轮轨接触力学研究的最新进展

本文论述了西南交通大学牵引动力国家重点实验室近几年来在轮轨接触力学及其应用研究方面的最新研究成果，其中包括Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论的全尺寸模型试验验证、高速动态轮轨蠕滑力的试验研究、基于理论和数值方法的轮轨接触表面粗糙度和污染影响的分析、高速粘着的脱轨试验研究及其机理分析，对钢轨的波磨现象也作了论述，并提出了今后的研究方向。本文所介绍的研究成果对我国今后进一步开展轮轨关系的研究将起到促进作用。     

一种应用于轮轨滚动接触的非赫兹型简化计算模型

本文基于经典的STRIPES接触模型,提出一种求解轮轨非赫兹滚动接触行为的快速计算方法.相比于STRIPES接触模型,该方法采用变化的渗透量比例系数,并且采用FaStrip算法求解切向接触问题.为了验证所提方法的有效性,本文运用该方法模拟一系列轮轨滚动接触行为,并与STRIPES模型和CONTACT程序进行对比.结果表...     

轮轨蠕滑力分析计算中几种蠕滑力模型的比较

从数值方面对目前轮轨蠕滑力分析计算的五种滚动接触力学模型进行了详细调查分析，分析中结合轮对和钢轨实际滚动情况，对几种模型所求得的结果作了比较。并对文中所分析的五种理论模型在车辆动力学中的应用作了重新评价。     

轮轨稳态接触力学研究进展述评

对稳态轮轨接触三维精确理论，简化理论以及用这些理论解决车轮和钢轨的多点接触现象的方法进行了述评，提出了进一步研究的课题，并改进了三维滚动接触简化理论的算法。     

轮轨非对称接触及其对车辆动力学性能的影响

随着速度的不断提高,轮轨接触关系对列车运行安全性的影响越来越大。当轮轨型面发生损伤后,轮轨非对称接触现象就会产生。轮轨非对称接触现象不仅影响车辆运行的安全性,同时与车轮型面损伤问题也有着密不可分的关系。文章以SS3B型机车为例,建立了由轮轨型面磨耗和轮径差导致的轮轨非对称接触的模型。仿真结果表明当轮轨非对称现象发生后,机车的抗蛇行运动临界速度就会降低,同时,曲线通过的脱轨风险性也会显著增大。     

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。     

轮轨接触力学的最新发展

文章重点讨论车轮／钢轨的流动接触问题，着重介绍了如何处理轮轨材料变化、磨损和蠕滑现象，并详细介绍了各种方法，包括最新遵循拉格朗日－欧拉原理的有限元法。最后给出了关于轮轨破坏的机理。     

轮轨滚动接触的边界元分析

为研究轮轨接触的动态蠕滑理论，本文建立了一个滚动接触的模型。其滚动接触的运动学未作任何几何简化，故可以处理Ｋａｌｋｅｒ理论不能解决的一些问题。发展了一种按真实几何条件求解弹塑性稳态滚动接触问题的边界元方法。数据算例分析了蠕滑率、材料不对称、几何不对称等因素对粘着系数和切向面力的影响。最重要的意义是在滚动接触研究中第一次能够得到切向面力对法向压力的作用。这一工作可用于分析列车在曲线通过、超高和爬坡状     

轮轨型面及系统参数对轮轨空间接触几何关系的影响

利用基于迹线法而编制的轮轨空间动态接触几何关系的电算程序，分析和比较了不同类型踏面与不同类型钢轨配合使用时的接触几何状态，讨论了轮对摇头、轨底坡、轨距、轨顶面高差及钢轨翻转对接解几何参数的影响。结果表明，不同类型踏面与钢轨之间的接触几何状态存在较大差异且上述诸影响因素必须的接触几何关系中予以考虑。     

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。     

车辆—轨道系统高中低频动力学模型的理论特征及其应用范围的研究

针对铁路在提速和高速发展中碰到的车辆—轨道系统的结构磨损加剧、关键部件疲劳破坏和噪声等问题,提出必须进行车辆—轨道系统高中低频范围的动力学模型研究。根据激扰的差异及其波长范围,针对车辆—轨道系统动力学在低频、中频和高频3个范围内存在问题的性质,建立符合研究要求的车辆模型、轨道模型和轮轨接触模型,并采用合理的数学方法求解。认为以车辆—轨道系统的频率特征为基础,进行完整的车辆—轨道系统动力学研究,可以有效研究车辆—轨道系统的短时动力学和长期行为之间的关系。     

高铁轨道精调理念创新技术

通过轨道模拟装置及其参数的设置,对创新应用的＂轨道精调系统＂与博格＂轨道板精调系统＂的精度进行了对比分析,论证了该＂轨道精调系统＂比博格的＂轨道板精调系统＂更具优越性,具有推广应用价值。     

高速铁路暂态模型搭建与仿真分析

借助电磁暂态分析软件系统搭建了高速铁路接触网暂态模型。分析了不同雷击点对接触网耐雷水平的影响和不同避雷器安装方式下的防护效果。仿真结果表明：雷击跨距时雷击位置对不同避雷器安装方式防护效果影响很大,在避雷器安装方式1下,雷击点距支柱15m时接触网耐雷水平减小约80%,为13kA。随着距离增加到一个跨距时耐雷水平下降最大,...     

高速轮轨接触几何关系的比较分析

高速轮轨接触几何关系研究涉及诸多因素。选择中国车轮踏面LMA与钢轨CHN60、日本新干线圆弧车轮踏面JP-ARC与钢轨JIS60和欧洲标准车轮踏面S1002与钢轨UIS60,比较这3种轮轨关系的几何参数差异,编制了轮轨接触几何的数值分析软件,计算不同轮对内侧距情况下的轮轨接触几何关系,比较在轮对内侧距为1353和1360mm情况下,轮对横移时的滚动圆接触半径差和接触角差的数值计算结果,探讨适应于我国高速车轮踏面形状和轮对内侧距,为高速轮轨关系的深入研究提供基础。     

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。     

机车滚动试验台轨道轮对强度及联接安全分析

以中国北车大同电力机车有限责任公司滚动试验台中轨道轮对为模型,研究了轮轴在不同工况下的应力分布及其变化规律,轨道轮在承受轴重静载荷和动载荷情况下轮和轴的接触应力,同时也对轨道轮对在高速旋转状态下,轮轴配合联接的安全进行了校核计算.分析结果对轨道轮对设计以及轮轴尺寸配合的设计具有一定的参考作用.     

高速铁路无砟轨道拨轨换板技术

结合高速铁路天窗特点,通过方案比选分析拨轨更换无砟轨道板方案的可行性和优越性.为研究拨轨更换轨道板方案中钢轨的受力特性,建立有限元模型,计算分析扣件松开长度、施工作业温度和线路曲线半径对钢轨内部Mises等效应力的影响.结果表明,在扣件松开长度大于70 m的情况下,一般作业温度及曲线区段均具备开展拨轨更换轨道板作业的条件.利用轨道板更换一体化装备在试验线开展拨轨更换无砟轨道板施工,结果表明:装备性能可靠,作业衔接流畅,时间可控;施工过程中钢轨应力状态安全;拨轨更换轨道板能更好地满足高速铁路天窗内更换轨道板的需求.     

新建高速铁路有砟轨道线路平顺性控制技术

基于高速铁路有砟轨道设备的记忆性及维修天窗资源的有限性,在施工建设阶段开展高速铁路有砟轨道平顺性控制,提高线路开通运营品质具有重要的意义。通过对比分析两条有砟轨道开通后平顺性自然衰减规律,发现有砟道床稳定性是线路开通后维持轨道平顺性的核心要素,而捣固作业后的稳定作业是提高道床密实度和稳定性的主要手段。为此以杭黄铁路有砟轨道建设为载体,提出先轨距调整、后大机整道、再扣件调整的精调流程,少捣多稳、低速重稳的大机作业模式。实践证明,采用上述做法,杭黄铁路拉通试验中正线轨道几何尺寸均值指标TQI为2.5 mm,峰值指标偏差扣分为0,成效显著。     

无砟轨道长枕埋入式高速道岔施工技术

无砟轨道长枕埋入式高速道岔施工,技术标准要求高,需采用新的施工工艺,通过组装、初调、精调固定、混凝土浇筑、轨道精调等工序完成铺设,故掌握其施工技术及工艺尤为重要。此文以沪杭客运专线海宁西站无砟道岔铺设为例,根据高速道岔铺设和使用特点及主要技术标准,就铺设流程和工艺进行详细论述,可为今后客运专线高速道岔铺设积累经验及借鉴。     

基于LM_A型面磨耗车轮与60N钢轨匹配的高铁车辆动力学性能分析

建立车辆—轨道耦合动力学模型,计算和分析LMA型面的车轮在不同磨耗程度下与60N钢轨匹配时高铁车辆直线运行中车轮的等效锥度和轮轨动态接触点位置及平稳性指标,以及曲线通过时的脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、轮对横移量和磨耗功均方根值及车轮表面滚动接触疲劳系数均方根值,并与60钢轨对比。结果表明:LMA型面的磨耗车轮与60N钢轨匹配时,在车辆运行里程达到25万km后,直线运行条件下轮轨动态接触点的横向分布宽度仅为8.2mm,仅约为60钢轨的一半,车辆运行的稳定性优于采用60钢轨时;车辆曲线通过时的轮轨横向力、车轮抗磨耗和疲劳性能也均优于采用60钢轨时;总之,相比60钢轨,不同磨耗程度的车轮与60N钢轨匹配均能保持较好的车辆动力学性能。