钢轨波磨对车辆-轨道系统动力特性的影响

针对钢轨波磨对高速列车构架稳定性及轮轨接触力的影响问题,通过构建多体动力学仿真模型,以实测钢轨波磨为轨道激励,研究某型高速动车组以不同速度级通过波磨区段时车辆稳定性及轮轨接触动力特性和不同波深、波长、波深时变率对车辆系统振动响应的规律.研究结果表明:钢轨波磨磨深越大、车速越高、波深时变率越大则车辆构架稳定性越低,轮轨接...     

高速铁路轮轨匹配存在问题及对策

对我国高速铁路因轮轨匹配问题而导致轮轨接触位置不良、动车组构架横向加速度超限报警、动车组异常抖动、钢轨波磨、道岔直尖轨非工作边疲劳裂纹等的具体成因进行研究,并主要从轮轨接触关系、等效锥度、轮轨匹配、钢轨打磨、道岔直尖轨处理等方面提出对应的解决方案。结果表明:车轮型面与60钢轨廓形不匹配导致了轮轨接触位置不良,采用60N钢轨可使轮轨的接触位置居中;按设计的钢轨廓形或60N钢轨廓形进行钢轨打磨,可以有效降低轮轨的等效锥度,从而抑制动车组异常抖动和构架横向加速度超限;采用GMC96—B型和GMC96—X型钢轨打磨车打磨产生的钢轨周期性磨痕波深较大时,容易发展成钢轨波磨,而采用大机打磨可有效治理钢轨波磨;道岔直尖轨非工作边因未倒棱且长期承受应力集中作用是造成其产生疲劳裂纹的根本原因,可采用倒圆和组合断面轨面修型处理,有效控制直尖轨非工作边的疲劳伤损。     

高速铁路钢轨波磨对弹条疲劳寿命的影响

为研究高速铁路钢轨波磨对扣件弹条寿命的影响，建立了车辆-轨道耦合动力学模型、扣件弹条瞬态有限元模型、扣件弹条疲劳寿命预测模型，仿真计算了列车高速通过波磨波长60～160 mm、波深20～160μm的钢轨波磨区段时扣件弹条的动态响应及疲劳寿命。结果表明：列车通过波磨钢轨时，钢轨对扣件的作用力及钢轨垂向位移变化曲线均发生明显的高频波动，其波动频率与钢轨波磨引起的激励频率一致，导致弹条动应力大幅增加；当波磨波深相同、波长在80 mm和130 mm时，波磨通过频率与扣件弹条固有频率接近，从而产生共振，导致扣件弹条动应力明显增大而疲劳寿命明显降低；同一波长下，随着波磨波深增加，扣件弹条动态响应加剧，疲劳寿命大幅降低。     

我国高速铁路钢轨和道岔打磨技术应用与实践

针对我国高速铁路早期由于轮轨匹配不良出现的高铁动车组构架横向加速度报警、抖车、晃车和波磨等现象,提出用钢轨打磨方法解决轮轨匹配不良问题,进行廓形打磨技术研究与实践,改善和优化我国高速铁路轮轨型面匹配关系,从工务方面解决了高铁动车组构架横向加速度报警等问题。通过大量现场调研及实践,提出钢轨和道岔打磨工艺规范及标准,形成了我国高速铁路钢轨和道岔打磨成套技术。     

钢轨波磨对高速车辆动力学性能的影响

运用ANSYS有限元软件及SIMPACK动力学软件联合建立高速动车组刚柔耦合动力学模型,选取客运专线高速区段典型的钢轨波磨(波长120～150 mm,波深0. 02～0. 06 mm),在充分考虑柔性轮对共振模态的基础上,研究钢轨波磨对车辆动力学性能的影响。研究结果表明:轮轨垂向力、轴箱振动加速度级与构架振动加速度级均随着波深的增大而增大,随着速度的增大基本呈增大趋势,与波长呈反比关系。但个别速度及波长下由于通过频率与固有频率存在共振,会影响上述变化规律;通过频率为550～600 Hz时,一系弹簧与减振器对轴箱振动的隔振效果较差。     

高速铁路钢轨波磨对车辆—轨道动态响应的影响

在对高速铁路钢轨波磨现场调查、测试的基础上,根据铁道车辆—轨道耦合系统动力学理论,建立高速铁道车辆—板式无砟轨道动力学数值分析模型,采用现场测试得到的高速铁路钢轨波磨数据作为系统激励,研究不同深度的钢轨波磨对高速铁路轮轨相互作用、车辆运行稳定性的影响。结果表明:不同深度的钢轨波磨虽不会改变轮轨力波动的相位特征,但随着钢轨波磨深度的增加,轮轨垂向作用力、轮重减载率和轮对振动加速度均有明显增加,而构架和车体的振动加速度增加很小,可忽略不计;高速铁路钢轨波磨虽不影响乘坐舒适度,但会加速车辆簧下部件的伤损和破坏。     

基于ANSYS/FE-SAFE的高速动车组非动力车轴疲劳寿命分析

以CRH380B型高速动车组的非动力车轴为研究对象,开展高速动车组非动力车轴的疲劳寿命预测分析。采用有限元分析软件ANSYS建立轮对有限元模型,进行车轴危险截面处的应力分析;采用动力学仿真软件SIMPACK建立高速动车组整车模型,分析车轴垂向和横向载荷随时间的变化情况;采用疲劳累计损伤理论,以车轴的应力和载荷谱为输入,基于疲劳寿命专用仿真软件FE-SAFE对车轴进行疲劳寿命分析。结果表明:非动力车轴轮座内侧的过渡圆弧处为最大应力部位和危险部位,最大应力为122.01 MPa,疲劳寿命约为28.6a,均满足车轴静强度和设计寿命的要求。     

地铁钢轨波磨引起的扣件病害分析与治理

地铁钢轨波磨引起轮轨关系恶化,导致扣件系统损伤,缩短车辆构架和钢轨使用寿命,危及运营安全。针对钢轨波磨引发的扣件弹条断裂问题,选取半径650 m曲线段进行测试。结果表明:该曲线段钢轨存在63 mm典型波长波磨,导致外部能量输入增大,弹条的振动能量及振动幅值过大;弹条与铁垫板在外部激励下接触挤压,长期高能量振动导致弹条损伤并滋生疲劳裂纹,最终导致弹条与铁垫板接触点应力集中以致脆性断裂。根据弹条断裂原因制定了合理的整治措施,并给出了钢轨波磨治理建议。     

长期服役运行条件下动车组转向架构架结构疲劳试验分析

为了研究高速列车持续运行对转向架构架结构疲劳可靠性的影响,选取京广线上运行的高速动车组进行了长期跟踪试验,采集得到了转向架构架动应力数据,并据此评估了动车组转向架构架结构的疲劳可靠性,为高速列车优化结构设计和修程修制提供了依据。     

运用条件下城轨车辆转向架构架疲劳寿命研究

基于长期跟踪测试实际运用条件下的动应力与车辆运行状态数据,开展城轨车辆转向架构架疲劳可靠度和疲劳损伤快速累积原因研究。采用可靠性理论与覆盖多种运用工况的疲劳寿命子样,建立构架的疲劳可靠性研究模型,得到构架疲劳控制部位高可靠度的运用寿命,与实际运用情况相符。可靠度模型为优化检修周期结构、制定构架检修提供了数据基础。数据分割后显示不同区间构架疲劳损伤区别显著。轨道波磨激发了构架高幅值和高频次的应力响应,造成构架疲劳损伤的快速累积;直线区间的轮轨激扰主要为轨缝冲击,对疲劳损伤的贡献不明显;车轮多边形的存在将对构架引入与速度直接关联的激扰并加剧构架疲劳损伤。     

构架疲劳损伤评估研究

结合近年来铁道车辆数次构架裂纹故障,根据国际焊接学会标准,利用有限元计算结果,对某出口窄轨动车组转向架构架关键部位典型焊接接头形式进行了疲劳损伤评估。     

京津城际CRH_(3C)型动车组构架横向加速度报警原因分析

从京津城际铁路CRH3C型动车组构架横向加速度报警现象入手,分析了报警的产生原因,同时结合京津城际CRH3C型动车组运行特点,总结了轮对轮缘偏磨发展的趋势,探讨了轮缘厚度差值对横向加速度报警的影响。最终确定了轮缘偏磨和等效锥度的正相关性,提出了通过控制轮对轮缘厚度差值、对钢轨打磨等减少动车组构架横向加速度报警的建议。     

基于波噪比的高速铁路钢轨波磨快速检测方法

为实现高速铁路钢轨波磨里程覆盖式、高频次、快速测量,提出基于波噪比的钢轨波磨快速检测方法。采用便携式添乘仪检测高速列车车体振动和车内噪声数据,提出基于车体纵向加速度进行数值积分来计算列车速度和里程,采用曲线地段车体摇头角速度里程与台账里程的偏差值修正速度积分误差。利用提取的里程修正后车厢噪声数据与钢轨波磨对应的400～700 Hz频带成分,计算频带能量占噪声总能量的比值,并获取波噪比超限时的钢轨波磨波长和里程。结合高速列车实测数据分析,研究结果表明：速度修正后列车定位里程最大误差为87 m,对波磨比大于0.3的线路区段进行钢轨波磨波形测量和轴箱加速度振动能量比分析,钢轨波磨波长范围为53～57 mm,实测波长为53 mm,验证了该方法的正确性,为高速铁路钢轨波磨的快速测量提供技术支撑。     

新型高速客车构架的疲劳寿命数值仿真分析

文中采用了一种预测结构构件疲劳寿命的新方法－疲劳寿命数值分析方法。在计算机虚拟的现实环境下，以计算机辅助设计（CAD）有限元法（FEM）和多体系统动力学软件（MBSDS）为基础，对新型高速客车构架的疲劳寿命进行分析。用MBSDS计算作用在转向架构架上的随机动载荷，再用有限元法给出动载荷下转向架构架上详细的动应力分布。根据这些动应力，应用MSC／FATIGUE软件，分析预测构架的疲劳寿命。根据疲劳为数值仿分析的结果可知，新型高速客车构架有足够的疲劳强度，而根据放大载荷谱而得到疲劳寿命分布图。可直观的判断出转向架构架的疲劳寿命薄弱位置，可以快速比较新型转向架不同设计方案的疲劳性能的优劣，可以在设计阶段判断零部件的疲劳寿命薄弱位置，可以通过修改设计预先避免不合理的寿命分布。因此，疲劳数值仿真方法能够减少产品的试验样机数量，缩短开发周期，降低开发成本，提高市场竞争力。疲劳数值仿真方法必将在我国高速列车的研制和发展中起到越来越重要的作用。     

个性化钢轨廓形打磨在北京地铁的应用分析

在北京地铁6号线草房站—物资学院路站区间选择一段曲线段作为试验段,基于钢轨廓形和车轮踏面数据调查,借助动力学仿真软件计算钢轨打磨最佳设计廓形.在钢轨铣磨和个性化打磨后设置观测点进行定期观测,计算分析钢轨廓形变化、疲劳伤损发展、波磨发展等情况,对比钢轨铣磨和钢轨廓形打磨的质量效果.试验结果表明:钢轨廓形打磨减缓了钢轨疲劳伤损及波磨的发展速率,将打磨周期从3个月延长至6个月;地铁采用个性化钢轨廓形打磨是合理且必要的.     

铁路钢轨波磨研究及其治理

基于国内铁路近几年来出现的钢轨波磨现象,描述了钢轨波磨的特点,分析了钢轨波磨的主要形成原因,提出了利用分形插值法将基于分形理论的钢轨波磨评价指标进行优化,总结出了钢轨波磨的治理建议.     

高速动车组角焊缝应力集中的识别方法

针对高速动车组焊接构架角焊缝处应力集中无法采用名义应力法识别的问题,基于结构应力法,将角焊缝焊趾处的非线性应力分解为满足外载荷平衡的结构应力和自平衡的缺口应力,然后根据力的平衡方程得到各节点力及其力矩与线力及其线力矩间的对应关系,进而推导出结构应力的计算公式,并给出角焊缝应力集中识别流程;基于所给出的算法和识别流程,采用C/C++以及ANSYS软件提供的APDL语言开发出焊接结构应力识别专用软件WSS,对某高速动车组焊接构架上诸多角焊缝应力集中进行识别,验证了基于结构应力的角焊缝应力集中识别方法不仅能给出应力集中的具体位置,还能给出具体的应力峰值及其对应的疲劳寿命,可用于优化高速动车组焊接构架的抗疲劳设计。     

基于标准载荷工况与高频振动工况的高速动车组转向架构架疲劳强度对比分析

我国某型高速动车组运用维护数据统计分析显示,在特定运用条件下,车轮出现显著多边形磨耗。分析了高速动车组转向架的构架在不同运用工况下的疲劳强度。结果显示,在常规运用工况下,基于标准载荷的疲劳强度评估与实际运用情况较为吻合,但在车轮多边形磨耗导致的高频激扰作用下,构架疲劳等效应力显著高于基于标准的评估结果。基于既有标准的构架疲劳强度评估对模态应力的影响存在一定局限性。     

跨坐式单轨车辆转向架构架疲劳寿命预测研究

为了验证采用计算机仿真分析跨坐式单轨车辆转向架构架疲劳寿命的可行性,建立了有限元分析模型,通过施加单位载荷,计算求得应力;分别将仿真分析得到的载荷时间历程和试验获取的载荷时间历程作为载荷激励,根据S-N曲线和Miner法则,结合疲劳分析软件Ncode对转向架构架进行疲劳寿命预测。基于仿真载荷时间历程的疲劳寿命为56.1年,基于试验载荷时间历程的疲劳寿命为62年,两种疲劳寿命分析结果相近,说明基于仿真进行疲劳寿命预测具有可行性。     

轮轨异常振动对地铁车辆部件的影响分析

文章针对地铁车辆在长期服役过程中产生的轮轨异常振动问题,从直接影响轮轨关系的轨道不平顺、车轮多边形和钢轨波磨三个方面入手,分析了不同频段内、不同激扰源导致的轮轨异常振动对车辆部件的影响。结果表明:在低频段内,轨道不平顺激扰下,车辆部件的异常振动主要表现为车体和构架的异常振动,车体异常振动降低乘客的舒适性,构架的异常振动加速构架疲劳裂纹的形成;在中高频段内,车轮多边形和钢轨波磨的激扰下,固有频率为中高频率的部件容易被激发,产生异常振动,致使部件(例如一系钢弹簧)出现裂纹、松脱、断裂。文章建议利用车载故障诊断系统来监测全线路的振动情况,当监测到线路轨道不平顺出现异常时,可通过降低列车运行速度来缓解轮轨异常振动;当监测到钢轨波磨和车轮多边形磨耗时,可通过镟轮以及对波磨区间进行打磨等措施来缓解轮轨异常振动。