实测轮轨蠕滑曲线对车辆-轨道动态相互作用的影响分析

由于铁路系统的开放性，轮轨界面难以避免遭受第三介质(如水、油、雪等)的侵袭，轮轨蠕滑特性将因此改变。为研究轮轨蠕滑曲线对车辆-轨道动态相互作用的影响，首先，基于最小二乘法原理获得适用于Polach接触模型的参数，以模拟水介质条件下40～400 km/h行车速度范围内的实测轮轨蠕滑曲线；随后，采用SIMPACK多体动力学仿真软件建立车辆-轨道动力学模型，利用FASTSIM算法和Polach模型分别模拟理想条件与实测轮轨蠕滑曲线，以300 km/h运行速度为例，详细对比这两种蠕滑曲线条件下车辆-轨道动态相互作用的差异，并进一步分析运行速度的影响。研究表明：车辆运行速度为300 km/h时，实测轮轨蠕滑曲线对应的轮对横移量和轮对摇头角分别为干态工况结果的1.375倍和3.2倍，进而导致纵/横向蠕滑率明显大于干态工况结果；速度所致轮轨蠕滑曲线的差异对轮轨蠕滑力、脱轨系数以及磨耗指数影响较大，速度为160 km/h时尤为显著。因此，在进行车辆-轨道耦合动力学仿真分析时，有必要考虑实测的轮轨蠕滑曲线。     

基于ALE方法的高速轮轨黏着特性仿真及试验验证

根据全尺寸高速轮轨关系试验台,建立基于ALE方法的轮轨滚动接触三维有限元模型,仿真分析干燥条件下高速轮轨黏着特性曲线,并采用试验台的高速黏着试验结果对其进行验证。在此基础上,分析高速条件下从制动到牵引工况变化过程中的轮轨接触斑状态、摩擦力分布、Mises应力分布等的演变规律。结果表明:有限元模型可用于模拟干燥轮轨接触表面条件下的高速轮轨黏着特性;黏着轮从自由滚动状态(全黏着)到最大牵引力(全滑动)过程中,轮轨接触斑从靠近轮缘的一侧进入滑动状态并逐渐扩大到整个区域,而制动工况时则从远离轮缘的一侧进入滑动状态;摩擦力从黏着轮自由滚动时的自旋分布状态逐渐变化为趋于一致方向,纵向蠕滑力达到饱和;Mises最大应力点由黏着轮自由滚动时的接触表面以下2 mm处逐渐转移到接触表面,应力更加集中。     

小比例环形轮轨接触试验台可行性仿真研究

针对由轮轨接触饱和蠕滑率引起的高频振动造成钢轨损伤问题，提出了一种小比例环形轮轨接触试验台动态模拟方法。其采用环形轨道模拟轮轨持续接触运行工况，结合转向架与受电弓组成的试验车辆模拟轮轨接触振动耦合作用，通过两套牵引系统模拟轮轨接触运行中的纵向接触蠕滑、加速及制动等工况。通过计算确定了环形钢轨的最小曲线半径为7.00 m,经SIMPACK软件仿真分析获得的最大脱轨系数为0.668,符合安全运行要求。     

单轮对试验台试验及轮轨蠕滑力计算模型的验证

结合机车车辆滚动振动试验台的单轮对蠕滑力试验，介绍其试验系统，进行相关的理论分析和计算，例如试验系统所特有的轮轮接触蠕滑率计算、轮对运动方程推导、试验过程的动态仿真计算。最后通过试验和计算结果的对比，对轮轨蠕滑力计算模型进行验证。     

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究（一）——水介质条件下黏着特性

300～400 km·h^-1速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法,探究100～400 km·h^-1速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平(Ra为0.4～0.6μm)且有水介质条件下纵向蠕滑率为0～30%时的制动黏着特性。结果表明：在纵向蠕滑率从0.5%增至5%～8%过程中,黏着力系数出现了减小的现象,此阶段不利于黏着的利用;纵向蠕滑率增至一定数值后(一般为5%～8%),若继续增加,则出现黏着力系数再上升的现象;试验速度为200 km·h^-1时,当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰,在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”;试验速度在300～400 km·h-1范围内,当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰,此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍;加...     

新型轮轨关系试验台研究

提出一种新型基于轮轨接触的轮轨作用试验台的技术方案,解决以往采用轮—轮接触试验台模拟轮轨接触关系的不准确性。对试验台关键的轨道驱动方式进行了分析,采用行星齿环滑块往复运动机构作为其传动机构。建立了运动机构的数学模型,并采用ADAMS软件完成机构的仿真分析。新型轮轨作用关系试验台可真实反映轮轨之间的接触作用,对轮轨关系的研究提供试验技术手段。     

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。     

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。     

高速轮轨滚动粘着蠕滑模拟试验台的研制及试验研究

为能在高速条件下有效地利用粘着系数，研制开发了高速轮轨粘着蠕滑模拟试验台，它能模拟轮轨间的高速动态运动方式，进而研究高速下的轮轨关系。对实验台的结构特点和部分试验结果进行了分析和讨论。     

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。     

柔性轨道下高速列车车轮谐波磨耗对轮轨滚动接触蠕滑特性的影响

针对柔性轨道下因谐波磨耗车轮激励而引发钢轨和轮对振动时的轮轨蠕滑问题,在分析柔性轨道下轮轨间滚动接触振动对轮轨蠕滑特性影响机理的基础上,基于CRTS型双块式无砟轨道和CRH2型高速列车,采用ANSYS和UM软件建立柔性轨道下高速列车的动力学数值模型;选取6种典型谐波磨耗(阶数分别为1,6和11阶;对应波深分别为0.1和0.3mm)车轮,进行轮轨滚动接触振动特性、轮轨蠕滑力和蠕滑率的分析。结果表明:车轮谐波磨耗阶数和波深的增加均导致钢轨垂向加速度、轮对垂向加速度、轮轨垂向力及轮轨蠕滑力和蠕滑率的大幅增加,且与阶数的影响相比,波深对滚动接触蠕滑特性的影响更大;当车轮的谐波磨耗取11阶和0.3mm波深时,轮轨垂向力最大值、钢轨垂向加速度最大值、轮对垂向加速度最大值和平均值、纵向蠕滑率平均值、纵向蠕滑力绝对平均值、横向蠕滑力最大值、纵向蠕滑力最大值分别约为车轮无谐波磨耗时的7.27,49.6,20.35,15.18,7.8,9.064,6.7和8.57倍;考虑柔性轨道后,轮轨接触脱离时间明显增加,轮轨蠕滑率和蠕滑力也有明显增大。     

高速轮轨关系试验台的数字样机研究

应用CAE系统进行轮轨关系试验台的数字样机研究。通过CATIA三维建模软件建立轮轨关系试验台CAD模型,应用ADAMS多体动力学仿真软件建立轮轨关系试验台的机构运动模型,应用多体摩擦接触元件建立轮轨接触摩擦模型。应用高速轮轨关系试验台数字样机进行轮轨黏着的数字试验研究。仿真研究结果为轮轨关系试验台的技术方案及其关键技术参数的选取提供了技术支持。     

影响轮轨粘滑振动的主要参数分析

轨道交通轮轨间的粘滑振动是小半径曲线轨道上发生波磨的主要原因。通过建立具有扭转和弯曲自由度的单轮对仿真模型来研究轮轨间两个主要参数对于抑制粘滑振动、减缓波磨形成的影响。降低Kalker系数后,线路圆曲线段没有出现粘滑振动,蠕滑力-蠕滑率关系曲线的饱和点也移向更高的蠕滑率值;内外轮轨摩擦系数同时降低后,抑制了粘滑振动,但轮轨间仍处于滑动状态,当内外轨摩擦系数降低值不一致时,线路曲线段的粘滑振动仍然存在,但峰峰值将有所减小。     

独立旋转车轮转向架曲线通过性能研究

独立旋转车轮能够消除轮轨间的纵向蠕滑，理论上不存在蛇行运动，故在直线上可以获得较高的临界,基曲线上可使因纵向蠕滑而产生的轮轨噪音消失。与传统轮对相比，独立旋转车轮缺乏由纵向蠕滑力而产生的导向力矩，故在曲线上无自导向功能，基本上只能靠轮缘导向。曲线通过性能是车辆动力学研究领域中的重要课题之一。车辆由直线进入曲线，特别是通过缓和曲线时，由于受到线路的各种激扰，轮轨间将产生复杂的作用力，对车辆的曲线通过性能产生极大的影响。本文建立独立旋转车轮转向架车辆的动力学计算模型，模拟实际线路，利用数值模拟方法对车辆通过曲线的全过程进行动态仿真计算，得出独立旋转车轮转向架和传统轮对转向架曲线通过的动力学响应值。通过对两种转向架曲线通过时的轮轨横向力，脱轨稳定性及轮轨磨耗等动力学性能进行分析比较，提出了独立旋转车轮转向架曲线通过时所存在的问题。     

轮轨干摩擦下的轮对横向自激振动机理

从轮轨间干燥接触情况出发,建立具有2个自由度的轮轨干摩擦下弹性定位轮对横向自激振动模型,并采用摩擦系数—蠕滑速度经验公式描述轮轨之间干摩擦力与蠕滑率的关系,进而从能量的角度研究轮对横向自激振动的形成机理。研究表明:轮轨系统中由蠕滑速度主导的反馈机制是产生轮对横向自激振动必不可少的条件;引发轮对横向自激振动的能量来自列车向前运动的一部分能量,并由摩擦力中的刚度力通过轮轨纵、横向蠕滑率的调节作用被输入到轮对中;轮对横向自激振动的稳定性取决于轮轨系统等效阻尼耗散的能量和摩擦力中刚度力输入的能量,轮轨摩擦力做功的正负将影响轮轨系统的稳定性。     

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。     

独立旋转车轮轮轨接触蠕滑特性分析

分析了独立旋转车轮轮轨接触蠕滑率的计算方法,定义了车轮滚动系数,对车轮横移、摇头、曲线半径及车轮滚动系数对轮轨滚动接触蠕滑率的影响进行了详细的研究。研究结果表明:车轮蠕滑率对其横移比较敏感,同常规轮对相比,独立旋转车轮的踏面型状对其蠕滑率影响显著;车轮摇头对横向蠕滑率影响较大,但对纵向蠕滑率和自旋蠕滑率影响甚微;车轮滚动系数对纵向蠕滑率影响比较明显,对横向蠕滑率和自旋蠕滑率略有影响;曲线半径仅对独立旋转车轮的自旋蠕滑率有较大影响,对纵向蠕滑率和横向蠕滑率则影响甚微。最后,利用独立旋转车轮转向架车辆的动力学模型,验证了文中给出的蠕滑率计算方法的正确性。     

机车交流传动系统试验台通过省级科技成果鉴定

8月6日,铁道部“九五”重点投资技改项目机车交流传动系统试验台顺利通过了省级科技成果鉴定。 机车交流传动系统试验台由模拟供电网、主变流器、滚动负载试验台、异步牵引电动机试验台、微机控制与监控装置等五大部分组成。可完成交流传动电力机车、内燃机车、动车组、地铁轻轨车辆等交流传动系统及其部件的功能研究试验、优化验证试验,能满足高速、重载机车对交流传动系统试验的要求,也可以模拟重现多种轨面条件下轮轨蠕滑率与牵引力/制动力的关系,对机车实现粘着控制、防空转/防滑行控制,提高机车控制性能和综合技术指标,具有重要意义。 …     

车辆滚动试验台的调整原理

对车辆滚动试验台模拟直线运行时的轮轨关系问题作了讨论，阐明了调整试验台各轨道轮之间的相对位置，可以使被试车辆各轮对的轮轨间隙相等，可以使试验台比较真实地模拟直线运行状态。     

机车车辆轮—轮与轮—轨接触关系的比较

滚动振动试验台进行车机车车辆动力学性能测试时，由于用有限半径的轨道轮代替平直轨道，即使在所有模拟参数与实际线路完全一致的情况下，其动力学性能测试结果仍存在误差，本文从轮轨接触几何参数，重力刚度、轮轨接触斑几何何形状及蠕滑特性等多方面分析轮－轨和轮－轮工况的差异以及由此而产生对机车车辆动力学性能参数的影响，根据计算结果，可对滚动振动试验台的标定提供定量的参考。