钢轨轨底坡对重载铁路轮轨关系影响的研究

为研究我国重载铁路钢轨轨底坡对轮轨关系的影响,计算分析不同轨底坡条件下,重型钢轨75kg/m(CHN75)与LM车轮踏面匹配时的静态轮轨接触参数.采用多体动力学软件SIMPACK建立我国重载货车模型,采用数值积分方法仿真计算两种轨底坡工况下车辆的曲线通过性能.分析结果表明,对于75 kg/m(CHN75)-LM接触副,与1/40轨底坡相比,采用1/20轨底坡时接触点的分布更为均匀、合理.当轨底坡由1/40增为1/20后,相同轮对横移量下的轮径差和接触角差均有所增大,改善了轮对重力刚度,提高了车辆的曲线通过能力;并使轮轨接触斑面积增大,降低了滚动接触疲劳发生的几率.为我国重载铁路轨底坡的取值提供参考.     

B_0-B_0机车转向架直线运行的横向轮/轨力和蛇行稳定性的理论研究(下)

5.轮/轨横向力的计算在轮/轨横向接触极限时的蛇行轮/轨力分别按稳态和动态两种工况计算,前者是假设机车在理想的轨道上运行,轮/轨横向力仅由横向蠕滑和轮对蛇行冲击所产生;后者则计及轨头横向不平顺的冲击所产生的轮/轨瞬态冲击力。在轮/轨横向接触极限状态的最大横向轮/轨力主要包括下列三个部分:     

基于槽型轨的有轨电车动力学性能研究

通过建立使用槽型轨和无槽轨轨道的70%低地板有轨电车动力学模型,分析了发生轮背接触的条件,研究轮背接触对槽型轨的动力学影响,优化滚动圆横向跨距。计算结果表明,轮背接触对轮对十分不利,在设计车辆时应保证轮对与槽轨尽量不发生接触;增大滚动圆横向跨距是避免轮背接触的有效方法,且适当地增大滚动圆横向跨距对车辆动力学性能有益。     

有轨电车轮轨型面匹配问题的研究

利用轮轨型面测量仪测量大量即将磨耗到限的车轮踏面和钢轨轨头型面(简称旧轮和旧轨型面),从中选取具有一般性的型面建立三维有限元模型,分别研究了新旧车轮与新旧钢轨配合接触问题。通过几种轮轨接触模型的计算,总结了不同模型的接触斑面积、形状、位置,以及接触力分布和等效应力的变化规律,并分析了旧轮和旧轨被挤压出飞边的原因。结果表明:新轮-旧轨接触模型的接触斑面积较小,等效应力较大,接触位置在轨顶的两侧,说明磨耗到限旧轮踏面被镟修成标准轮踏面形状的不合理性。旧轮-旧轨配合,与其他模型相比接触斑面积最大,轮轨匹配相对较好,因此,适应旧轨轨头型面的车轮踏面形状设计对于减缓轮轨磨耗具有重要的意义。     

心轨轨顶降低值对轮岔动态相互作用影响研究

利用能够准确反映轮岔接触特性的车辆-道岔系统动态相互作用模型,从轮岔振动和轮岔接触几何关系两个方面,研究岔心区心轨关键截面轨顶高度降低值对高速道岔系统动力的影响特性.结果表明,通过设置合理的长短心轨关键截面轨顶高度降低值可以明显降低轮岔动态相互作用,达到道岔区低动力作用目的.针对现有某种高速道岔心轨轨顶高度设置,提出心轨关键截面新的轨顶降低值方案.与既有轨顶高度设置相比,本文建议方案在不影响轮岔接触特性前提下降低了轮岔动态相互作用,有利于延长道岔使用寿命.     

轨底坡对高速铁路轮轨接触行为影响分析

研究目的:目前关于轨底坡对轮轨接触行为影响的研究很多,但轨底坡对高速铁路轮轨接触行为影响的相关研究还未开展。为分析轨底坡对我国高速车轮与60N钢轨的轮轨接触行为影响,基于迹线法和三维非赫兹滚动接触理论,分别研究不同轨底坡下高速车轮LMa、XP55、S1002G与60N匹配时的静态轮轨接触特性,包括等效锥度、接触带宽、轮轨接触应力和表面疲劳因子等。研究结论:(1)在1/10的轨底坡下,三种高速车轮型面与60N钢轨接触时表面疲劳因子大于零的情况居多,说明1/10的轨底坡易导致轮轨表面裂纹的出现,不适用于高速轮轨匹配;(2)LMa型面的接触带宽随轨底坡的减小而增大,轮轨接触应力随轨底坡变化不大,轨底坡为1/20时轮轨型面匹配较优;(3)当轨底坡为1/30时,XP55型面的等效锥度最大,使其拥有较好的轮对对中性能和曲线通过能力,轨底坡为1/30时轮轨型面匹配最优;(4)轨底坡对S1002G的等效锥度影响不大,轨底坡为1/20时的接触带宽较小,横移超过4 mm后1/20轨底坡下的轮轨法向接触应力较小,综合来看轨底坡为1/20时S1002G轮轨型面匹配较优;(5)本研究成果可为我国高速铁路轨底坡的设置提供参考。     

Translohr有轨电车导向轮轨接触关系分析

Translohr有轨电车的导向轮呈V型布置,与倒V型钢质导向轨的2个侧面相配合,在横向和垂向坐标上呈现非一一映射的几何关系。为了分析Translohr有轨电车的导向轮和导向轨的接触关系,提出一种改进的轮对切片投影法,通过坐标变换将导向轮和导向轨非映射的轮轨几何关系转换成为映射关系。采用弹性轮轨接触的渗透量法求解Translohr有轨电车导向轮和导向轨的多点接触问题,绘制其导向轮和导向轨的多维度接触状态表格。应用上述轮轨接触表格,建立Translohr有轨电车的动力学模型,分析不同半径曲线上的轮轨接触状态。     

高速铁路轮轨型面匹配理论分析与试验研究

根据实测轮轨型面数据建立高速铁路轮轨三维弹塑性接触有限元模型,计算分析不同轮轨型面匹配的接触斑状态、轮轨接触应力以及轮对横移量、荷载工况对轮轨接触应力的影响.采用现场切割的标准60 kg/m钢轨、60N轨及磨耗车轮试件,在轮轨接触试验台上试验研究不同轮轨型面的匹配性能.结果表明:不同轮对横移量下,与标准60 kg/m钢...     

轮轨接触几何关系在道岔系统动力学中的应用

道岔与一般正线的区别就在于它多变的轮轨接触几何关系，复杂的轨线布置以及走行线路的转换，以一般线路轮对踏面与钢轨轨头接触关系为基础，考虑转辙器区尖轨与基本轨之间，翼轨与心轨，主轨与护轨以及心轨之间的空间结构和平面布置，本文模拟计算了转辙器区和辙叉区轮对与相应轨线的接触与冲击情况，得到了较为准确的尖轨与护轨横向冲击力，道岔区轮舅走行特征以及系统其它相关振动响应。     

轨底坡对重载铁路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响

合理的轨底坡参数可以优化轮轨间的接触状态,降低钢轨萌生裂纹的概率。为研究轨底坡参数对钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响,基于弹塑性接触理论,建立三维瞬态轮轨接触有限元模型,模拟不同轨底坡参数下(1:10,1:20,1:30,1:40,1:50和1:60)重载铁路轮轨间接触状态。根据Jiang-Sehitoglu损伤参量理论以及临界平面理论分析不同的轨底坡参数对钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明：直线线路中,CHN75型钢轨采用1:20这一轨底坡参数时,轮轨间接触面积最大,钢轨表面的接触应力最小,轮轨间匹配程度最好,钢轨可通过轮对的极限次数最大;CHN60型钢轨采用1:40这一轨底坡参数时,轮轨间匹配程度最好,钢轨疲劳裂纹萌生寿命最大。对于重载铁路而言,2种类型钢轨均选用较为适配的轨底参数时,CHN75型钢轨与车轮的匹配程度优于CHN60型钢轨,疲劳裂纹萌生寿命也明显大于CHN60型钢轨。曲线线路中,轮对偏移量小于等于6 mm情况下,内外轨均选用1:20的轨底坡时,钢轨表面接触应力最小,轮轨间匹配状态最好,钢轨可通过轮对的极限次数最大,而当轮对偏移量达到9 mm时,选用1:30(外轨)、1...     

出口阿根廷地铁车辆的踏面与轮轨关系分析

NEFA706型踏面是阿根廷地铁客户推荐采用的,通过与国内常用的LM型、LMA型和S1002型踏面的踏面外形、轮轨接触关系(54E1型钢轨)、轮轨接触应力和动力学性能(特定参数条件)进行对比分析,得出这4种踏面型式分别与54E1型钢轨匹配时的性能结果,为出口阿根廷地铁车辆车轮踏面的选取提供了理论依据。     

车轮不圆顺轮轨滚动接触行为的动态有限元仿真方法

高速轮轨滚动接触行为涉及几何、材料和接触非线性,动态效应显著,加之轮轨缺陷引起的接触不平顺等诸多因素的耦合影响,以及轮轨缺陷的尺寸、形状、位置和分布的随机性特点,给准确求解高速轮轨系统的动态响应带来极大挑战.针对上述诸多困难,以车轮不圆顺为例,提出将其转换为轮轨接触位移不平顺的动态有限元仿真方法,该方法在考虑轮轨系统强...     

道岔区轮轨力转移与分配特性研究

道岔区复杂的轮轨接触状态决定了其轮轨力特性与一般线路相比存在较大的差异。利用空间轮轨接触几何关系理论和Hertz非线性弹性接触理论，研究道岔区车轮与同侧并列的2股钢轨同时接触的2点接触问题。依据2点接触时轮轨弹性压缩量计算每一接触点上的轮轨力，由此确定车辆侧向和直向通过时的轮轨2点接触范围以及轮轨力转移和分配特性。结果表明：2股钢轨上轮轨力转移和分配特性不仅与钢轨外形、轨顶高度和宽度有关，而且与车辆过岔方式有关；考虑轮轨2点接触后的计算方法，消除了单点接触轮轨力计算中轮轨接触点从一股钢轨转移到另一股钢轨上时引起的轮轨力突变，使得轮轨力变化更为平顺和真实。     

地震荷载作用下轮轨系统振动特性分析

为了分析轮轨系统在地震荷载激励下的动力响应,根据振动力学和有限元理论,利用ANAYS结构分析软件,建立三维轮轨系统接触的有限元模型,模型中考虑轮轨之间的实际接触状态,计算在地震荷载激励下的轮轨系统的振动特性。结果表明:地震荷载下轮轨接触应力是静力时的1.8倍,并且轮轨出现短暂的分离,接触区域的等效Mises应力有不同程度增大,车体加速度超出限值14.3%。     

铁路货车轴重与轮轨动态相互作用研究

大轴重货车已被公认为铁路重载运输的发展方向之一。但是,轴重增加将加剧轮轨动态相互作用。分析轴重增加对动力学性能,特别是磨耗问题和轮轨动态相互作用的影响规律。表明小曲线半径条件下,随着轴重的提高,轮轨动态相互作用加剧;在曲线半径较小的情况下,轴重越大,导致的钢轨RCF损伤越明显;而且,轮轨接触应力随着轴重的增加而增加。充分分析轴重与轮轨动态相互作用的关系将有利于重载运输的安全性,减缓对线路的破坏作用。     

大功率机车轮轨接触应力计算分析

轮轨关系是大功率机车车轮国产化的重要研究内容。轮轨接触应力分析是轮轨接触问题的基础。大功率机车轮对在运行过程中相对钢轨断面产生不同横移,直接影响轮轨接触应力。应用轮轨非线性接触理论及并行计算技术,构建大功率机车轮轨接触应力分析的大规模有限元模型,并在中国科学院研究生院计算地球动力学实验室的网络集群并行计算环境下完成有限元计算,研究了轮对横移量对大功率机车轮轨接触应力影响。计算结果表明,轮对不同横移时,车轮踏面内均出现塑性变形,塑性变形从车轮踏面内约6 mm处延伸至接触表面。轮轨接触斑的横向长度与接触面积随轮对横移量的变化有着相同的变化规律。随着横移量的改变,多数情况下的轮轨接触斑形态与Hertz理论的椭圆假设有较大差别。     

城市轨道交通列车轮对磨耗模型研究

为实时掌握城市轨道交通列车轮对在列车运行过程中的磨耗情况,结合某地铁线网下实际轮/轨参数,建立机车及轨道多体动力学模型,以仿真实际的轮轨接触作用。将动力学模型输出的轮轨接触变量与接触斑分析算法相结合,实现接触斑内滑动矢量的计算及黏滑区的界定。利用Archard磨耗模型分析接触斑滑动区,以获得接触斑内垂直磨耗情况。最后以接触变量分析-磨耗计算-型面更新为主体结构,采用多次循环的轮对磨耗仿真流程模拟轮对的磨耗过程,完成轮对磨耗模型的建立。将模型输出的轮对型面与实测型面进行对比,验证了模型的准确性。     

城市轨道交通支承块式无砟轨道轮轨噪声研究

在已建立的轮轨噪声预测模型STTN的基础上,对城市轨道交通列车在支承块式无砟轨道上运行时的轮轨噪声进行了预测分析,并对城市轨道交通列车在支承块式无砟轨道上运行时产生的轮轨噪声与在有砟轨道上运行时的轮轨噪声进行了比较。列车以70km／h的速度运行时,轮轨噪声主要分布在中心频率约为500—2000Hz的范围内,其中钢轨辐射的主要是中、高频噪声,车轮辐射的主要是高频噪声,而支承块则辐射中、低频噪声。对总噪声贡献最大的是钢轨,而支承块及车轮的贡献几乎可以忽略。轮轨噪声随运行速度的增大而显著增大,其中车轮噪声受运行速度的影响最为显著,钢轨次之,支承块最小;在轨道旁,支承块式无砟轨道轮轨噪声比有砟轨道的大2．8—4．5dB（A）,因此必须采取切实有效措施,将支承块式无砟轨道的轮轨噪声降到有砟轨道的水平甚至更低。     

基于细观尺度粗糙轮轨接触蠕滑特性数值分析

为了进一步考虑粗糙表面对轮轨蠕滑的影响,从微凸体的微米尺度跨越到米的尺度,着力于摩擦的物理学本质,建立干摩擦工况下的轮轨蠕滑力的二维动态计算模型。通过微凸体接触与断开来模拟轮轨接触的滚滑运动,讨论不同速度、蠕滑率、轮轨表面粗糙度参数等因素对轮轨黏着系数的影响,对每个因素造成的轮轨牵引系数的变化进行数值分析。在中低速情况下,通过对线路测量数据和实验室JD对滚机数据与模型计算结果的对比,验证了模型的有效性。结果表明随着速度的增大,黏着系数随之下降;适当增加轮轨表面粗糙度能提高轮轨间的黏着系数;同时以非人为划分的方式重现接触斑内牵引系数变化的过程,从黏着区到滑动区的过渡过程。