铁道货车车轮轮径差与轮轨力关系的研究

以铁路货车转向架转K6轮对为主要研究对象,建立Simpack多体动力学模型,并通过设置相应车轮轮径差,着重分析轮轨垂向力、横向力及横向位移随轮径差差值变化的变化,由不同轮径差对应的车轮轮轨力,分析其相互对应关系。分析结果表明:当轮对出现轮径差时,车轮左右轮轨垂向力和横向力都出现相应差值,且差值随轮径差增大而增长,出现轮径差的轮对横向位移值也随轮径差变大而增大,且在一定范围内,变化差值与轮径差差值基本呈一次线性关系。     

纵向耦合独立旋转车轮转向架导向机理

从轮轨蠕滑力出发,研究了纵向耦合独立旋转车轮转向架的导向机理,通过建立独立旋转车轮转向架整车动力学模型,基于数值仿真方法,分析比较了采用纵向耦合独立旋转车轮转向架、横向耦合独立旋转车轮转向架与全独立旋转车轮转向架车辆的导向性能.计算结果表明:纵向耦合独立旋转车轮轮对具备直线上的对中性能和曲线上的导向性能;在曲线通过时,...     

轮径差对行车安全性的影响

分析了具有轮径差转向架的运动状态,建立了车辆动力学模型,以某高速车辆在直线上运行为例,采用德国低干扰谱,选择车辆运行速度为300 km·h-1,研究了轮径差对行车安全性的影响趋势,对比了转向架前后轮对同相轮径差与反相轮径差的影响程度。分析结果表明:所有的轮径差都会影响行车安全性,随着轮径差的增大,车辆运行安全性指标逐渐变差,反相轮径差对行车安全性影响较大,同相轮径差的影响较小。由此可知,在实际检修中应尽量减小轮对的轮径差,尤其应严格控制转向架前后轮对反相轮径差到允许范围之内,以保证车辆系统的行车安全性。     

独立旋转车轮转向架横向动力学研究

建立了独立旋转车轮转向架车辆的动力学计算模型，利用数值模拟方法得出独立旋转车轮转向架和传统轮对转向架动力学响应值，比较了两种转向架的横向动力学性能。由于独立旋转的左右车轮无转动约束，所以纵向蠕滑力很小甚至为零，从而消除了轮对蛇行现象。研究还表明，轮轨磨擦系数对独立旋转车轮的对中性能影响较大。     

基于改善轮轨共形度的60 kg/m钢轨廓形优化

重载铁路及客货共线铁路运营条件下,轮轨磨耗问题尤为突出.为了有效减缓轮轨磨耗发展,以不同接触条件下轮轨廓形共形度最优为原则,设计目标函数及约束条件,建立钢轨廓形非线性优化数学模型,并基于序列二次规划法进行求解,提出60 kg/m钢轨廓形的优化方案;从轮轨接触几何关系、车辆-轨道系统动力作用、磨耗的角度对优化廓形的优化效果进行了对比分析.结果表明：1）所提出的60 kg/m钢轨优化廓形相对于原始廓形使目标函数值降低了50%,与LM车轮廓形具有更高的共形度水平;2）优化廓形的轮轨接触点分布更为均匀,在轮对横移量较小的条件下轮径差更小,在轮对横移较大的条件下轮径差更大;3）优化廓形对车辆运行安全性和平稳性无显著影响,可有效增大轮轨接触面积达11.24%,降低接触应力达20.42%,减缓轮轨磨耗发生发展速率.     

独立轮对耦合转向架导向性能

提出了一种新型的独立轮对转向架方案——独立轮对耦合转向架.理论分析表明,独立轮对耦合转向架不仅在曲线上具有很好的径向调节功能,而且在直线上也具有良好的复位性能,说明独立轮对耦合转向架能解决独立轮对的导向问题.建立了独立轮对耦合转向架的动力学仿真模型,以分析该转向架的动态导向性能.仿真结果与理论分析结果吻合.     

小半径曲线钢轨非对称打磨廓形设计方法

为设计可提升列车小半径曲线通过性能的钢轨非对称打磨目标廓形,对中国现有CN60钢轨廓形进行了几何推导;以钢轨廓形几何参数作为设计变量,以车辆系统多体动力学指标作为综合目标函数,考虑钢轨打磨约束条件,提出了一种针对小半径曲线钢轨非对称打磨廓形的多目标数值优化模型;基于差分进化算法编写了相应的数值计算程序,并选择合理的计算参数求解了优化模型;根据实际线路参数分析了优化后钢轨打磨廓形的轮轨接触几何特性,并验证了列车的小半径曲线动力学性能。研究结果表明：提出的优化方法具有较快的计算速度,优化模型仅迭代了97次即可获得理想的钢轨打磨廓形;非对称打磨使内外钢轨具有差异性的打磨位置与打磨深度,将轮轨对中位置向轨道内侧移动了约10 mm,且不会改变轮缘处的轮轨匹配特性,有效增大了轮对横移10 mm范围内的轮对滚动圆半径差与轮轨接触角差,降低了列车在通过小半径曲线时的轮对横移、轮轨横向力、脱轨系数和轮重减载率,提高了转向架的横向稳定性和轮轨磨耗性能;虽然该打磨方式获得的钢轨廓形增大了轮轨接触应力,但并不会引起轮轨塑性变形。由此可见,该设计方法为提高列车的中小半径曲线通过能力提供了一种可行途径。     

缩尺轮轨模型中钢轨波磨的相似性

为了研究地铁小半径曲线线路的钢轨波磨现象,基于轮轨间饱和蠕滑力引起摩擦自激振动导致钢轨波磨的理论,对全尺寸和缩尺轮轨模型的相似性进行了研究.分别建立1∶1和1∶5车辆-轨道系统的动力学模型,确定每个车辆模型在通过小半径曲线线路时前转向架导向轮对与轨道间的蠕滑力饱和情况;根据动力学仿真所得轮轨接触参数,建立轮对-轨道-轨枕有限元模型;采用复特征值分析研究各个轮轨系统的稳定性.研究结果表明:全尺寸和缩尺车辆模型分别通过小半径曲线线路时,导向轮对内外车轮上的蠕滑力均接近饱和;轮对两端垂向悬挂力的偏差小于3%,轮轨接触角的偏差小于5%;相似不稳定振动模态对应的频率偏差均小于3%;缩尺轮轨模型在动力学表现及稳定性方面与全尺寸模型具有良好的相似性,故可用缩尺模型对钢轨波磨的形成机理进行理论与试验研究.     

钢轨扣件失效对列车动态脱轨的影响

建立了非对称车辆/轨道耦合动力学模型, 分析轨道扣件失效对车辆动态脱轨的影响, 考虑离散轨枕支承对车辆/轨道耦合作用的影响, 通过假设轨道系统刚度沿纵向分布发生突变来模拟扣件组失效状态, 推导了考虑钢轨横向和垂向以及扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式, 利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力, 采用新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程, 通过数值分析计算, 得到轮轨横垂向力之比、轮重减载率、脱轨危险状态的持续时间和轮对踏面上轮轨接触点位置的变化。连续5个钢轨扣件不同程度失效对列车动态脱轨的影响的数值模拟结果表明, 如果失效因子从0.8增大到1.0, 即钢轨扣件经历从接近完全松脱到完全松脱, 钢轨扣件失效对列车动态脱轨影响呈指数规律。     

磁流体耦合轮对转向架动力学性能的研究

建立了磁流体耦合轮对转向架车辆的动力学计算模型。利用数值模拟方法对转向架的动力学性能进行了动态仿真计算，找出了磁流体耦合轮对转向架前后轮对的耦合度对动力学性能的影响规律。通过对传统固定轮对转向架、独立车轮转向架、磁流体耦合轮对转向架动力学性能的比较，发现合理选取转向架前后轮对的耦合度可提高转向架的动力学性能。     

我国重载货车转向架曲线性能对比仿真

为比较我国研制的27 t轴重侧架交叉支撑转向架和副构架径向转向架的低动力作用性能,基于车辆-轨道耦合动力学理论和两种转向架的具体结构,分别建立了车辆-轨道耦合动力学模型,应用车辆与线路最佳匹配设计方法,对两种转向架的曲线通过性能进行了仿真计算,并以轮对摇头角、轮轨横向力和轮轨磨耗功等参数与传统转向架进行了对比分析. 仿真结果表明:在曲线半径小于800 m 线路上,相对传统转向架,两种转向架能有效降低轮轨动力作用,且副构架径向转向架降低轮轨磨耗更具优势;但随曲线半径增大和受线路不平顺影响,径向转向架的径向作用会逐渐弱化;当曲线半径超过1 000 m后,两者的轮轨磨耗基本相当,即利用径向转向架来降低轮轨磨耗的效果不明显.      

3E轴构架转向架的通用动力学要求

为了更好地实现铁路货运的重载快捷发展目标,以双层集装箱车辆作为应用研究对象,利用刚柔耦合仿真分析手段进行了3E轴构架转向架100~135 km/h动力学性能分析.6轴双层集装箱车辆刚柔耦合分析表明:空载承载鞍滑动现象和重载中轴轮对稳定性将是其高速运营的主要性能问题.因而,确保空载轮对定位刚度、确保重载中轴轮对轮轨关系稳定和降低车体结构耦合振动响应水平应作为3轴构架转向架的通用动力学要求.为此,提出了如下三项技术对策:①1、3轴承载鞍应以45°倒面作为承载摩擦面,满足摩擦系数μe≥0.42,而中轴小承载鞍则以磨耗板进行减磨处理μ0.2;②以中轴轮对车轮轮缘减薄9 mm的LM修正踏面优化来提高轮轨匹配的等效锥度控制中轴轮对横移,进而降低转向架蛇行运动程度;③中轴轴箱增设斜楔摩擦减振以降低落下孔车体中部结构振动耦合响应.与原设计对比,该技术对策可以使车辆动态性能得到改善.     

3E轴构架转向架的通用动力学要求

为了更好地实现铁路货运的重载快捷发展目标,以双层集装箱车辆作为应用研究对象,利用刚柔耦合仿真分析手段进行了3E轴构架转向架100~135 km/h动力学性能分析.6轴双层集装箱车辆刚柔耦合分析表明：空载承载鞍滑动现象和重载中轴轮对稳定性将是其高速运营的主要性能问题.因而,确保空载轮对定位刚度、确保重载中轴轮对轮轨关系稳定和降低车体结构耦合振动响应水平应作为3轴构架转向架的通用动力学要求.为此,提出了如下三项技术对策：①1、3轴承载鞍应以45°倒面作为承载摩擦面,满足摩擦系数μe≥0.42,而中轴小承载鞍则以磨耗板进行减磨处理μ〈0.2;②以中轴轮对车轮轮缘减薄9 mm的LM修正踏面优化来提高轮轨匹配的等效锥度控制中轴轮对横移,进而降低转向架蛇行运动程度;③中轴轴箱增设斜楔摩擦减振以降低落下孔车体中部结构振动耦合响应.与原设计对比,该技术对策可以使车辆动态性能得到改善.     

基于Hertz接触理论的法向接触刚度计算方法

轮轨之间的弹性接触变形是车辆-轨道耦合动力学中计算轮轨力的核心,以基于Hertz接触理论的非线性接触刚度来描述轮轨之间的压缩量与轮轨法向力之间的关系.?目前的轮轨Hertz接触刚度计算公式为经验公式,来源于20世纪70年代英国铁路技术研究所的研究工作,分锥形踏面和磨耗型踏面两种类型,局限于特定的轮径范围和钢轨廓形.?基...     

后轮对独立回转新型转向架轮轨横向力的分析

从理论上分析了固定轮对转向架、独立车轮转向架和后轮对独立回转新型转向架通过曲线时的受力情况。围绕轮轨横向力这一重要曲线通过性能指标比较了三种转向架曲线通过性能的优劣 ,通过比较发现后轮对独立回转新型转向架的曲线通过性能最好。然后建立了后轮对独立新型转向架车辆的动力学计算模型 ,利用数值仿真结果对理论分析进行了验证 ,发现理论分析和仿真结果基本上是吻合的     

最佳轮轨匹配评价5原则

为了更好地研究轨道车辆动力学性能,在四种典型踏面（S1002、S1002G、XP55和LMA）轮轨匹配特性对比分析基础上,提出了最佳轮轨匹配评价5原则.与锥形踏面相比,曲线型面踏面赋予了轮轨匹配新的内涵,如等效锥度是反映轮轨横向力对运行质量影响的等效平均参数.在充分考虑了轮背距、轨底坡和轮径等轮轨参数影响的条件下,四种踏面的轮轨匹配表明,LMA和XP55可以满足高速车辆的稳定性和轮轨低动力作用的要求,但是,在踏面磨耗方面尚存在不足：LMA的轮缘根部以单一曲率圆弧作为过渡段且存在接触综合曲率＂突变＂,有可能形成集中磨耗;而XP55在小半径R≤500 m曲线通过时牵引系数较高,有可能造成车轮打滑和轮缘接触.由于在轨道窗口内具有锥形踏面匹配特征,因而S1002被看作磨耗敏感型踏面.S1002G的改进设计意图是在轮背距1 353 mm和轨底坡1∶20的轮轨条件下进一步提高原S1002踏面的轮轨对中性能和导向性能,但需要利用抗蛇形减振器进一步提高其横向稳定性.根据国外轻轨车辆的运营经验,基于轮轨磨耗研究的＂通用＂轮轨型面方法是非常值得借鉴和研究的.     

最佳轮轨匹配评价5原则

为了更好地研究轨道车辆动力学性能,在四种典型踏面(S1002、S1002G、XP55和LMA)轮轨匹配特性对比分析基础上,提出了最佳轮轨匹配评价5原则.与锥形踏面相比,曲线型面踏面赋予了轮轨匹配新的内涵,如等效锥度是反映轮轨横向力对运行质量影响的等效平均参数.在充分考虑了轮背距、轨底坡和轮径等轮轨参数影响的条件下,四种踏面的轮轨匹配表明,LMA和XP55可以满足高速车辆的稳定性和轮轨低动力作用的要求,但是,在踏面磨耗方面尚存在不足:LMA的轮缘根部以单一曲率圆弧作为过渡段且存在接触综合曲率"突变",有可能形成集中磨耗;而XP55在小半径R≤500 m曲线通过时牵引系数较高,有可能造成车轮打滑和轮缘接触.由于在轨道窗口内具有锥形踏面匹配特征,因而S1002被看作磨耗敏感型踏面.S1002G的改进设计意图是在轮背距1 353 mm和轨底坡1∶20的轮轨条件下进一步提高原S1002踏面的轮轨对中性能和导向性能,但需要利用抗蛇形减振器进一步提高其横向稳定性.根据国外轻轨车辆的运营经验,基于轮轨磨耗研究的"通用"轮轨型面方法是非常值得借鉴和研究的.     

25t轴载外径向臂径向转向架动力学分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论, 分析了25t轴载外径向臂径向转向架的结构特点和受力特性, 建立了货车-轨道空间耦合动力学模型, 并编制电算程序对外径向臂径向转向架和普通三大件转向架进行了车辆横向运动稳定性、直线运行和曲线通过性能仿真分析。分析发现: 对普通三大件转向架加装外径向臂, 可使转向架稳定性提高10%以上, 轮轨磨耗降低40%以上, 轮轨横向力降低20%以上。     

主动转向式转向架的理论研究

提出了一种采用力作用元件对轮对施以摇状运动环控制的方法。通过计算仿真、研究了控制系统的稳定性问题瞬态性能，分析了该主动控制导向转向架的曲线通过性能和蛇行稳定性，并与传统的转向架进行了对比分析。结果表明该主动控制导向转向架能根据转向架在曲线轨道上的受力环境，使轮对经较合理姿态通过曲线、最佳地利用轮轨间的蠕滑力，减小轮轨磨耗。     

后轮对独立回转新型向架轮轨横向力的分析

从理论论上分析了固定轮对转向架、独立车轮转向架和后轮对独立回转新型转向架通过曲线时的受力情况，围绕轮轨横向力这一重要曲线通过性能指标比较了三种转向架曲线通过性能的优劣，通过比较发现后轮对独立回转新型转向架的曲线通过性能最好。然后建立了后轮对独立新型转向架车辆的动力学计算模型，利用数值仿真结果对理论分析进行了验证，发现理论分析和仿真结果基本上是吻合的。