关键词： 疲劳裂纹   硬度匹配   滑差   塑性变形   微观组织  

摘要： 随着我国铁路的高速发展,轮轨在服役过程中的疲劳损伤问题愈加突出,因此,本工作利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机研究轮轨滑差率、轮轨硬度比对滚动接触疲劳裂纹发展的影响。结果表明:滑差率较小时,疲劳裂纹较短,且裂纹沿着表面小角度扩展;滑差率大时,切向力增大,表层裂纹会被磨掉。循环转数小时,裂纹均停留在试样表层,扩展不明显;循环转数过大时,枝裂纹扩展相互连接形成网状。对比不同硬度材料的裂纹扩展试验发现:不同硬度匹配对裂纹扩展有着较大影响,硬度高的材料表面塑性变形较小,裂纹扩展速度慢,裂纹长度、宽度以及深度都较小;硬度低的材料裂纹扩展速度快,裂纹长度、宽度以及深度都有所增加。裂纹在试样中不同深度处的扩展速度有着较大差异,在靠近试样表面的裂纹需要克服的扩展阻力较大,故大多裂纹都停留在塑性变形层区域;一旦裂纹突破至基体区域,裂纹的扩展速度就会急剧增加。

关键词： 声学   现代有轨电车   曲线轨道   轮轨关系   轮轨噪声   噪声控制  

摘要： 以某市有轨电车项目为依托,研究分析典型小半径曲线的轮轨噪声特性和发生机理,通过钢轨打磨改善轮轨关系;研究弹性车轮、轮缘润滑、轨道润滑轮轨曲线对于噪声控制的影响规律。研究表明列车通过曲线半径时,弹性车轮产生的轮轨噪声明显低于传统车轮;轮缘润滑可在有轨电车小半径曲线地段广泛使用;通过测试发现在轮轨之间加入轨顶摩擦改进剂,可使摩擦系数控制在恒定合理范围内,从而降低轮轨间蠕变,有效降低噪声。

关键词： 轮轨滑动接触   磨损   摩擦热   接触应力   移动热源   温度  

摘要： 列车在启动、制动或通过曲线轨道、长大下坡道时,轮轨之间将出现滑动接触,这种现象在地铁中较为常见。滑动接触引起的磨损对接触区域应力和温度有着显著影响。根据数值计算方法和摩擦传热理论,建立轮轨接触磨损模型和摩擦传热模型,引入与磨损相关的接触应力,采用移动热源模拟轮轨之间的摩擦热,考虑温度对材料参数的影响,研究滑动磨损对应力和温度的影响。结果显示,随着滑动距离的增加,轮轨接触斑面积逐渐变大,接触应力从尖凸状变为扁平状,最大接触应力逐渐减小,接触应力分布趋于均匀。当磨损深度超过0.2 mm时,采用初始接触应力计算得到的轮轨节点温度值要显著高于采用与磨损相关的接触应力计算得到的温度值,并且随着滑动距离的增加,温度之间的差异逐渐变大。滑动接触时刻末,用初始接触应力计算的轮轨接触区域温度场中的最高温度比磨损相关的接触应力计算得到的最高温度分别高113.9℃和61.0℃。研究结果显示,磨损对应力和温度的影响较为显著,在计算应力和摩擦热时应充分考虑磨损对其的影响。

关键词： 高速列车   “车-轨”移动接地系统   绝缘节间拉弧   烧蚀机制   拉弧抑制  

摘要： 随着高速铁路运营密度、运行速度和牵引功率的不断提升,车辆移动回流系统与轨道固定回流系统耦合复杂造成过绝缘节时绝缘节间拉弧频发,电弧侵蚀绝缘节,导致轨道电路串接、串码等故障,严重威胁行车安全。围绕高速列车过钢轨绝缘节时车轨间回流耦合引起的绝缘节间拉弧问题开展研究,解析轮对接近、跨接、驶离绝缘节时回流途径拓扑结构及阻抗的动态变化过程,基于牵引系统的实采阻抗参数构建“车-轨”移动接地系统三维等效电路模型,解析列车各轮对滚动过绝缘节各接地轮轴回流路径及大小的动态变化规律。基于系统实际结构参数构建“转向架-钢轨”3D多物理场耦合模型,揭示回流耦合作用下的轮轨燃弧动态演化规律,探明接地电流、钢轨端压等因素对绝缘节间拉弧的影响机制。同时提出一种新型绝缘节间拉弧抑制装置,仿真分析抑制效果。

关键词： 高速车辆   车轮多边形   曲线通过   刚柔耦合   磨耗  

摘要： 为研究车轮多边形磨损对高速车辆通过曲线时轮轨动态作用的影响,基于车辆—轨道耦合动力学理论,建立考虑轮对和构架柔性的刚柔耦合车辆—轨道动力学模型。以横向轮轨力响应为依据选取多边形阶次,制定考虑曲线运行工况的车轮多边形幅值限值,进一步分析曲线上的车轮多边形磨耗演变行为。结果表明:车轮多边形阶次对轮对横向振动存在一定程度的影响;过圆曲线路段时,多边形车轮的接触点横向位置会向名义滚动圆处靠近且对曲线外侧车轮的横向蠕滑力影响更为显著;过超高严重加剧了车轮多边形对曲线通过性能的影响;磨耗后期形成以初始阶次为主导的混合多边形圆周且对车辆动力学特性的影响加剧。

关键词： 城市轨道交通   间接测量法   轮轨垂向力   轮轴横向力  

摘要： 针对现有传统轮轨力直接测量法测力轮对安装复杂、前期贴片与标定操作难度较大且成本较高等问题,以现有的相关研究为基础,以城市轨道交通列车为研究对象,利用Simpack动力学软件对轮轨力间接测量法进行仿真验证。推导出轮轨力间测量法的理论公式,利用Simpack软件,建立车辆-轨道动力学仿真模型,通过运算得出直线段轮轴横向力与轮轨垂向力两者在不同工况下误差的50%、75%、90%与最大值。结果表明,间接测量法具有较高的测量精度,为城市轨道交通轮轨力测量提供可选方案。

关键词： 钢轨磨耗   三维铁路钢轨磨耗模型   外轨磨耗   内轨磨耗  

摘要： 随着铁路运营的发展,货车车辆轴重不断增加,钢轨磨耗异常严重。本文采用UM动力学软件,建立了三维铁路钢轨磨耗模型,计算了红柠铁路专用线部分线路条件下的钢轨磨耗情况。结果表明:(1)线路直线段内外钢轨的磨耗程度相近且较轻;(2)缓和曲线段内轨的磨耗集中分布在距离轮轨作用边轨头约10 mm的走行面处,而外轨磨耗集中分布在外轨内侧半径为80 mm的弧段曲线上;(3)圆曲线段外轨磨耗严重,主要分布在轨头内侧半径为80 mm的弧段上,半径为300 mm的弧段上也有明显磨耗;(4)内轨磨耗主要分布在轨头半径为300 mm的弧段上,半径为80 mm的弧段上磨耗较轻。

关键词： 高速列车转向架   结构载荷分量贡献   轮轨激励   气动载荷   气动-多体动力学耦合  

摘要： 准确认知高速列车的结构载荷来源是开展疲劳可靠性设计的基础,本文聚焦于厘清高速列车转向架结构载荷中来自轮轨激励与气动作用的分量贡献.首先通过气动-多体动力学耦合计算,得到了单列车明线运行和单列车通过隧道工况不同外载作用下的高速列车转向架结构载荷,进而通过计算不同外载作用下的结构载荷特征差异分析了外部载荷等因素对结构载荷特征的影响.研究表明来自轮轨的激励是决定转向架结构载荷幅值的主因,而气动载荷是引起结构载荷均值变化的关键.本文进一步通过信号分析理论中的时域贡献网络求解方法量化了不同载荷来源对结构载荷的分量贡献,发现轮轨激励在明线和隧道工况下都是转向架结构载荷的主要分量贡献;同时也注意到隧道工况下,气动载荷对结构载荷的贡献显著上升.本文厘清了不同载荷来源在两种工况下对结构载荷的影响,相关结论可为高速列车关键结构的抗疲劳设计提供依据.

关键词： 高速列车   轮轨噪声   声源贡献量   短波不平顺   扣件参数  

摘要： 为了研究400 km/h高速轮轨噪声特性,基于傅里叶级数方法和2.5维边界元方法,建立轮轨滚动噪声预测模型,分析轮对与轨道的声辐射特性。利用轮轨滚动噪声预测模型,对轮轨短波不平顺在不同波深和波长特征下的噪声响应,以及扣件参数对轮轨噪声的影响进行研究。结果表明,随着短波不平顺波深增大,轮轨横向力、垂向力分别呈非线性增大0.7、62.7 kN;短波不平顺波长在31.5~500.0 mm时,轮轨横向力、垂向力受影响较小;短波不平顺波深增大1 dB,轮对、轨道和轮轨系统总声功率级呈线性增大约1 dB(A);随着短波不平顺波长减小,轮对声功率增大,轨道声功率先增大后减小;随着扣件垂向刚度增大,轮对、轨道、轮轨系统总声功率级分别减小0.1、1.1、1.0 dB(A);随着扣件垂向损失因子增大,轮对、轨道、轮轨系统总声功率级分别减小0.7、4.4、4.1 dB(A);扣件的横向刚度和横向损失因子对轮轨系统总声功率级无显著影响。

关键词： 轮轨周期性短波不平顺   安全限值   弹条断裂   钢轨加速度   轮轨垂向力   轮轴疲劳损伤寿命  

摘要： 针对400 km·h-1速度等级高速铁路车轮多边形和钢轨波磨安全限值缺乏的问题，提出确定轮轨周期性短波不平顺的安全限值的三个原则：基于《TB 10761-2013高速铁路工程动态验收技术规范》规定的轮轨垂向力不超过170 kN，基于武广线实测数据拟合得到的弹条与加速度关系以及弹条共振疲劳断裂的弹条加速度确定的钢轨加速度小于3250 m·s-2，基于轮轴至少服役30年换算确定的轮轴疲劳损伤寿命超过1200万公里。基于三个原则建立CR400BF型高速动车组的车辆-轨道刚柔耦合动力学模型，开展CR400BF动车组受大幅值轮轨周期性短波不平顺耦合激励下的轮轨力、钢轨振动加速度、轮轴疲劳损伤寿命计算，在此基础上研究时速400公里高速铁路轮轨周期性短波不平顺的安全限值，结果如下：120～200 mm波长的0.02 mm幅值钢轨波磨与0.025 mm幅值的14～22阶多边形耦合时轮轨力不超过170 kN，在120～200 mm波长的0.04 mm幅值钢轨波磨与0.02 mm幅值的14～22阶多边形耦合激励下钢轨加速度不超过3250 m·s-2，在120～200 mm波长的0.04 mm幅值钢轨波磨与0.03 mm幅值的14～22阶多边形耦合激励下轮轴疲劳损伤寿命超过1200万公里。因此，建议将时速400公里高速铁路的轮轨周期性短波不平顺的安全限值定为0.02 mm，与时速350 km限值一致。