铁道科学研究院2005年科技成果简介(续四)

31 机车车辆车轮剥离原因分析及改进对策的研究 在大量现场统计分析的基础上，结合实际运用的特点，对典型样品进行车轮剥离的失效分析，指出机车车辆车轮剥离有4种类型：制动剥离、接触疲劳剥离、局部擦伤剥离、局部接触疲劳剥离。在同一失效车轮上可能存在上述剥离类型的1种或几种。制动剥离一般发生在踏面闸瓦制动的车轮上，是车轮踏面热机械损伤的主要表现形式，研究表明，它主要以制动热裂纹和马氏体碎裂2种形式出现。接触疲劳剥离指的是在轮轨接触应力作用下导致轮轨接触面表层金属塑性变形及疲劳裂纹萌生和发展的破坏方式。     

轮轨内部剪切应力及其影响因素的研究

文中计算了在垂向力、摩擦力以及垂向力和摩擦力联合作用下轮轨内部剪切应力的分布，研究了轴重、车轮踏面外形、车轮直径以及轮轨间摩擦系数对轮轨内部剪切应力的影响。并指出，降低轴重、采用磨耗形踏面，增大车轮直径都可以降低轮轨内部的剪切应力，以及随着轮轨间摩擦系数的增加，轮轨内部剪切应力不仅其值在增大，而且其位置也逐渐移向表面。     

HXD_1型机车车轮踏面剥离问题研究

通过车轮检验及在线试验,根据轮轨蠕滑理论,研究了HXD1型机车车轮空转滑行对车轮踏面剥离的影响,结果表明HXD1型机车车轮的空转滑行会引起轮轨间较大的摩擦温升,从而加剧车轮踏面剥离,并从机车牵引特性、黏着控制、防滑性能及增黏沙砾特性等角度,分析了抑制车轮空转滑行、减小车轮踏面剥离的可行性措施。     

重载机车电制动力对踏面剥离的影响研究

车轮踏面剥离是机车车辆运用中最常见的故障,对机车车辆运营安全性有较大影响。车轮踏面剥离是一个比较复杂的失效种类,导致其剥离的因素很多,无论是车轮材质本身,还是运用工况的变化或机车车辆的结构设计等方面的缺陷,均有可能导致剥离现象的产生。实测六轴、八轴电力机车车轮踏面的状态,提取主要特征,分析了轮轨受力特性。并从轮轨动力学的角度,通过仿真分析了机车电制动力对轮轨纵向蠕滑力和纵向蠕滑率的影响,从而证明有效降低电制动力可以减缓或消除车轮踏面剥离,为解决车轮踏面剥离问题提供了一定的参考。     

基于轮轨蠕滑温升的机车车轮踏面优化研究

提出了一种以轮轨蠕滑温升为目标,车辆动力学性能为约束条件的机车车轮踏面优化方法,并通过数值算例分析了影响轮轨摩擦温升的主要因素,表明轮轨接触斑形态与轮轨蠕滑温升及接触应力呈正相关,减小轮轨接触斑纵轴长度能够明显减小轮轨蠕滑温升,缓解车轮踏面剥离。     

铁路车轮扁疤的动力学效应

车轮扁疤（车轮踏面擦伤和剥离之统称）是铁道机车车辆中常见的一种车轮跳面伤损形态，它能引起轮轨系统产生突发冲击与振动，对车轮特别是对轨道结构部件造成严危害。本文应用动力学原理，系统地分析了扁疤车轮对轨道的冲击作用机理，导出了其冲击速度表达式，并运用所编制的计算机真软件ＶＩＣＴ进行了扁疤冲击响应模拟，给出了车轮扁疤冲击的基本特征。     

高速铁路的环境保护——话说高速铁路之十三

自从1964年10月1日世界上第一条高速铁路——日本东海道新干线投入使用以来,高速铁路为世界经济的发展及人民生活创造了良好的经济效益和社会效益。因此,高速铁路呈现出良好的发展势态。但同时,不可忽视的环保问题也随之而来。高速铁路的环保问题主要有振动、噪声和电磁辐射等。 1.噪声及其防治 高速铁路产生的噪声分为滚动噪声、建筑物噪声、受电弓噪声、车辆空气动力噪声等。列车运行速度越高,噪声和振动也越大。 ①滚动噪声(轮轨噪声) 滚动噪声是由车轮和钢轨之间的振动引起的,主要有轮轨撞击声、滚动轰鸣声及啸叫声三种声音。滚动噪声产生于车轮通过轨缝、道岔及车轮擦伤后在钢轨上滚动时产生的冲击声:车轮不圆、踏面擦伤和剥离后在钢轨上运行及钢轨表面产生波磨、粗糙不平引起的振动轰鸣声;车辆通过小半径曲     

动车组高频异常振动成因轮轨耦合试验分析

我国高速铁路出现多次因高频异常振动引起的零部件裂纹等现象,经分析车轮多边形和钢轨波磨是引起轮轨高频异常振动的主要原因,通过对轮轨系统模态测试和耦合振动测试,发现车轮、构架、钢轨、轨道板等存在与车轮多边形或钢轨波磨频率相对应的固有频率成分,轮轨系统固有频率是车轮多边形和钢轨波磨产生的重要原因。     

城际动车组车轮廓形演化特点和原因分析

针对我国某型城际动车组服役过程中车轮磨损速率高问题,开展车轮型面和研磨子影响研究的现场试验.第1阶段涉及多列动车组,使用LMA型面和持续高压作用的高硬度研磨子,第2阶段涉及1列动车组,第1镟修周期仅将半列车更换为LM型面,第2镟修周期进一步在全列车使用间歇低压作用的低硬度研磨子.结果表明,第1阶段城际动车组车轮磨耗不同于干线动车组,第2阶段2种型面的磨耗不存在本质差异,但更换研磨子材质和工作模式降低车轮磨耗速率.基于第2阶段数据,建立一种计算研磨子和轮轨接触对车轮磨耗方法,发现车轮名义滚动圆处由研磨子引起的磨耗速率在第2阶段的第1和2镟修周期分别为0.12 mm/万km和0.02 mm/万km,轮轨接触引起的磨耗速率为0.08 mm/万km.     

轻轨车辆车轮NVH特征分析与校正

为研究有效的降噪车轮方案,在柔性车轮和轮对的NVH特征分析基础上,提出阻尼环约束的降噪设想.通过柔性车轮NVH特征分析及相关的轮轨噪声预测与试验结果对比,可以认为由于轮轨接触摩擦约束作用,车轮不可能产生轮辐弯曲模态振动,因而也不会形成TWINS模型所预测的0.3 kHz噪声成分.在力锤以及轨道不平顺与粗糙度等效力谱激扰作用下,柔性车轮和轮对NVH特征对比表明:车轮噪声是由轮辋高阶模态振动引起的,而这些高阶模态振动的主要激扰源应当归结于轨道粗糙度;阻尼环约束对这些高阶模态振动稳定性具有非常理想的校正效果,因而可以作为构建未来降噪车轮技术的理论依据;轨道不平顺所形成的轨道力谱只能使车轮产生低频动力作用,并引起道床、桥梁和附近建筑物的低频机械振动.     

有轨电车轮轨型面匹配问题的研究

利用轮轨型面测量仪测量大量即将磨耗到限的车轮踏面和钢轨轨头型面(简称旧轮和旧轨型面),从中选取具有一般性的型面建立三维有限元模型,分别研究了新旧车轮与新旧钢轨配合接触问题。通过几种轮轨接触模型的计算,总结了不同模型的接触斑面积、形状、位置,以及接触力分布和等效应力的变化规律,并分析了旧轮和旧轨被挤压出飞边的原因。结果表明:新轮-旧轨接触模型的接触斑面积较小,等效应力较大,接触位置在轨顶的两侧,说明磨耗到限旧轮踏面被镟修成标准轮踏面形状的不合理性。旧轮-旧轨配合,与其他模型相比接触斑面积最大,轮轨匹配相对较好,因此,适应旧轨轨头型面的车轮踏面形状设计对于减缓轮轨磨耗具有重要的意义。     

轴箱内置和外置高速转向架的动力学性能对比

根据悬挂系统的结构形式,转向架分为轴箱内置转向架和轴箱外置转向架。相对于轴箱外置转向架,轴箱内置转向架结构紧凑、质量小,有利于降低轮轨磨耗和通过小半径曲线,具有良好的线路适应性。针对时速350 km/h货运动车组,考虑高铁线路和既有线路运行工况,通过动力学仿真软件SIMPACK计算车辆分别采用轴箱内置转向架和轴箱外置转向架的轮轨力和车轮磨耗,对比分析2种转向架的安全性、平稳性以及线路适应性。研究结果表明:在保证2种转向架具有相同蛇行运动稳定性即临界速度的前提下,与轴箱外置转向架相比,内置转向架的轮轨力降低20%以上,车轮磨耗量和踏面磨耗深度降低30%以上,充分体现了轴箱内置转向架的动力学性能优越性。     

踏面磨耗及其对轮轨接触几何关系的影响

对运营中的若干列某型号动车组踏面参数进行了跟踪测试,从统计学角度对踏面磨耗规律进行了分析,计算了踏面磨耗对轮轨接触几何关系和等效锥度的影响,对旋轮前后车辆运行平稳性指标进行了对比。结果表明,踏面不旋轮运营一段时间后与标准踏面差别较大,轮轨接触几何呈非对称,而旋轮能有效改善车辆的动力学性能。     

高速客车轮对动力学性能的比较

为了比较不同车轮踏面及轮对内侧距对高速客车动力学性能的影响,首先采用改进轮轨接触几何关系算法分析了不同情况下的静态轮轨几何接触关系,然后通过车辆/轨道耦合动力学模型,对高速客车蛇行临界速度、运行平稳性和曲线通过性能进行了动态仿真计算。数值计算中,主要考察了LM、LMA、S1002和XP55等4种车轮踏面和轮对内侧距由1350 mm到1360 mm变化的情况。结果表明,车轮踏面形状和轮对内侧距对高速客车动力学性能有重要的影响,且LMA型车轮踏面与1353 mm的轮对内侧距匹配具有较好的动力学性能。要确定合适的车轮踏面和轮对内侧距,须从轮轨接触关系的变化出发,综合评估车辆动力学性能。     

机车整体车轮踏面剥离原因分析与研究

车轮踏面剥离是一个比较复杂的失效种类,导致其剥离的因素很多。通过对SS3B、DF8B型机车在不同运营条件下的车轮剥离现象进行调查与分析,发现机车在运用中轨道状况的差异、气候环境的不同对车轮踏面剥离的发生有较大的影响,制动是导致机车整体车轮产生踏面剥离的根本原因,用沙的不规范加剧了车轮踏面剥离的发生,针对以上原因提出了解决措施及建议。     

城轨车辆用踏面清扫瓦的研制

采用盘形制动系统的城市轨道交通车辆由于线路涂油、环境潮湿等原因容易导致轮轨黏着系数降低,从而增加车轮踏面擦伤的风险,现介绍新研制的城轨车辆用踏面清扫瓦,并成功应用于重庆地铁6号线车辆。实际线路测试证明踏面清扫瓦效果良好,实施踏面清扫后,轮轨黏着条件明显改善,有效降低了车轮踏面发生擦伤的风险。     

直线电机地铁车辆轮轨外形匹配选型分析

车辆的动力学性能关系到车辆运行的安全性和舒适度,轮轨接触几何是影响车辆动力学性能的重要因素。现基于某直线电机地铁车辆,建立车辆的动力学分析模型,分析LM/CHN60与LMa/CHN60两种匹配的轮轨接触几何以及在3种典型曲线工况下车辆的平稳性、稳定性和曲线通过能力,通过比较二者性能的差异,为车辆踏面的选型提供理论和仿真依据。结果表明该直线电机地铁车辆采用LMa踏面能获得更好的综合动力学性能。     

60 kg/m钢轨和60N钢轨轮轨接触几何关系对比分析

为揭示我国新研究设计的60N钢轨的轮轨接触几何关系,运用常用的迹线法,以LM型和LMA型车轮踏面为例,对60 kg/m钢轨(简称60钢轨)和60N钢轨轮轨接触几何关系及其对轨底坡和轮对摇头的适应性进行详细研究。结果表明:相比60钢轨,60N钢轨与LM型和LMA型踏面匹配时,轮轨接触点在钢轨上位于钢轨中心位置附近,同时不会在钢轨轨距角附近出现轮轨接触,且在发生轮缘接触前,60N钢轨相比60钢轨对应的等效锥度随着轮对横移量变化很小,说明60N钢轨有效的改善了轮轨接触几何关系;同60钢轨,60N钢轨对于LM型车轮踏面,当轨底坡为1/20时匹配更佳,对于LMA型车轮踏面,当轨底坡为1/40时匹配更佳,而摇头角对60钢轨和60N钢轨的影响基本一致。     

踏面形状对地铁车辆动力学性能的影响

不同的车轮踏面形状与同一钢轨匹配时具有不同的轮轨接触几何关系,影响车辆的动力学性能.分析比较了我国LM磨耗型踏面和德国DIN5573踏面对地铁车辆动力学性能的影响.结果表明,采用DIN5573踏面时车辆的运行稳定性优于LM磨耗型踏面,而曲线通过性能则相对较差.     

出口塞拉利昂矿石漏斗车车轮踏面选型

通过对轮轨接触几何关系和车辆动力学仿真计算结果进行对比,分析了车轮路面外形对出口客拉利昂窄轨矿石漏斗车动力学性能的影响,经综合考虑,建议出口塞拉利昂窄轨矿石漏斗车选用LM型踏面外形.