针对地铁车辆轴箱轴承寿命的二维计算方法

地铁车辆的载荷线路工况复杂多变,而传统轴箱轴承计算方法在计算轴承寿命时仅以定值载荷描述车辆的载荷工况,采用单一的冲击载荷系数修正车辆运行线路工况对轴承寿命的影响,无法反映出轴承使用工况的复杂性,导致计算出的轴承寿命与实际偏差较大。为此,提出了基于车辆载荷工况和线路工况的二维寿命计算方法,将轴承寿命表达为载荷和线路工况及其相应概率的函数,从而确保所得的轴承寿命值与实际值更加接近。根据某地铁线路实际运行工况,利用二维寿命计算方法计算出轴承疲劳寿命为1.596 Mkm,而相比采用传统轴承寿命计算方法计算出轴承疲劳寿命为3.652 Mkm,前者比后者下降了56.3%。     

动车组轴箱轴承承载能力及疲劳寿命分析

为提高动车组轴箱轴承的承载能力和疲劳寿命,采用响应面法,研究了轴承设计参数对接触应力的影响,并计算了考虑裂纹扩展的轴承疲劳寿命。首先,基于试验设计建立了考虑轴承内径、轴承外径、滚子半径、泊松比和弹性模量等设计参数的轴箱轴承二阶多项式响应面模型;其次,基于响应面模型分析了轴承承载能力,计算了轴箱轴承各设计参数下对应的接触应力;最后,分别计算了轴箱轴承的裂纹萌生寿命以及裂纹扩展寿命。结果表明,此方法能够准确评估轴承承载能力并有效预测其疲劳寿命。     

高速动车组轴箱转臂节点性能对轮轨耦合振动的影响

为分析钢轨波磨、车轮多边形等轮轨短波不平顺条件下轴箱转臂节点性能对轮轨耦合振动的影响,分别从仿真计算、现场试验和台架试验3个方面进行综合分析,通过建立车辆-轨道刚柔耦合系统动力学仿真模型,分析了钢轨波磨和车轮多边形对轮轨耦合振动的影响,并在武广高铁进行了钢轨波磨条件下新、旧轴箱转臂节点对轴箱振动响应的影响试验,在滚动试验台上进行了高阶车轮多边形条件下新、旧轴箱转臂节点对转向架振动响应的影响试验;对已服役运用120万公里的A、B型轴箱转臂节点进行了1 000万次疲劳耐久性试验,论证了服役轴箱转臂节点疲劳可靠性的安全裕量。研究结果表明：在钢轨波长为120 mm,车轮多边形为20阶,钢轨波磨和车轮多边形波深均为0.04 mm的条件下,当轴箱转臂节点径向刚度由40 MN·m^-1增加到200 MN·m^-1时,钢轨振动加速度、轴箱振动加速度和轮轨垂向力基本不变,在钢轨波磨和车轮多边形等短波激励下,轴箱转臂节点刚度变化不会对轮轨耦合振动产生明显影响;随着疲劳试验次数的增加,轴箱转臂节点径向和轴向刚度均逐渐下降,退役轴箱转臂节点在经历1 000万次疲劳耐久性试验后外观状态基本无改变,芯轴与橡胶粘接部分出现轻微开胶和裂纹,开胶和裂纹深度不大于5 mm,橡胶本体均无裂纹,各项性能满足《机车车辆用橡胶弹性元件通用技术条件》(TB/T 2843—2015)中的规定。     

轮轨纵向几何不平顺对直线电机地铁车辆动态行为的影响

为研究直线电机地铁车辆系统在轮轨几何不平顺激振作用下的动态行为,基于车辆-轨道系统耦合理论,建立了考虑直线电机子系统的地铁车辆-轨道耦合系统动力学模型.应用该模型研究了车轮非圆化、钢轨焊接接头几何不平顺以及钢轨波磨对车辆和直线电机系统的振动响应、轮轨作用力及车辆稳定性等特性的影响.研究结果表明,几何不平顺中长波(大于1 m)影响气隙波动,短波(小于1 m)造成轮轨剧烈冲击振动,需特别注意钢轨焊接接头,其可使轮轨作用力增大1.5倍,气隙降低2~3 mm,轮轨甚至发生分离.      

基于改进安全域的轴箱轴承状态监测

为了提高高速列车轴箱轴承的运行可靠性,将安全域理论引入到轴承的状态监测,并将传统安全域估计转化为确定安全域的边界值来避免复杂模型参数的影响;利用归一化内禀模态分量的能量距构建轴承运行的状态特征向量,根据关联函数建立轴承安全域边界值估计模型,采用粒子群优化算法进行寻优求解;基于求解结果,结合关联函数定量分析轴承的运行状态,利用轴承全寿命疲劳试验进行验证,并将该方法应用于轴箱轴承的状态监测.研究结果表明:全寿命试验的轴承运行状态的检出率和分类正确率分别为0.951和0.939;高速列车轴箱轴承运行状态的分类正确率为0.935,轴承运行正常,与其实际状态相一致.     

轴箱定位偏差对机车轮缘偏磨的影响

建立了2C0轴式机车动力学模型,分析了轮对轴箱定位偏差,仿真了各轮对轴箱定位偏差对同一转向架各轮对横向位移与偏转方向的影响.仿真结果表明:第1轮对轴箱定位偏差对第1轮对横移量有较大的影响,中间轮对与第3轮对轴箱定位偏差对中间轮对横移量有较大的影响,2.4 mm的轴箱定位偏差最大可引起6.0 mm的轮对横移量.当任意2个轮对同时存在定位偏差时,相比同相位偏差,反相定位偏差影响更大,更容易产生轮缘偏磨现象,1.6 mm的组合偏差可导致最大6.5 mm的轮对横移量.通过控制轴箱定位偏差的大小,可以有效改善轮缘偏磨现象.     

车轮扁疤激起的轴箱轴承冲击特性

以CRH2型动车组为研究对象, 建立包含轴承的车辆-轨道动力学分析模型, 通过数值积分获得了轮轨冲击力时间历程、轮对和轴箱振动加速度时间历程、滚子与外圈滚道接触载荷时间历程; 结合已有的车轮扁疤分析模型, 研究了扁疤长度、车辆运行速度对轮轨冲击力的影响, 分析了扁疤冲击下轮对、轴箱的振动加速度响应特征以及外圈滚道接触载荷响应特征。研究结果表明: 轮对和轴箱受到的冲击加速度均随扁疤长度呈现增长的趋势, 轴箱受到的冲击加速度大于轮对受到的冲击加速度, 且轴箱受到的冲击加速度增长更快; 车轮扁疤会对外圈滚道接触载荷产生影响, 在滚道承载区域, 车轮进入扁疤区域时产生的冲击载荷作用效果为减小滚子外圈接触载荷, 在车轮离开扁疤区域时产生的冲击载荷作用效果为增大滚子外圈接触载荷, 在滚道非承载区域, 滚子与外圈同样会产生多次冲击; 车速为300 km·h^-1, 扁疤长度小于30 mm时, 车轮进入扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷大于车轮离开扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷, 扁疤长度大于30 mm时, 车轮进入扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷小于车轮离开扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷; 在整个滚道区域内, 扁疤激扰激起的滚道冲击载荷呈左右对称分布, 且滚道区域越靠近对称轴, 受到的冲击载荷越大。     

基于物元-阴性选择算法的轴箱轴承故障检测

针对高速列车轴箱轴承故障数据获取困难的问题,提出了一种无需先验知识的利用物元和阴性选择算法进行轴承故障检测的方法. 首先利用多维物元构建阴性选择算法的检测器模型,以检测器与训练样本之间的综合关联度作为匹配规则,并在综合关联度约束范围内引入控制参数,实现检测器对非己空间的更大覆盖;其次,根据匹配规则和控制参数构建适应度函数,采用粒子群优化算法生成候选检测器,分析控制参数对检测器生成和粒子群优化算法收敛速度的影响;此外,为降低候选检测器集合的冗余度,基于关联度提出了检测器特征参数区间的合并规则,将成熟检测器个数降低至18个;最后,通过信号模拟方法生成轴箱轴承的各类故障信号,建立100组测试样本,并利用18个成熟检测器进行故障检测. 研究结果表明:成熟检测器对不同类轴承故障均具有较好的检测性能,正常样本的检测器激活率为1.11%,故障样本的检测器激活率不低于96.67%.      

地铁钢轨波磨对车辆和轨道动态行为的影响

采用钢轨波磨测量仪测量了钢轨波磨特征, 采用加速度和位移传感器测量了钢轨打磨前后车辆和轨道零部件的振动加速度, 分析了钢轨波磨对车辆和轨道零部件振动的影响, 建立了车辆-轨道耦合动力学模型, 研究了钢轨波磨对轮轨相互作用力的影响, 确定了钢轨打磨限值。研究结果表明: 钢轨波磨主波长为30~40 mm, 次波长为16 mm; 钢轨轨头和弹条在650~800 Hz的振动和轴箱在670~800 Hz的振动与30~40 mm波长对应的车辆通过振动行为一致, 因此, 短波钢轨波磨导致地铁车辆和轨道零部件振动过大, 是车辆一系钢弹簧和轨道扣件弹条疲劳断裂的主要原因; 钢轨打磨可以有效解决疲劳断裂问题, 打磨前钢轨轨头、弹条、轨枕和道床振动加速度均方根分别为243.4、309.3、17.1、2.6 m·s^-2, 打磨后振动加速度均方根下降为51.5、8.8、1.5、0.5 m·s^-2; 轮轨垂向力和横向力均对钢轨波磨波长非常敏感, 当钢轨波磨波深为0.1 mm时, 35、80 mm波长对应的轮轨垂向力分别为307、109 kN, 横向力分别为56、25 kN; 当车辆运营速度为90~120 km·h^-1时, 根据轮重减载率限值标准, 35 mm波长钢轨波磨波深为0.05~0.08 mm, 根据轮轨垂向力限值标准, 35 mm波长钢轨波磨波深为0.03~0.06 mm, 建议30~40 mm短波钢轨波磨波深达到0.05 mm时进行打磨处理。     

基于Hilbert-Huang变换的车轮扁疤识别方法(英文)

建立了56自由度车辆动力学模型和车轮扁疤模型,计算了车辆的动态响应,采用HHT时频分析方法研究了扁疤冲击引起的轴箱振动的HHT谱特征,对比了车轮扁疤和车轮不圆的HHT谱特征之间的差异,并分析了车辆运行速度和轨道激励对扁疤冲击振动的HHT谱的影响。分析结果表明:健康车轮轴箱加速度的HHT谱呈现均匀分布,带有扁疤车轮的轴箱加速度的HHT谱呈现纵向条带分布,条带间隔与车速成反比,车轮不圆的轴箱加速度呈现横向条带分布,故根据轴箱加速度的HHT谱特征可以识别扁疤车轮。在京津线、国内既有线和美国三级谱上,最低可辨识频率分别为30、50、80Hz。车辆运行速度在150km.h-1以下时辨识频段取为40～100Hz,车辆运行速度在150km.h-1以上时辨识频段应加宽至200Hz。     

支座偏心距对曲线箱梁桥力学行为的影响规律

结合工程实际,主要对一座三跨连续曲线箱梁桥在两种支座布置形式下的结构力学行为随支座偏心距的变化规律进行了分析。研究结果表明:对于小曲率半径的曲线梁桥,当中支墩为独柱支墩时,可对中支墩单支座设置合理偏心距来调整曲线桥的扭矩分布及边支墩支座反力分布;而当全部支墩都设置抗扭支座时,边支墩内外侧支座不平衡反力只能通过对相应边支墩支座设置偏心距来调节,但改变边支墩支座偏心距却无法调整曲线梁桥的扭矩分布。     

缺口对车轴钢疲劳性能的影响

采用钼丝进行线切割,制作了车轴钢表面缺口试样,运用有限元方法,计算了不同缺口的理论应力集中系数,通过旋转弯曲试验得到光滑试样和缺口试样的疲劳寿命（S-N）曲线,研究了不同缺口应力集中系数下车轴钢的参数变化规律.结果表明,缺口对材料疲劳寿命的影响,不仅仅表现在其S-N曲线相对于光滑试样S-N曲线整体下降,而且不同缺口S-N曲线左段的直线部分斜率也是不同的.     

钢一预应力混凝土混合连续箱梁桥钢箱长度参数研究

以钢一预应力混凝土混合连续箱梁桥——318国道长桥大桥为工程实例,针对钢一预应力混凝土混合连续箱梁桥的设计与构造、钢箱梁与混凝土箱梁的连接方式等特点,利用大型桥梁设计软件对实桥进行数值仿真分析．重点探讨钢箱长度参数变化下恒载与活载的力学特征,得到钢箱长度参数与反弯点位置关系的有关结论．     

板簧中心距的变化对驱动桥壳疲劳寿命的影响

建立重型牵引车驱动桥壳的参数化有限元模型,研究了板簧中心距的变化与驱动桥壳模态性能之间的关系,并在疲劳分析软件FE-SAFE中,研究了板簧中心距的变化对驱动桥壳疲劳寿命的影响,为驱动桥壳的设计和板簧座的布置提供了依据.     

钢-预应力混凝土混合连续箱梁桥钢箱长度参数研究

以钢-预应力混凝土混合连续箱梁桥——318国道长桥大桥为工程实例,针对钢-预应力混凝土混合连续箱梁桥的设计与构造、钢箱梁与混凝土箱梁的连接方式等特点,利用大型桥梁设计软件对实桥进行数值仿真分析.重点探讨钢箱长度参数变化下恒载与活载的力学特征,得到钢箱长度参数与反弯点位置关系的有关结论.     

车辆超载对公路使用寿命的影响

分析了轴载与公路使用寿命的关系, 根据路面不平度的频域模型和时域模型, 建立了4自由度车辆动力学模型。利用Mathcad软件进行数值仿真计算, 获得不同工况下车辆前后轮的最大动载荷, 分析了车轮动载荷与车速、车轮载荷与超载、轮荷冲击系数与超载之间的关系, 并预测了不同载荷条件下公路的实际使用寿命。研究结果表明: 车轮动载荷和轮荷冲击系数与车速成线性增大关系, 当车速由10km·h^-1增大到100km·h^-1时, 车轮动载荷增大2.5~3.1倍, 轮荷冲击系数增大17%~20%;超载降低了车辆的轮荷冲击系数, 但使得车轮的实际最大载荷大幅增大; 在超载100%的情况下, 当以沥青层层底拉应力为设计指标时, 公路实际使用寿命下降96%, 当以半刚性材料层层底拉应力为设计指标时, 公路实际使用寿命下降99%。     

悬索桥吊索锡青铜轴套磨损性能和使用寿命试验研究

为了了解悬索桥吊索的锡青铜轴套的磨损性能和使用寿命,设计了锡青铜轴套磨损试验,模拟实际吊索的受力和低速摆动情况。试验结果表明,冷却水能够有效降低销轴由于磨损产生的热量;随磨损循环次数的增加,轴套内径逐渐增大;固体自润滑剂可以大大提高轴套的耐磨性能;锡青铜轴套的使用寿命超过33年,耐久性明显优于DU轴套。