复杂运行环境下高速轮轨最佳撒砂增黏策略试验

在车轮-钢轨高速接触疲劳试验机上开展水、油和树叶等污染下的高速低黏着和增黏试验,通过最高速度200km·h-1的对滚试验,测得不同第三介质条件下的轮轨黏着-蠕滑特性曲线,研究增黏砂粒径和撒砂量对增黏效果的影响。结果表明:喷撒增黏砂可有效恢复各种污染下的轮轨黏着水平,使200km·h-1下轮轨黏着系数保持在0.18以上,低速下更高;增黏砂粒径在0.4~1.0mm范围内增大或撒砂量在40~100g·min-1范围内增加时,增黏效果均稍稍增强,综合考虑确定试验机的最佳撒砂量为40g·min-1、最佳粒径为0.85~1.0mm;考虑试验机与现场轮轨系统的尺寸差异、运行时复杂气流所致砂粒损失及适当冗余度等因素,建议现场最佳撒砂量为115~175g·min-1、最佳粒径为1.0~2.0mm;喷撒增黏砂会造成车轮接触表面的麻坑损伤,也是造成现场车轮踏面常见麻坑损伤的根本原因。     

弹性车轮踏面裂纹产生机理研究及解决措施探讨

有轨电车运行条件复杂、恶劣,运用过程中偶尔出现车轮踏面裂纹问题,给行车安全带来隐患。文章通过分析弹性车轮踏面裂纹形貌、显微组织、力学性能、化学成分等内容,探讨了踏面裂纹产生机理,提出造成踏面裂纹的直接因素为车轮在运用过程中出现滑行,轮轨接触表面产生高温,易导致车轮踏面表层出现脆硬的马氏体白层,并伴有微裂纹,在轮轨力反复作用下,微裂纹扩展形成宏观疲劳裂纹。针对此原因,梳理了车辆控制逻辑并分析了车载监控数据,确定了车辆运行中频繁使用紧急制动且撒砂系统动作延时设置不合理是导致车轮滑行的根本原因,制定了撒砂系统动作不延时、车辆运用过程中非必要不采取紧急制动进行减速或停车等措施。经运用验证,上述措施可有效解决此类车轮踏面裂纹的产生。     

北京西郊线现代有轨电车撒砂装置研制

采用在钢轨上撒砂来提高轮轨黏着牵引力和制动力是铁路运输的通用手段。国内外研究表明,撒砂量过大除了会增加沿线的污染外,不仅不能有效增加轮轨黏着,反而会降低轮轨黏着,最佳的撒砂量大约在1g/min。北京西郊线现代有轨电车采用智能化分级控制变量撒砂技术,取得了良好的应用效果。     

WB-1微波干砂设备

在铁路机车牵引列车时,为了防止机车车轮滑动,在机车转向架上设置储砂箱,向轮轨间撒砂。砂箱内须存放干砂,以保证砂砾不板结。目前,全路各机务段大多采用燃煤或燃油锅炉设备干砂,WB-1微波干砂设备(微波干砂机和上砂电瓶车)采用微波电加热方式取代锅炉干砂,是铁路机车用砂干燥技术的一项技术创新。传统的煤炉或油炉干砂方式工作时砂土飞扬,生产环境十分恶劣,且对环境污染严重。微波电加热干砂方式,自动化程度高,工作环境舒适,劳动强度低。另外,与其他电加热方式比较,具有热效率高,加热速度快等优势。     

地铁车辆轮轨低粘着问题改善措施探讨

通过对轮轨低粘着问题的主要因素分析,探讨了地铁车辆在低粘着条件下的几种改善措施,重点对撒砂系统进行研究,从撒砂原理、控制方式、试验效果等方面进行阐述,试验表明增设撒砂系统能有效提高轮轨间的粘着系数。     

机车撒砂偏离轨道问题分析及研究

通过理论计算及SIMPACK仿真分析,对运用于我国小半径曲线的某型机车撒砂装置撒砂偏离轨道问题进行了分析研究。理论计算和仿真分析结果表明:在小半径曲线轨道运行时撒砂装置不能对正轨道中心撒砂,导致砂子浪费且达不到改善轮轨粘着性能的目的,影响列车安全运行。针对这一问题,提出一种新型液压控制装置来有效解决撒砂偏离轨道问题。     

动车组撒砂装置振动规律及影响因素线路试验研究

为探究动车组撒砂装置在实际运营条件下的振动疲劳特性，开展撒砂装置及构架端部的振动加速度和应力线路测试；研究不同运行线路、车轮镟修前后和不同速度工况下撒砂装置的振动和应力传递规律，分析轮轨激励影响；基于实测应力，计算疲劳关键点在1 500万km应力谱下的疲劳损伤。结果表明：撒砂装置及构架端部的垂向振动水平最高；京广线某区间撒砂装置的垂向振动加速度和应力能量峰值均约为广深线某区间的3.8倍；镟轮后撒砂装置的振动加速度和构架端部应力能量峰值可分别降低约67%和68%；撒砂装置振动加速度和应力较高的主要原因为轨道板周期性不平顺冲击，主频约为66.9 Hz，与轨道板冲击振动频率和结构的1阶固有频率相近；基于某线路区间应力数据获得的构架端部焊缝测点1 500万km损伤大于1，若动车组长期在该恶劣工况下运行，结构将可能出现振动疲劳失效。     

弹性车轮动力学复合模型及其性能研究

为深入研究轻轨车辆弹性车轮的动力学作用,基于压剪复合型弹性车轮的结构,在弹性车轮动力学传统模型的基础上,综合考虑弹性车轮轮芯相对于轮毂的6个自由度,建立弹性车轮动力学复合模型。利用多体动力学软件SIMPACK进行仿真计算,对比分析传统模型和复合模型下弹性车轮车辆以及刚性车轮车辆的临界速度、平稳性、曲线通过性能和轮轨磨耗等指标。结果表明:由于传统模型未考虑车轮与车轴之间的偏转刚度和轮对两车轮之间的扭转刚度,因此计算误差较大;采用复合模型得到的弹性车轮车辆的临界速度、运行平稳性指标,以及通过小半径曲线时的轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨系数、轮重减载率等较刚性车轮车辆都有不同程度的降低;弹性车轮车辆的轮轨磨耗情况在直线通过时与刚性车轮车辆的相似,而曲线通过时相比刚性车轮车辆降低了约5.3%。     

用于机车牵引研究的轮轨相互作用动力学模拟

当考查一种控制方法或控制技术在机车牵引电动机上应用时，必须考虑轮轨之间的相互作用动力学。其中包括车轮空转／滑行的总理以及不同的戏对牵引电动机负荷的影响。这些影响取决于牵引电动机及其控制器和轮轨粘着特性之间复杂的相互作用。本文介绍了一种可扩展用台三相电动机驱动的机车的轮轨粘着特性的动力学模型。     

某型动车组转向架撒砂装置螺纹连接系统安全可靠性研究

动车组转向架安装撒砂装置作为典型的车辆悬臂结构件,在线路条件下承受随机振动激扰,其与轴箱体之间采用螺纹连接,螺纹连接的可靠性设计对撒砂装置的结构安全和行车安全至关重要。首先建立撒砂装置有限元模型,根据模态测试数据验证了有限元模型的准确性;然后以车轮镟修前后的线路实测数据作为有限元计算的边界条件,提取螺纹连接受到的等效正弦载荷;最后基于VDI 2230—2003e标准系统评估了螺纹连接的安全性和可靠性。结果表明,车轮镟修对改善螺纹连接的安全性和可靠性效果显著,形成的流程和方法对相关轨道车辆螺纹连接的评估具有指导意义。     

转向架撒砂装置随机振动疲劳分析与状态监测研究

转向架撒砂装置在服役过程中承受来自轮轨的随机振动激扰,其与轴箱体螺纹连接的部位可能出现松脱甚至断裂。文章一方面通过结合模态计算与模态试验对标研究,校验有限元模型,获得模态参数,并综合随机响应分析和疲劳应力评估的Dirlik模型,研究基于模态分析的随机振动疲劳分析方法;另一方面,为增加撒砂装置服役安全,研究了一种基于光纤光栅的状态监测技术,并在台架试验上进行了验证,在设计上保障了撒砂装置的服役安全。     

HXD3B型电力机车撒砂系统优化试验研究

以HXD3B型电力机车为研究对象,现有撒砂量要求为0～1.5L/min,出砂口距离轨面50±25mm的范围比较宽泛,通过在试验轨道和正线上进行不同撒砂量、不同出砂位置、不同轨面状态、不同自动撒砂截止速度等条件组合工况下的一系列启动与制动试验,经过试验数据的对比分析,来验证撒砂性能对机车牵引性能及制动距离的影响,并提出能够满足机车轮轨增黏要求且合理的出砂位置、出砂量及自动撒砂速度建议。     

车轮踏面损伤对策及其容限标准的修订

轮轨之间的剧烈作用导致车轮踏面严重损伤的现象是至今没有得到根本解决的难题。本文依据车轮踏面损伤的现有研究，详细阐述了减少轮轨踏面损伤的对策，并且提出了修订踏面损伤容限标准的必要性和方法。     

沪昆线HX_D1型机车车轮踏面剥离原因分析及解决措施

针对沪昆东线HX_D1型电力机车车轮踏面剥离故障明显高于SS_(3B)型电力机车的现象,从制动方式、持续速度、启动牵引力、气候状况、线路条件、石英砂颗粒度6个方面进行分析,重点阐述了气候状况、线路条件对粘着系数的影响。提出优化粘着控制程序、改变机砂颗粒度及撒砂方式、严格控制轮径差等解决措施。     

车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响

在高速列车运行过程中,车轮踏面常因制动或空转打滑而造成局部擦伤。车轮擦伤将产生异常的轮轨冲击力,从而加剧车辆轨道结构的疲劳破坏。为调查车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响,建立考虑车轮擦伤的高速轮轨动力学模型,对新、旧两种车轮擦伤扁疤的几何形状及作用机理进行数值描述和动力学建模。基于动力学仿真计算,对新、旧车轮擦伤激扰下高速车辆的动力学响应进行详细调查,着重分析车轮擦伤对轮轨法向作用力及轮对垂向振动加速度的影响,并系统调查了车速、车轮擦伤扁疤深度及长度对高速轮轨冲击的影响,提出了高速车轮擦伤维修界限的计算方法。     

速度400 km/h轮对初始旋转惯性对滚动接触有限元模型的影响

基于显式动力学有限元方法所建立的三维轮轨滚动接触模型是研究高速铁路轮轨相互作用的有效工具。该模型既考虑轮轨的真实几何形状(包括不平顺)和材料非线性，又详细考虑轮轨间的几何接触关系和轮轨系统的纵向动力学性能，得到广泛的应用。在具体实现模型仿真时，采用隐式-显式相结合的办法。传统的做法是，隐式计算时不考虑车轮的旋转，只考虑重力作用下的静态位移场，然后将得到的静态结果作为显式计算的初始条件，同时对车轮施加前进速度和转动角速度以及转矩等条件，求解轮轨的相互作用。大量文献表明，用这种做法来启动显式动力学求解，会产生剧烈的初始瞬态响应，导致求解时间过长，甚至不收敛，尤其在速度高达400 km/h时。基于此，对上述模型进行了改进，在进行隐式计算时，首先考虑车轮的旋转，得到车轮在离心力作用下的位移，在此基础上再考虑车轮受重力作用与钢轨发生接触，得到接触斑、法向接触应力以及车轮的应力应变等，然后将更新后的结果作为显式计算的初始条件进行显式动力学求解。算例表明：改进后的模型可大大减小初始瞬态响应，减少有限元节点和网格数，从而加快计算的收敛过程，提高计算效率；轮轨力频谱存在无衰减频带，在该频带内轮轨力随着模...     

基于钢轨支点压力的动车组轮轨垂向力测量方法

在现有运营线路上实时检测车轮踏面擦伤或车轮不圆的铁道车辆运行品质轨旁动态监测系统（Truck Performance Detection System,TPDS）的基础上，基于车辆轨道耦合动力学理论建立刚柔耦合模型，计算得出支点垂向力对各车轮的分配系数，利用钢轨支点处压力传感器的实测数据反算得到车轮的轮轨垂向力，实现了无剪力分区条件下轮轨垂向力的连续检测。选取一高速铁路上TPDS压力传感器测量数据，用本文方法计算轮轨垂向力，并与现有TPDS系统计算方法得到的轮轨垂向力进行比较。结果表明：二者得出的轮轨垂向力具有很好的一致性，相关系数在0.8以上。     

轮轨接触应力的研究

用赫兹理论和弹性力学的公式对轮轨接触应力进行了详细的计算，给出了我国电力机车、内燃机车、客车和货车车轮的标准型踏面和不同磨耗半径的磨耗形踏面与标准型钢轨接触时的轮轨表面接触力、轮轨内部剪切应力、车轮轮缘要部接触应力的数值解，并研究了影响轮轨接触应力的各种因素，本文还用光测力学的方法对轮轨动态接触应力进行了研究。这些成果对于研究轮轨接触强度，分析轮轨踏面的剥离、轮轨磨耗以及轮轨型面的优化都提供了理论依据。     

大轴重机车轮轨增黏方式探讨

文章阐述国内外机车增黏原理及采用的增黏方式,分析轮轨增加增黏颗粒的影响,从保护机车车轮和钢轨的角度提出大轴重机车轮轨增黏方式的建议。     

动车组车轮多边形磨耗形成与发展过程仿真研究

针对动车组车轮多边形磨耗愈发严重的问题,基于车辆-轨道耦合动力学模型、轮轨接触模型、Archard磨耗模型和循环迭代模型,建立车轮多边形磨耗长期磨损迭代模型;模拟我国某型高速动车组20阶车轮多边形的发展过程,结果与实际情况吻合,证实模型的准确性。基于长期磨损迭代模型,研究车辆运行速度、轮轨模态振动特性和轨道参数对车轮多边形发展的影响。结果表明:随着车辆运行速度增大,最终形成的车轮多边形主导阶次逐渐减小,但产生的激励频率始终在550~600 Hz之间,验证了“频率固定”机理的可靠性;对比分析柔性轮轨、刚性轮柔性轨、柔性轮刚性轨、刚性轮轨4种工况下车轮多边形的发展过程,发现钢轨模态的振动特性对于高阶车轮多边形的产生具有一定的促进作用;增大扣件的刚度可抑制高阶车轮多边形的产生和发展,而增大扣件阻尼则可抑制车轮多边形整体的发展速度。