕滑率较小(≤0.003)时,黏着力随纵向蠕滑率的增加而近似线性增加,但运行速度对此影响不大;进入大蠕滑率(＞0.003)区域后,黏着力随蠕滑率的增加而减小,并且速度越高,黏着力降低得越快.     

轮轨油污染黏着特性的三维数值分析

在油污染工况下,建立一个考虑轮轨表面粗糙度的三维轮轨黏着特性数值分析模型.应用Patir和Cheng提出的平均流量模型,以多重网格法和多重网格积分法作为数值计算的工具,得到轮轨间存在油介质时的液体、固体粗糙峰接触压力以及膜厚的分布规律,并研究列车速度以及轮轨表面粗糙度对轮轨间黏着特性的影响.研究结果表明:随着列车速度增加,轮轨间的黏着系数逐渐下降;随着轮轨表面粗糙度的增大,轮轨间的黏着系数逐渐增大.此外,从数值角度分析速度增大引起黏着系数下降和粗糙度增大所引起黏着系数上升的机理.     

轮轨黏着控制策略及经济适用性分析

文章经调研分析总结轮轨黏着理论、试验数据及影响,通过反向思维调整轮轨接触界面状态控制策略,经线路初步试验验证,提出改善轮轨黏着的解决方案,同时对调整黏着控制策略所带来的经济性进行说明。     

高速动车组车体操作过电压特性仿真分析与试验验证

为分析高速动车组车载真空断路器分、合时车体操作过电压特性,基于某型动车组电气结构,构建仿真模型,介绍现场试验并给出试验结果。仿真结果表明:2车过电压值最大,达到5.12?k V;2—6车依次减小,各车过电压高频振荡周期都约为0.6?μs,过电压在7?μs后衰减到几百伏。仿真与试验结果误差率为3%~26%,仿真与试验中各车过电压高频振荡周期、衰减时间、分布特性具有较好的一致性。     

基于ALE有限元的轮轨稳态滚动接触分析

基于Arbitrary Lagrangian Eulerrian(ALE)有限元方法建立稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型.该模型用接触面上相对滑移速度定义轮轨滚动接触的黏着和蠕滑条件,并在虚功率方程中通过Lagrange乘子法引入接触界面上无切向滑移约束,更好地计算分析接触斑的黏着特性.该模型不但可以考虑材料、几何和接触非线性问题,还可以考虑车轮滚动速度、轮轨的实际几何形态以及惯性力的影响,并能分析接触斑的接触应力和相对滑移速度的分布情况.用该模型对单轮对在轨道上稳态滚动时的接触状态分析表明:基于该模型计算得到的轮轨滚动接触的接触斑形态和Hertz理论的椭圆假设有较大差别;通过相对滑移速度来描述接触斑滑动和黏着状态,更有利于描述轮轨的相互作用;明显观察到接触斑里的摩擦力分布和相对滑移速度的自旋效应;接触斑里摩擦力的旋转分布对轮轨系统的振动、轮轨的黏着和磨损的产生有较大影响.     

基于组合校正的城市轨道交通列车轮轨黏着控制方法研究

为提高城市轨道交通列车轮轨黏着力的控制,针对传统组合校正法存在的缺点,对参考速度进行延时补偿、筛选及步长限制,尽可能保证参考速度的准确性;对加速度提取采用低通加高通滤波器的方法,以降低噪声影响;黏着控制过程中,根据设定周期时间内速度差估算当前轨面黏着情况,实时调整下一周期判据阈值;根据上一调节周期触发空转时刻锁存转矩和当前加速度,以及转速差采用分段斜率的方法进行转矩调节。试验结果表明:上述控制方法转矩波动小,列车运行平稳,黏着利用率得到有效提高。     

高速列车制动盘残余应力数值仿真及试验验证

通过建立极坐标下热应力平衡方程,求解得到制动盘热应力表达式;采用有限元分析法对初速度为270 km/h的高速列车合金锻钢制动盘紧急制动工况后的残余应力进行数值模拟分析。结果表明,较大的残余拉应力分布在摩擦面上,随厚度方向逐渐减小,最大残余应力值542 MPa,且在摩擦环内应力分布并不均匀。用X射线应力测定仪对制动盘摩擦环的残余应力进行测定,试验测得最大残余应力值为348.4 MPa。仿真结果和试验结果相差35.7%,结果虽相差较大,但变化趋势基本一致,且合乎实际。理论仿真结果能直接用于制动盘疲劳裂纹扩展评定和寿命预测。     

高速轮轨粘着机理试验研究

系统介绍了在滚动振动试验台上所进行的１：１实物模型高速轮粘着机理试验情况，试验包括干净表面、水润滑和油润滑三种轮轨表面状态在不同轴重、不同速度工况下的粘着试验。试验不仅得到了完整的粘着力（粘着系数）与蠕滑率的关系，同时得到了粘着系数与运行速度的关系。最后，通过拟合轮轨接触函数型摩擦系数并进行计算，首次使轮轨接触粘着计算与试验结果一致。     

轮轨黏着状态对曲线区段轮轨动态相互作用的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑不同轮轨黏着状态的地铁车辆-轨道耦合动力学模型,分析了轮轨界面黏着状态和曲线半径对轮轨系统动态相互作用的影响。结果表明：车辆通过曲线区段时,轮轨界面黏着状态对轮对运动姿态和轮轨系统动态相互作用的影响显著;轮轨界面存在低黏着接触状态会削弱轮对导向能力,致使脱轨系数增大,尤其当外侧轮轨界面存在低黏着接触状态时影响更大;通过润滑适当减小内侧轮轨摩擦因数,同时保持较大外侧轮轨摩擦因数可有效减小脱轨系数,提高车辆横向运行安全性;内外侧轮轨磨耗指数主要由所在侧轮轨黏着状态决定,且随曲线半径增大而减小。     

轮轨振动行为下高速轮轨滚动接触瞬态特性分析

以CRH2型高速列车头车为研究对象,在轮轨滚动振动接触简化模型的基础上,采用多体动力学软件UM建立高速列车多体动力学数值模型,求解轮轨振动行为下的接触参数并作为有限元分析的输入;采用有限元方法建立高速轮轨滚动接触瞬态有限元模型,对轮轨振动行为下的高速轮轨滚动接触瞬态特性进行分析。结果表明:轮轨的垂向振动明显,轮轨垂向力呈周期性变化,且周期约为0.1s,振动频率约为10 Hz,轮轨垂向力最大为115 751.8N、最小为688.4N,分别为轮轨静载荷的1.938倍和0.012倍;轮对横移的振动频率约为1.05Hz,振幅为5.26mm;轮对横移量在0.5s时最大,为0.2s时的7.17倍,但纵、横向蠕滑力在0.2s时的大于0.5s时的;不同时刻轮轨间纵、横向蠕滑力的均值分别为13 542.11和1 239.07N;在一定范围内,纵、横向蠕滑力与轮轨垂向力、轮对冲角以及接触斑面积呈正相关。     

TBDS轮轨耦合模型的仿真验证及其应用

为全面研究轮轨系统垂南动力作用，开发了较复杂的铁木辛为梁单元的非线性轮轨垂向动态耦合模型与仿真软件，用之仿真国外著名的轨道试验，取得较原来更为逼真的结果，并在更深的层次上阐述了过程的物理意义，此外，还据此研究了低动力三大件转向架的可行途径，这一模型将为我国高速或重载轮轨相互作用研究，低动力转向架的开发以及轨道结构及参数的合理选择适用工具。     

基于柔性轮轨模型的车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动影响的仿真研究

采用ANSYS有限元软件结合SIMPACK动力学软件建立基于Timoshenko梁的柔性轨和柔性轮模型的车辆—轨道耦合动力学模型,以典型的高阶车轮谐波磨耗(阶次为18~21阶,幅值为0.01~0.04mm)激扰作为系统的输入激励,对比分析在柔性轮柔性轨模型与刚性轮轨、柔性轮刚性轨和柔性轨刚性轮模型下高阶车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动响应的影响。结果表明:当车轮谐波磨耗激扰激发轮对固有模态引起共振时,基于柔性体模型计算出的振动响应幅值大于基于刚性体模型计算的结果,而当激扰频率远离共振模态频率时,基于刚性体模型计算的振动幅值大于基于柔性体模型计算的结果;总体上,轮轨垂向力、钢轨及轴箱振动加速度随着车轮谐波磨耗幅值、阶次及列车运行速度的增大而增大;在车辆速度300km·h-1、车轮多边形阶次为20时,车轮多边形幅值0.04mm激起的钢轨及轴箱振动加速度峰值约为幅值0.01mm下的2.5倍;当车轮多边形幅值固定、阶次由18阶增至21阶时,激起的钢轨振动加速度仅增大约1.6倍、轴箱振动加速度级增大约5.7dB,相较于多边形幅值而言,多边形阶次对轮轨系统振动响应的影响较小。     

高寒地区高速列车轮轨粘着特性研究及应用

为了探讨高寒地区恶劣条件下轮轨接触状态特性,确保列车运行安全,研究了运营速度400 km/h的高速列车在俄罗斯高寒地区轮轨接触的粘着特性,首先建立了相应的整车动力学模型及轮轨滚动接触模型,然后在此基础上,研究了高寒地区轮轨接触粘着系数的主要影响因素,求解出相关的峰值粘着曲线和粘着曲面,最后在保证轮轨良好粘着状态的前提下,充分利用粘着条件设计了列车制动减速度曲线,并验证了该曲线的正确性、合理性、有效性。