基于热-结构耦合的机车整体式车轮疲劳强度分析

车辆紧急作用下,复杂机械和热载荷会造成车轮结构破坏失效,基于热-结构耦合理论及采用有限元数值仿真分析方法,分析其对整体式车轮结构的机械强度和疲劳强度的影响,并分析对比纯机械载荷和热-结构耦合载荷两种作用下对车轮结构强度的影响,采用单轴及多轴疲劳准则进行疲劳强度评估。结果表明:紧急制动20 s时,踏面温度达到最大151.8℃;制动热载荷是引起踏面及辐板等效应力增大的主要因素,热-结构耦合载荷比纯机械载荷辐板处产生的最大等效应力超出40%左右;多轴Dang_Van疲劳准则更适合应用于车轮辐板的评定,制动热负荷会造成局部结构疲劳强度波动较大,引起车轮的突然破坏。     

基于热—机耦合的大轴重车轮踏面制动热负荷仿真分析

重载列车车轮踏面制动是一个复杂的动态接触热—机耦合问题。文章利用有限元分析软件ABAQUS建立了重载车轮踏面制动的瞬态热—机耦合有限元模型,对单闸瓦踏面制动过程进行了紧急制动工况的数值仿真,并利用重载货车车轮制动热负荷试验结果对模型进行验证。利用该模型分析了不同工况下重载车轮紧急制动过程中的热负荷及热应力情况,为研究大轴重车轮踏面制动热负荷极限和热损伤问题提供了理论技术支持。     

列车车轮踏面制动温度循环试验与温度场仿真分析

在分析货物列车踏面制动方式下车轮踏面热振裂纹和车轮热疲劳裂纹产生机理的基础上,以国内碾钢车轮材料为对象进行踏面制动温度场试验,重点研究制动过程中摩擦热源向转动车轮踏面表面传热的关系,模拟车轮旋转周期内闸瓦摩擦生热和对流换热交替变化的规律,建立车轮制动过程瞬态温度场三维有限元模型,改进以整体输入热流和对流换热的简化模式为基础的传统理论的热应力计算方法。通过在摩擦制动动力试验台进行的制动试验,证明计算模型从宏观和细节方面比较完整地反映了车轮踏面制动热温度场的实际工况。为确定车轮踏面制动极限和作用方式、列车制动距离等技术规范提供计算依据。     

货车车轮踏面擦伤问题的分析

从空车位制动缸压力高、空重车位误调、错装高摩擦因数合成闸瓦及空重车自动调整装置故障等方面对货车车轮踏面擦伤的原因进行了分析,提出了防范措施和建议。     

地铁车辆车轮踏面异常磨耗原因初探

运营速度80 km/h常规城轨车辆的基础制动方式基本采用踏面制动+合成闸瓦,文章针对城轨车辆合成闸瓦对车轮踏面磨耗的影响、制动力分配方式对踏面磨耗的影响、闸瓦与车轮的匹配及热负荷计算等进行了分析研究,探讨了造成地铁车辆踏面异常磨耗的原因。     

粉末冶金闸瓦踏面制动仿真计算方法的对比分析

借助Marc有限元软件,采用热-机耦合方法和非热-机耦合方法2种仿真计算方法分析粉末冶金闸瓦踏而制动过程,从仿真计算原理、模型建立、边界条件的设置以及仿真计算结果4个方面对比分析2种仿真计算方法的特点.分析表明,采用热-机耦合方法可以得出制动距离、制动时间、车轮踏面温度变化轨迹等制动关键参数的仿真计算结果,能够比较全面地反映实际制动工况,其计算结果也与制动试验结果比较接近,但不能对车轮热应力场进行计算;采用非热-机耦合方法,仅能对车轮踏而温度场及其热应力场进行仿真,不能完整地再现整个制动过程.仿真计算方法的选择需要根据实际研究要求确定.     

重载列车紧急制动过程车轮踏面疲劳裂纹萌生寿命预测

基于Abaqus软件,建立闸瓦-车轮-轨道三维有限元模型,设置车轮钢材料的接触属性和材料属性,对重载列车紧急制动过程进行热力耦合仿真;基于损伤参量的疲劳裂纹萌生寿命预测模型,分析重载列车整个紧急制动过程中车轮踏面瞬态温度分布、径向和切向应力分布以及弹性和塑性应变分布,并通过计算车轮踏面损伤参量判断疲劳裂纹萌生位置,预测...     

地铁车辆制动系统空气制动施加方式及特点分析

对地铁车辆电空混合制动方式及空气制动施加方式进行介绍,并利用有限元仿真软件对等黏着、等磨耗两种空气制动施加方式下,车轮踏面的温度变化情况进行仿真分析.通过踏面温度影响及踏面磨耗影响说明了两种空气制动施加方式的特点.     

闸瓦间隙调整器控制距离变化造成车辆抱闸问题分析

铁路车辆制动后,若制动力大于轮轨间粘着力,闸瓦可能抱住车轮,使其在钢轨上滑行,直接影响列车运行安全.调查分析一起典型货车故障案例,采取理论计算和模拟试验结合的方法,验证制动缸压力、活塞行程、车轮踏面和闸瓦间隙.进一步分析验证闸瓦间隙调整器控制距离A值变化对行车安全的影响,并给出闸瓦间隙调整器控制杠杆支点螺母变动的原因....     

地铁车辆轮轨型面匹配及其对接触应力的影响

为了改善地铁车轮出现的异常磨耗问题,对上海地铁3号线车辆车轮踏面DIN5573出现的磨耗进行测试,获得2种磨耗车轮踏面。在SIMPACK软件中建立了地铁车辆动力学仿真模型,计算得到未磨耗、凹形磨耗、沟槽状磨耗3种车轮踏面与TB60,60N钢轨型面匹配时轮对横移量,将其输入到用ABAQUS软件建立的轮轨三维弹塑性有限元模型,分析不同轮轨型面匹配对接触应力的影响。结果表明:3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨接触点均匀分布在轨顶和车轮踏面中部,等效锥度基本稳定;在半径350 m的曲线上,与TB60钢轨型面匹配相比,3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨最大接触应力最多减小384.9 MPa,钢轨、车轮最大Mises应力最大减幅分别为40%,35%。城市轨道交通小半径曲线地段较多,采用60N钢轨型面可以明显降低曲线外股的接触应力,减少轮缘磨耗和钢轨侧磨,从而降低钢轨疲劳伤损。     

铁路车轮轮箍踏面制动剥离研究

目前国内铁路车轮轮箍（以下简称车轮）在运用中会出现各种各样的损伤现象，其中尤以车轮踏面制动剥离最为突出，通过对近几年剥离车轮的检验方法和研究，观察到踏面制动剥离这类热损伤情况占了绝大多数，本文在进行材料学和金相学分析的基础上，根据其宏观和微观表现特点，对该种剥离类型进行机理上的分析与探讨。     

时速100 km 地铁车辆踏面制动热负荷分析

建立了地铁车辆时速100 km时的车轮热负荷计算模型,叙述了计算过程和评定方法.基于均布热源法,采用ANSYS软件分别计算了仅空气制动连续2次紧急制动和仅空气制动正常运营制动2种条件下新轮(840 mm)和磨耗到限车轮(770 mm)的踏面制动热负荷,并进行了强度校核.结果表明,磨耗到限车轮连续2次紧急制动、新轮正常运营制动满足车轮踏面损伤要求,新轮连续2次紧急制动和磨耗到限车轮正常运营制动不满足车轮踏面损伤要求.     

热负荷对机车车轮疲劳强度影响研究

为了研究制动温升引起的热负荷对机车车轮疲劳强度的影响,现采用有限元法对紧急制动过程中车轮温度场和应力场的变化进行了仿真,并基于单轴疲劳理论对车轮的疲劳强度进行了分析.结果表明:热负荷引起踏面周向高达750MPa的动应力循环是诱发轮箍热疲劳的主要因素;轮芯某些区域的von Mises等效应力会升高50％,并且紧急制动可以致使轮芯的循环动应力幅值产生15％波动,从而增加了车轮发生疲劳破坏的几率.     

简析热处理工艺、踏面旋修量对动车组车轮疲劳性能的影响

对轮辋淬火热处理过程中对流换热系数以及相变潜热的处理方法进行研究,结合CRH5250车轮轮辋的实测温度曲线计算了轮辋热处理过程的瞬态温度场、瞬态应力场以及热处理结束后车轮的残余应力场。分析了踏面旋修量对残余应力场的影响,分析了踏面旋修量与车轮疲劳性能之间的关系。分析结果表明残余应力和踏面旋修量对车轮疲劳性能有显著影响,设计阶段预先分析热处理工艺对车轮强度的影响,对于保障车轮运用安全可靠具有重要意义。     

地铁车辆车轮径跳拓展趋势分析

为了分析地铁车辆在正常运营条件下车轮径跳的拓展趋势,选择一列新镟修的列车作为研究对象,对其进行了多次车轮径跳跟踪测试。测量了列车在正常运营条件下不同运行里程时各车车轮径跳数值,分析了车轮径跳的拓展趋势,以及车轮踏面磨耗形貌与车轮硬度内在关系,通过平稳性测试分析了车轮径跳对地铁车辆运营平稳性指标的影响。     

40t轴重货车制动热负荷分析

增加轴重是重载运输提高运能的重要途径之一,然而轴重的增加对制动系统提出了更加严格的要求。采用数值方法,对40t轴重货车紧急制动和长大下坡道制动的车轮热负荷情况进行了模拟,对其温度场和热应力场进行了分析,基于制动热负荷对轴重40t货车车轮的强度进行了预测。结果表明紧急制动和长大下坡道制动最高温度均出现在车轮踏面处,其幅值分别为233℃和231℃;最大热应力分别出现在踏面和辐板外侧靠近轮毂处,其幅值分别为348MPa和252MPa。不同温度下的von Mises应力计算结果表明最大应力值均未超出材料的屈服极限。     

踏面热裂纹与合理的镟修周期、镟修量的研究

车轮踏面擦伤是产生车辆噪声的1个原因,而在调查中证明踏面热裂纹也是形成噪声源的因素,为了消除热裂纹产生的噪声给人体带来的不适感及对环境的影响,可以通过策划合理的车轮镟修周期及镟修量加以解决,本文对此开展了研究。文章介绍了热裂纹发生的机理、热裂纹大小与噪声的关系及待解决课题。     

流场分析在地铁车辆踏面制动温度场仿真中的应用

针对地铁车辆踏面制动,建立了车轮车轴的轴对称简化几何模型,并且根据温度梯度的分布特点划分了疏密不同的有限元网格。根据车辆的加速启动、匀速运行、减速制动和进站停止4种不同运行状态,建立了车轮车轴的热边界条件。采用均布热源法计算制动过程中输入踏面摩擦接触区的热流密度。利用CFD软件对车辆不同运行速度下的车轮车轴附近流场进行稳态计算,进而获得不同速度下车轮车轴各表面对流换热系数的平均值,并利用最小二乘法拟合出平均对流换热系数与速度的函数关系。最后针对国内某一地铁线路,计算了连续两次紧急制动和经过9个车站的模拟运营制动(纯空气)两种工况下的车轮车轴温度场,得到了最高温度点的温度值随时间的变化曲线。     

轮径差对三大件转向架轮缘磨耗影响的对比分析

应用SIMPACK软件建立装用三大件转向架的某型敞车重车动力学模型,结合Archard磨耗模型预测车轮磨耗趋势,对比分析了4种不同形式轮径差对轮缘磨耗的影响规律。结果表明:在4种形式轮径差下,轮径差小于6mm时,导向轮对小半径车轮磨耗发生在踏面区域;轮径差大于6mm后将发生轮缘磨耗;后轮对轮径差导致小半径车轮磨耗集中在踏面区域内,磨耗深度相对均匀,车轮呈现面磨耗趋势;其他形式轮径差大于6mm后将导致小半径车轮轮缘磨耗显著,车轮呈现点磨耗趋势。     

车轮踏面外形对机车曲线通过性能的影响

不同的轮轨外形配合,对机车曲线通过性能的影响较大。本文采用仿真软件SIMPACK建立一种2Co径向转向架机车模型,通过在小半径曲线上的仿真计算,分析了不同车轮踏面外形对机车曲线通过性能的影响。得出合理的车轮踏面与钢轨外形配合可以提高机车车辆的曲线通过性能的结论。