关键词： 高速铁路   钢轨焊缝   轮轨力   安全特性   宏微观分析  

摘要： 钢轨焊缝是铁路线路中最复杂结构之一,焊缝处的轮轨力特性显著区别于其他区域。基于某高速铁路客运专线钢轨焊缝处的轮轨力监测数据,分析了不同行车速度和车厢位置的轮轨力特性;引入非线性混沌理论对钢轨焊缝处轮轨力进行微观分析,实现了对轮轨力特性的多层次分析。研究表明:钢轨焊缝处行车面与导向面平直度变化量分别为0.174 mm和0.370 mm;在这种线路条件下,不同行车速度的轮轨力特性存在差异,钢轨焊缝处列车的最不利通过速度为200~220 km/h;不同车厢位置的轮轨力特性也存在差异,列车头部和尾部车厢处轮重减载率是其他车厢的1.261倍。引入关联维数对不同工况下焊缝处轮轨力进行微观分析,验证宏观轮轨力特性,完成了对钢轨焊缝位置轮轨力特性的宏微观综合评价。

关键词： 高速铁路   钢轨波磨   瞬态动力学   有限元分析   磨损分析   轮轨接触特性  

摘要： 以典型钢轨波磨病害为研究对象,构建了考虑轨下结构及轮轨弹塑性接触的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,采用基于有限元模型的三维磨损分布计算方法,研究了匀速和牵引状态下轮轨接触特性及钢轨磨损行为的差异,以及牵引状态下不同病害参数钢轨波磨对轮轨接触特性及磨损的影响规律。结果表明,牵引状态下轮轨纵向力受固有刚度不平顺影响更显著,波磨对相对滑移的影响与纵向力有关,且需在固有刚度不平顺影响基础上叠加,叠加效果与波磨波长和谷深有关。在波磨谷深限值内,当波磨波长较短或谷深较大时,纵向力会出现与波磨几何相似的振型,导致相对滑移分布与波磨几何相关,接触压力变化进一步影响磨损深度,使波峰附近磨损增加,波谷附近磨损减少,波磨进一步发展。由于磨损增量相位与波磨几何相位差较小,钢轨波磨有减缓趋势,波磨在较大波长及谷深下减缓较快。研究结论以期为高速轮轨波磨区段钢轨维护策略提供理论参考。

关键词： 高速列车   车轮多边形   轮轨动态特性   动力学  

摘要： 为研究转向架车轮多边形分布对轮轨动态特性的影响,建立基于轮对柔性的刚柔耦合车辆-轨道动力学模型,计算低阶/高阶转向架不同车轮的多边形化引起的轮轨动态响应,分析不同运行速度下转向架车轮多边形分布对轮轨动态作用的影响,进一步结合轮轨垂向力限值制定车轮多边形幅值限值。结果表明:低阶状态下,转向架车轮多边形分布对轮轨蠕滑力和磨耗功的时域振动波形影响显著,其中轮对同位不同侧出现多边形会导致磨耗功相位超前且出现整数倍阶次谐波;高阶状态下,转向架车轮多边形分布对轮轨动态响应的振动幅值影响显著;列车运行速度的提升会加剧各工况下车轮多边形对轮轨动态特性的影响;转向架车轮多边形分布可能对车轮多边形磨耗演变存在一定程度的影响。

关键词： 无砟轨道   弹性支承块   钢轨廓形   轮轨匹配   失稳抖动  

摘要： 中国铁路南昌局集团有限公司管内衢宁铁路开通运营初期,动力集中式动车组在弹性支承块无砟轨道区段运行时出现抖车现象,造成人体乘坐舒适度不良。通过调查研究分析,发现普速铁路无砟轨道区段轮轨动态匹配性不好时易造成抖车,通过打磨改善了轮轨匹配性关系,消除了抖车问题,提高了人体乘坐舒适度,减少了线路养护工作量。

关键词： 轮轨接触界面   第三介质   大蠕滑   极低黏着   黏着系数  

摘要： 针对时速400 km高速列车轮轨在多种介质条件下的制动大蠕滑极低黏着特性及黏着系数,通过高速轮轨关系试验台,模拟不同速度下轮轨间分别采用喷水、防冻液、普通润滑油15W-40及齿轮箱润滑油75W-90等介质的工况,研究轮轨间多种介质对制动大蠕滑极低黏着特性和黏着系数的影响,并探讨水介质条件下轮轨接触表面粗糙度和齿轮箱润滑油条件下超大蠕滑率对黏着系数的作用。结果表明:水介质条件下轮轨接触表面粗糙度是影响黏着系数的关键因素之一,极低粗糙度水平下速度超过100 km·h^(-1)后便进入极低黏着状态;轮轨间不同介质条件下,黏着系数随速度的提高呈现不同的下降趋势,其中齿轮箱润滑油75W-90和防冻液在高速下更易导致极低黏着系数的出现;特别是在齿轮箱润滑油75W-90条件下黏着力系数在黏着饱和点之后随纵向蠕滑率的增加呈现持续下降趋势,即使纵向蠕滑率增加到90%也未观察到黏着力系数再次上升的现象,标志着对这类齿轮箱润滑油仅利用防滑控制技术提高黏着利用的可能性极低。

关键词： 硬度比   贝氏体车轮   珠光体钢轨   轮轨匹配   磨损行为   滚动接触疲劳  

摘要： 目的探究贝氏体车轮材料与不同钢轨材料的硬度匹配行为,为贝氏体车轮服役的安全性和可靠性提供理论参考。方法将贝氏体车轮与3种轨道进行匹配,结合磨损率、表面磨损形貌及表面硬化程度等,综合评价3种钢轨/车轮硬度比(Hr/Hw)下轮轨材料的耐磨性及损伤行为。结果随着匹配的轨道钢硬度的增加,贝氏体车轮钢磨损率从0.188mg/m逐渐升至0.217mg/m,增加了15.4%;轨道钢的磨损率呈下降趋势,从0.104mg/m降至0.042mg/m,下降了59.6%。车轮钢和轨道钢的磨损机理均以黏着磨损和疲劳磨损为主。随着轨道钢硬度的增加,车轮材料分层明显,损伤越来越严重,塑性变形层厚度和表面硬化程度呈上升趋势,表面疲劳裂纹的平均长度和深度依次降低,但平均扩展角度越来越高;轨道材料的分层和微裂纹减少,损伤减轻,且塑性变形层厚度和表面硬化程度呈下降趋势,表面疲劳裂纹长度减少,而扩展深度和角度均增加。接触斑能量耗散值越高,则贝氏体车轮受到轮轨硬度比的影响越明显。当Hr/Hw低于1时,钢轨磨损程度随着Tγ/A的增加越来越严重。结论随着匹配的轨道硬度的增加,车轮的磨损程度呈相反趋势,前者加剧,后者减轻。此外,与同种轨道匹配时,相较于典型的珠光体车轮钢(CL65),贝氏体车轮钢具有更加优异的耐磨性和抗疲劳损伤能力。

关键词： 轴箱轴承系统   车轮扁疤   轮轨冲击   模型  

摘要： 车轮扁疤引起的轮轨冲击是造成轴箱轴承系统损伤的常见原因之一,为研究其影响机理,文章将车轮扁疤运动模型模拟得到的冲击载荷引入铁路客车双列圆锥滚子轴承轴箱系统力矩平衡模型,计算不同长度扁疤在实际工况下导致的轴箱轴承系统内部接触变形、偏转与局部极限接触应力,进而评估轴箱轴承系统的疲劳破坏与轮轨冲击接触的关联性。根据计算结果,从轴承使用寿命的角度建议当车速接近300 km/h时,车轮扁疤长度需要限制在30 mm以内。

关键词： 轨道交通   双层非线性扣件   频变特性   刚度   阻尼   瞬态滚动  

摘要： 为研究双层非线性扣件系统频变特性对轮轨动力特性的影响,基于锤击法测得了该扣件系统在100～1 000 Hz内的动刚度;建立了轨道结构有限元模型和轮轨瞬态滚动接触有限元模型,在模型中考虑扣件系统的频变特性,基于轨道结构模型分析了扣件系统频变特性对钢轨振动特性的影响,利用轮轨瞬态滚动接触模型分析其对轮轨动力特性的影响。研究结果表明:扣件系统在垂向、横向和纵向的动刚度随频率增加总体呈现出增大的趋势;扣件系统频变特性导致340 Hz以上钢轨振动更加显著,同时钢轨振动峰值所对应的频率向更高频段移动,340～700 Hz频段钢轨振动响应的变化是频变刚度和频变阻尼共同作用的结果,800～900 Hz频段的变化主要受扣件系统频变刚度的影响;钢轨振动响应的这种变化对小半径曲线段通过频率在340 Hz以上的短波长波磨有较大影响,因此,考虑扣件系统频变特性有益于提高该频段短波长波磨的预测精度;扣件系统频变刚度对轴箱振动加速度和轮轨力的影响较小,其最大值降低了约2%;扣件系统频变阻尼对这两者的影响较大,频变阻尼使轴箱振动加速度和轮轨力在100～470 Hz频段增大,在470～1 000 Hz频段减小;扣件系统频变特性对最大轮轨接触应力影响较小,考虑频变刚度时对应的轮轨接触应力略大,考虑频变阻尼时对应的轮轨接触应力略小。

关键词： 车轮多边形磨损   轮轨纵向互动   轮轨接触力   动态响应  

摘要： 针对车轮的多边形磨损,建立了重载列车轨道三维耦合动力学模型,研究了机车车轮多边形磨损引起的轮轨动力相互作用。在动力学模型中嵌入了低粘着区(LAZ)和防滑控制算法,以分析在正常和低粘着条件下车轮多边形磨损对轮轨纵向和横向相互作用的影响。在两台不同磨损模式的机车上进行了对比试验,包括车轮周向磨损测量和机车振动试验,验证了模型的合理性。在此基础上分析了多边形磨损的动态响应,结果表明车轮多边形磨损不仅会加剧车轮/轨道的垂直力,还会加剧车轮与轨道之间的纵向相互作用。多边形磨损对机车前两轮对与后两轮对的纵向相互作用影响较大。