考虑UIC强度准则的轨道车轮辐板渐进结构拓扑优化方法

为了提高轨道车轮的结构性能, 利用渐进结构拓扑优化方法(ESO)建立了轨道车轮的结构优化模型; 以双S型轨道车轮为设计蓝本, 分析了轨道车轮的辐板设计域, 提出了轨道车轮在多工况作用下的渐进结构拓扑优化方法; 介绍了利用渐进结构拓扑优化方法实现结构应力均匀化的优化思路; 根据《整体车轮技术检验》(UIC 510-5:2003)标准, 分别考虑了轨道车轮在直线工况、曲线工况和道岔通过工况, 不仅获得这3种典型工况共同作用下的拓扑优化结构, 而且还获得了3种典型工况依次作用下的6种拓扑结构; 对比了优化前后车轮辐板的应力, 并利用有限元工具验证了优化后车轮的辐板应力特性, 证明渐进结构拓扑优化方法的正确性和有效性。研究结果表明: 利用渐进结构拓扑优化方法对轨道车轮的拓扑优化是适用的; 在车轮质量不增加的前提下, 优化后车轮辐板的厚度增加且不等厚, 有效地减小应力集中, 降低结构应力; 对比原双S型车轮, 优化后6种车轮模型的结构性能均有所提升, 分别提高了16.6%、20.7%、22.5%、21.3%、20.1%和19.5%, 其中, 方案3的优化车轮在3种工况下辐板处的最大结构应力分别降低了4.0%、14.5%和6.7%。研究有助于轨道车轮结构强度的提高, 并对多工况耦合作用下轨道车轮结构优化具有重要的参考价值。      

小半径曲线钢轨非对称打磨廓形设计方法

为设计可提升列车小半径曲线通过性能的钢轨非对称打磨目标廓形,对中国现有CN60钢轨廓形进行了几何推导;以钢轨廓形几何参数作为设计变量,以车辆系统多体动力学指标作为综合目标函数,考虑钢轨打磨约束条件,提出了一种针对小半径曲线钢轨非对称打磨廓形的多目标数值优化模型;基于差分进化算法编写了相应的数值计算程序,并选择合理的计算参数求解了优化模型;根据实际线路参数分析了优化后钢轨打磨廓形的轮轨接触几何特性,并验证了列车的小半径曲线动力学性能。研究结果表明:提出的优化方法具有较快的计算速度,优化模型仅迭代了97次即可获得理想的钢轨打磨廓形;非对称打磨使内外钢轨具有差异性的打磨位置与打磨深度,将轮轨对中位置向轨道内侧移动了约10 mm,且不会改变轮缘处的轮轨匹配特性,有效增大了轮对横移10 mm范围内的轮对滚动圆半径差与轮轨接触角差,降低了列车在通过小半径曲线时的轮对横移、轮轨横向力、脱轨系数和轮重减载率,提高了转向架的横向稳定性和轮轨磨耗性能;虽然该打磨方式获得的钢轨廓形增大了轮轨接触应力,但并不会引起轮轨塑性变形。由此可见,该设计方法为提高列车的中小半径曲线通过能力提供了一种可行途径。      

基于仿真的铁路车轮不圆度安全限值研究

为了研究高速列车车轮踏面不圆度的安全限值,基于车辆轨道垂横向耦合动力学理论,采用车辆动力学仿真分析软件ADAMS/Rail,建立了考虑车轮非圆化状态下的整车车辆/轨道空间耦合动力学模型。分析计算高速运行状态下常见车轮踏面不圆顺问题所导致的车辆轨道系统轮轨冲击振动特征,及其随列车运行速度的变化规律,给出了车速200～350 km/h 时轮轨作用力响应峰值与车轮不圆度之间的关系,确定了高速行车条件下车轮不圆度的临界范围。该研究可为基于轮轨作用力监测的车轮不圆顺状态识别提供理论指导。     

ER8C和ER8材质高速动车组车轮的服役性能

为全面掌握高速动车组用ER8C和ER8车轮服役性能,使用OBLFQSN750型电火花直读光谱仪等设备分别实测了新旧车轮材料的化学成分、常规力学性能、疲劳特性、冲击性能及韧脆转变温度、断裂韧性、疲劳裂纹扩展门槛值和疲劳裂纹扩展速率等,并进行了金相组织观测,综合评价分析了两种材质车轮服役性能. 结果表明:1） ER8C材质车轮比ER8材质车轮中Si含量高2.74倍,Mn含量高1.29倍,Cr+Mo+Ni总含量低45%,C含量略低,其抗拉强度和屈服强度提高5%,疲劳强度提高15%. 2） 车轮显微组织为珠光体+少量铁素体,踏面下相同深度,ER8C材质车轮中铁素体更均匀细小,晶粒度大于8.5级,ER8材质车轮铁素体粗大,晶粒度为8级. 3） ER8C材质车轮韧脆转变温度为84.30 ℃,ER8材质车轮韧脆转变温度为71.97 ℃,车轮运用工况处于两种材质的脆性区. 4） ER8C材质车轮断裂韧性比ER8材质车轮高约6%,其阻止裂纹产生的能力优于ER8材质车轮;ER8材质车轮裂纹扩展门槛值比ER8C材质高17%,其阻止裂纹扩展的能力优于ER8C材质车轮;两种材质车轮的裂纹扩展速率相当. 5） 服役过程中ER8C材质车轮踏面垂直磨耗速率略大于ER8材质车轮.      

Identification of grinding wheel wear signature by a wavelet packet decomposition method

Grinding is known as the most complicated material removal process and the method for monitoring the grinding wheel wear has its own characteristics comparing with the approaches for detecting the wear on regular cutting tools. Research efforts were made to develop the wheel wear monitoring system due to its significance in grinding process. This paper presents a novel method for identification of grinding wheel wear signature by combination of wavelet packet decomposition (WPD) based energies. The distinctive feature of the method is that it takes advantage of the combinational information of the decomposed frequency components based on the WPD so the extracted features can be customized according to the specific monitored object to get better diagnosis effects. Experiments are researched on monitoring of grinding wheel wear states under different machining conditions. The results show that the energy ratio extracted from the measured vibration signals is consistent with the grinding wheel wear condition evaluated by experiment and the further extracted feature ratio can be used in prediction of wheel wear condition.     

慢走丝电火花镗磨工艺方法的研究

针对硬质合金等难加工材料小孔的精加工,文中提出了一种慢走丝电火花镗磨工艺方法,该方法是在慢走丝电火花线切割机床（HCS250）上设计了一套机床镗磨附件进行磨削加工.但电火花加工的放电过程非常复杂,整个加工受多种因素影响.通过正交实验和极差分析法,重点探讨了低速走丝电火花镗磨加工过程中平均间隙电流、平均间隙电压和工件转速对加工工艺的影响状况.实验结果表明,该工艺方法行之有效.     

轮轨力连续测试系统设计

根据轮轨力作用下钢轨的受力特点，设计了采用测力钢轨的轮轨力连续测试系统，并通过仿真确定了垂向和横向轮轨力耦合作用下轮轨力计算方程式和相关因数．通过在试验线上的测试，表明该系统可同时连续测出垂向和横向轮轨力．     

Micro-Grinding Performance of Hard-Brittle Chip Materials in Precision Micro-Grinding Microgroove

The micro-structure on hard-brittle chip materials (HBCMs) surface can produce predominant functions and features. The micro-grinding with diamond wheel micro-tip is an efficient method to machine microstructure on HBCMs. However, different HBCMs and crystal orientation may have a significant influence on the micro-grinding performance. In this paper, the micro-grinding performance along different crystal orientation of HBCMs is investigated. First, a dressed 600^# diamond grinding wheel is used to micro-grind micro-structure on HBCMs. Then, the experiment of micro-grinding force test is completed. Finally, the quality of microgroove, the grinding ratio and the micro-grinding force are investigated and they are related to the crystal orientation of HBCMs. It is shown that the stronger resistance to the micro-crack propagation has the best quality of microgroove and the smallest grinding ratio. Moreover, the hardest single-crystal SiC has the best machinability and the micro-grinding force is 38.9%, 10.8% and 46.8% less than the one of sapphire, single-crystal Si and quartz glass, respectively. The direction to micro-grind easily is the crystal orientation 〈10\(\overline 1 \)0〉 for single-crystal SiC and sapphire. In addition, the micro-grinding force increases with the increase of the micro-grinding depth and feed rate and decreases with the increase of the grinding wheel speed.     

跨座式单轨列车走行轮轮胎的不均匀磨损

为了优化跨座式单轨列车走行轮轮胎不均匀磨损性能，在运行工况分析基础上建立了走行轮轮胎有限元模型；结合走行轮磨损特性评价指标，建立了一套新的走行轮磨损间接评价方法，该方法以侧偏角和侧倾角为设计变量，通过探索走行轮轮胎侧偏角、侧倾角及其组合对走行轮轮胎磨损与不均匀磨损的影响对车辆二系悬挂参数进行优化，减轻走行轮轮胎磨损. 研究结果表明:优选前，转向架（以前转向架为例）中前、后排走行轮轮胎侧偏角分别为0.5°、0.3°、?0.4°、?0.2°；优选后，转向架中前、后走行轮轮胎侧偏角为0.2°、0.2°、?0.2°、?0.2°；车辆结构参数中二系悬挂横向刚度、垂向刚度对走行轮各轮胎不均匀磨损的影响较大，且选取合适的参数值在一定程度上能够减轻走行轮各轮胎不均匀磨损.      

高速列车车轮偏心磨耗的形成机理与发展规律

为了研究高速列车车轮偏心磨耗的形成机理,根据现场测试和多体动力学仿真结果,建立了高速列车车轮-钢轨系统有限元模型,采用瞬时动态仿真分析了车轮残余静不平衡对轮轨法向接触力的影响;对最高速度为250 km?h-1动车组列车的运营速度进行现场测试,计算了列车匀速运行区间的平均速度;基于摩擦功周期性波动引起轮轨非均匀磨耗的观点...     

高速列车动力学性能研究进展

为更深入全面了解高速列车系统动力学研究现状,综述了高速列车动力学性能对车辆运行稳定性、安全性和平稳性的影响,总结了列车安全评价方法和动力学试验方法在车辆动力学中的应用,基于轮轨间作用力,分析了轮轨磨耗对列车动力学性能的影响,概括了车-桥耦合模型、弓网系统以及列车空气动力模型在车辆系统动力学中的研究内容.分析结果表明:车...     

SS3B和DF8B机车的整体碾钢轮踏面剥离失效分析

为了查明机车车轮发生踏面剥离故障的原因,分别对SS3B机型的SS3B31024047车轮和DF8B机型的DF8B32774060、DF8B31644017车轮产生踏面剥离的整体碾钢轮取样,按TJZL-01-98规定的理化检验项目进行取样和常规检验,并对剥离区域的宏观形貌、金相组织进行光学显微镜观察、电子扫描分析.检验结果表明: DF8B32774060车轮踏面表面金属主要在接触应力作用下发生塑性变形,属于接触疲劳剥离; DF8B31644017和SS3B31024047车轮由于剥离区存在塑性变形层,属于热疲劳剥离;对接触疲劳剥离,应改善车轮钢的成分、改进车轮热处理和踏面加工工艺,对热疲劳剥离,应改变制动方式和优化牵引运行.      

不同磨耗阶段轮轨型面匹配下重载货车的动态性能

应用轮轨型面测量仪在大秦重载线路上跟踪测量了不同磨耗阶段的轮轨型面,基于这些轮轨型面,应用多体动力学软件SIMPACK建立C80重载货车模型进行仿真计算,分析轮轨型面对重载货车动力学性能的影响．结果表明：在运行平稳性和稳定性方面,标准LM型车轮型面最佳,且随着车轮磨耗量的增加,平稳性和稳定性逐渐降低;在曲线通过性能方面,各个阶段的车轮型面都达到了评价标准,脱轨系数和轮重减载率都随着轮轨的磨耗而减小;轮轨横向力随着车轮的磨耗而逐渐减小;标准LM型和Ⅱ型车轮型面的磨耗功率较小,与磨耗稳定期钢轨相匹配能相对降低车轮的磨耗速率．     

基于高铁轨道不平顺的车轮不圆顺识别模型

为获取高速运行车辆的车轮不圆顺幅值,并进一步研究轨道谱,建立一种基于轨道不平顺的车轮不圆顺幅值快速测量模型. 首先分析了车轮不圆顺在轨道不平顺检测数据中的分布规律,提出车轮不圆顺的密集采样方法,进而建立基于稀疏轨道不平顺数据的车轮不圆顺动态识别模型. 通过数值仿真研究发现:车轮不圆顺对基于惯性基准法测得的离散轨道不平顺数据的幅值影响较小,对频域（轨道谱）影响较大;车轮不圆顺会干扰波长小于和等于轮长的轨道不平顺检测数据,且对前者影响更大;车轮不圆顺对波长大于轮长的轨道不平顺数据也有影响,最大影响波长仅与车轮周长和轨道不平顺的采样间距有关;识别模型能有效地从轨道不平顺检测数据中提取车轮不圆顺,误差可控制在0.02 mm以内.      

动车组车轮强度标准与分析方法

在分析了国内外车轮相关标准的基础上,提出了一套具有结构静强度计算、评定及疲劳强度分析的高速动车组车轮强度的分析方法,应用UIC510-5标准,对CRH5型动车组新车轮和磨耗车轮进行了全面的强度分析,并对计算结果进行了后处理及强度评价.     

磨耗状态下城际动车组轮轨曲线磨耗特性

以CRH6A城际动车组为研究对象,基于实测磨耗后轮轨型面,利用多体动力学软件Universal Mechanism建立了车辆动力学模型,计算了通过曲线时的轮轨力与轮对位置参数;在非线性有限元软件ABAQUS中,基于任意拉格朗日欧拉方法建立了轮轨三维滚动接触模型,计算了轮轨接触应力特性和滑移特性;基于Archard磨损模...     

高速铁路钢轨打磨技术及其应用

根据广深线钢轨斜裂纹的形成与发展特点,提出采用非对称打磨技术控制和减缓钢轨斜裂纹的形成,并进行了数值计算和现场打磨试验.数值计算结果表明:钢轨非对称打磨可以改变轮轨接触几何参数,使轮轨接触点向钢轨顶面中心移动,远离钢轨轨肩位置,并降低轮轨接触应力.现场打磨试验验证了数值计算结果,试验结果表明钢轨非对称打磨能改变钢轨光带,使接触点向钢轨踏面中心移动.     

不同模式低地板车辆动力学及车轮磨耗分析

为降低70%低地板有轨电车的车轮磨耗,分析了刚性轮对与独立旋转车轮的导向机理,建立了拖车采用传统刚性轮对与拖车采用独立旋转车轮的两种车辆模型,计算了两种车辆模型在不同工况下的动力学性能,并根据Archard磨耗模型对比分析了两种模式下的车轮磨耗情况. 计算结果表明:车辆直线运行时,拖车采用刚性轮对的车辆稳定性及横向平稳性较好,车轮磨耗位置居中且磨耗量小于独立旋转车轮;车辆运行于大半径曲线时采用刚性轮对的车辆曲线通过评价指标较好,磨耗量较独立旋转车轮小;随着曲线半径的减小,采用刚性轮对的车辆曲线通过性能迅速恶化而采用独立旋转车轮的车辆各指标变化幅度较小,在半径为100 m及以下的曲线时,采用独立旋转车轮的车辆曲线性能更优且车轮磨耗小于刚性轮对,特别在曲线半径为25 m时,独立旋转车轮磨耗量仅为刚性轮对的60%左右,拖车采用刚性轮对的车辆在直线及大半径曲线时性能较优,拖车采用独立旋转车轮的车辆更适用于小半径曲线.      

低轮轨力转向架车轮辐板形状优化的可行性研究

增加列车轴重是提高铁路货运能力的一种有效手段,但货车轴重的增加,必然引起一系列的强度问题。采取把车轮直径由840mm增大为915mm,可以保证强度要求,但也增加了轮对死重。本文探讨了一种在不增加轮径的前提下,仅通过对车轮辐板进行形状优化,就可使其在25t轴重下可靠工作的优化设计方法。结果表明,对车轮轮辐断面形状优化后,可较大幅度地降低其温度应力,有可能使840mm车轮在25t轴重下的应力接近甚至低于原结构在21t轴重下的应力水平。     

跨座式单轨车辆走行轮偏磨损因子模型研究

走行轮胎偏磨损导致换胎频繁是影响跨座式单轨交通运营成本的重要因素之一. 为快速评估不同单轨车辆设计方案的走行轮胎偏磨损状态,采用因子分析方法分析了影响走行轮偏磨损的10个评价指标,建立了走行轮胎偏磨损因子模型,提出了依据走行轮胎偏磨损因子得分高低评价车辆设计方案优劣的方法. 研究结果发现:影响走行轮胎偏磨损的因子得分排序依次为走行轮纵横向参数因子、导向轮轴距因子、走行轮垂向刚度因子和导向轮垂距因子;建立的走行轮偏磨损因子模型和偏磨损因子得分公式能快速评估不同单轨车辆结构设计方案下的走行轮胎偏磨损状态,从而为跨座式单轨车辆转向架开发设计提供了一种有效的优化设计方法.