关键词： 高铁踏面   轮轨接触   接触应力   廓形优化   疲劳裂纹  

摘要： 针对我国某型高铁踏面存在的疲劳裂纹出现频繁、部分轮对镟修量大等问题进行了研究,通过计算其与现行高速钢轨的接触特性,发现存在轮轨接触应力较大、接触点应力集中的现象。为了解决这一问题,文章介绍了一种可供替代的W01GT3型踏面。通过对比2种踏面在不同轮对横移量下的几何接触特性、轮轨接触应力以及直线运行工况下的疲劳裂纹萌生寿命,结果表明,W01GT3型踏面与钢轨接触范围更宽,轮轨接触应力更小,在直线运行工况下的疲劳裂纹萌生寿命更长。因此,在镟修维护时,建议采用与该型踏面相近的模板,有助于缓解某型高铁踏面的滚动接触疲劳相关问题。

关键词： 轮轨激励   振动   热机耦合   制动盘   热疲劳损伤  

摘要： 为研究轮轨激励对高速列车轴装制动盘热-机耦合疲劳影响,建立高速列车制动盘动力学模型和三维瞬态热-机耦合有限元模型,对紧急制动工况下轴装制动盘振动特性和热-机耦合特性进行计算分析。结果表明,高速列车制动盘在垂向上的振动加速度值最大,横向上最小,且振动形式以制动抖动为主,在0~100 Hz范围抖动最剧烈;与无轮轨激励工况相比,有轮轨激励的轴装制动盘表面温度升高得既快又高,在散热时,温度下降也更快;摩擦面总体呈现三个环状温度分布,在摩擦半径中心处制动盘表面温度比两侧温度高,在三个不同的摩擦半径上,温度呈现梯度分布;有、无轮轨激励工况下制动盘表面的疲劳损伤和疲劳寿命的分布云图与制动盘表面的温度场分布情况基本一致,且热应力越大制动盘表面的疲劳损伤越严重,疲劳寿命越短。

关键词： 轨道车辆   轮轨力识别   Green函数法   状态空间法   NARX模型  

摘要： 为了尽可能减小轨道车辆垂向轮轨力时域识别中存在的误差,以时域法为基础,开展了基于机器学习修正的轨道车辆垂向轮轨力识别研究.首先建立了车辆动力学仿真模型,获取了车辆在随机轨道激励下以250km/h速度行驶时的轴箱加速度响应和垂向轮轨力.其次,建立了Green函数法、状态空间法这2种时域法对应的动载荷识别模型,对状态空间法的初值误差进行了分析,并引入多项式拟合法修正其趋势项误差,进而对比分析了2种方法的计算精度和计算效率.然后,针对时域法存在的识别误差,提出采用NARX(nonlinear autoregressive models with exogenous inputs)模型对识别误差进行训练和预测,用于消减模型中存在的如响应观测不全与观测噪声等因素造成的影响,进而对时域法识别结果进行修正,提高识别精度.最后,通过一个10自由度轨道车辆垂向动力学模型,对方法的正确性进行了验证.研究结果表明:2种方法对轨道车辆垂向轮轨力均具有较高的识别精度,对于各轮对的识别精度各有优劣;在计算效率方面,状态空间法比Green函数法更优;经NARX模型修正的2种时域法对轨道车辆垂向轮轨力均具有很好的识别效果,识别值与正演值的Pearson相关系数大于0.99,为极强相关.基于NARX模型的机器学习误差修正方法可有效提高时域识别精度,可以为后续轨道车辆轮轨力预测提供参考,具有较强的工程运用价值.

关键词： 轴重   蠕滑力   轮轨接触应力   滚动接触疲劳   有限元法  

摘要： 本文基于三维弹性体非Hertz滚动接触理论、CONTACT程序和有限元法,针对LMa车轮踏面与CN60钢轨匹配问题,通过仿真分析不同轮径和轴重的车轮对轮轨蠕滑力、轮轨接触应力和轮轨滚动接触疲劳等的影响。结果表明,在相同轮对横移量和轮径条件下,轴重每增加1t,轮轨蠕滑力平均增加7%~8%,接触斑面积、接触压力和等效应力平均增加2%~3%;在相同轮对横移量和轴重条件下,轮轨接触斑面积随轮径增加而增加,轮轨接触压力、等效应力随轮径增加而降低,但变化幅度均较小。计算结果可为车辆轮径和轴重的选择提供参考依据。

关键词： 桥梁结构   转体施工   轮轨系统驱动   有限元   受力性能  

摘要： 转体施工在跨越既有线路的桥梁建设中得到广泛应用,针对传统桥梁转体装置存在的控制性不强、转速不均、转角超限等工程难题,以合肥市文忠路上跨合肥东站立交桥为载体,从转体施工的转动设备与转动能力入手,提出了基于轮轨系统驱动的新型桥梁转体施工装置,增强了桥梁转体施工的精确性和可操作性;为验证装置的可行性和可靠性,通过精细化有限元模拟,探究装置在不同齿轮摩擦因数、球铰静摩擦系数以及齿轮宽度下的受力性能。通过对上述影响因素的分析结果表明,球铰静摩擦系数对齿轮及球铰受力性能的影响最显著;齿轮宽度对小齿轮系统峰值应力降低的贡献率,随着宽度的增长而逐渐降低;齿轮摩擦因数对轮轨系统的受力影响较小。所提出的新型转体装置能够安全、可靠地用于桥梁转体施工,为实现桥梁结构的精确化转体施工提供了重要的技术支撑。

关键词： 声辐射   阻尼板   轮轨接触   激励   频率  

摘要： 【目的】提高评价阻尼板车轮的降噪特性准确率。【方法】在轮轨接触下,利用特制工装并依据半消声室声学测试标准,对标准车轮WA和阻尼板车轮WB展开声辐射测试。【结果】1)相比轴向,径向激励下的降噪效果更好,达到了10.6dB(A),而轴向激励下只有7.8 dB(A)。2)阻尼板对车轮在频率800 Hz以下几乎没有降噪效果,但在800 Hz以上时降噪效果有明显提升。3)阻尼板能够很好地抑制车轮径向缩张和轴向弯曲运动,降低振动,减小车轮声辐射。【结论】阻尼板对车轮有较好的降噪效果和降噪频段,具有理论参考意义,可为阻尼板车轮的研究提供试验依据。

关键词： 轮轨接触几何   Newton方法   非均匀有理B样条曲线   高斯平滑   迭代分形  

摘要： 轮轨磨耗演变仿真需要在动力学程序中实时更新型面曲线,在每个动力学积分步中实现轮轨接触几何快速计算是核心算法。研究轮轨接触几何约束方程Newton迭代求解接触点算法,根值迭代的收敛性取决于初值与目标值的距离以及约束方程雅可比矩阵数值稳定性,极值迭代的收敛性取决于增量步在超曲面梯度的前进方向,约束方程哈希矩阵为半正定。基于迭代收敛影响因素,从型面曲线与导曲线平滑参数、Newton迭代缩放系数和迭代起点取值范围三方面研究轮轨接触几何迭代算法的稳定条件与参数选择区间。采用局部支撑特性的非均匀有理B样条曲线描述轮轨型面,局部控制点的变化不会引起全局形状的改变。以接触斑横轴尺寸为高斯平滑窗口对型面和导曲线进行平滑处理,满足雅可比矩阵数值稳定性要求。为避免轮缘接触区迭代增量越界振荡,选择缩放系数0.5以满足收敛速度和稳定性要求。基于Newton迭代分形研究不同接触区的无条件收敛稳定域,迭代初始参数选在目标点为中心±3mm的邻域可确保收敛稳定。

关键词： 城市轨道交通   轮轨力间接测量法   动力学模型仿真   一系悬挂刚度标定   线路试验  

摘要： 随着我国开通城市轨道交通的城市数量与运营线路里程的不断增加,城市轨道交通的安全性运营备受关注。轮轨力是评估车辆运行稳定性的基础,因此如何准确、便捷地测量出轮轨力至关重要。通过在车辆其他位置测得响应推导得到轮轨力的方法称为轮轨力的间接测量法。由于测力轮对容易受到损伤,且安装与运输成本较高,而轮轨力的间接测量法具有成本低,操作方便等优势,故对轮轨力间接测量法的研究有着十分重要的工程意义。本文通过Simpack动力学仿真和3B综合检测车对轮轨力间接测量法进行可行性与应用研究,并对其测量结果的有效性与工程应用性进行验证。 本文的具体研究工作如下: (1)通过对轮对与转向架的一系悬挂进行受力分析,推导出轮轨力间接测量法的轮轴横向力与轮轨垂向力的理论模型,并利用Python给出轮轨力间接测量法的计算程序。 (2)通过Simpack建立单车体动力学模型,并利用此模型在不同时速与线形进行仿真,通过对比仿真模型的轮轨垂向力和轮轴横向力的直接输出值与间接测量法的理论计算值,并进行误差分析,对轮轨力间接测量法的理论可行性进行了验证。 (3)基于间接测量法理论,结合3B检测车转向架结构,提出了一种一系悬挂标定方法,并利用Ansys建立车体-转向架模型对此方法进行验证。设计出一款一系悬挂刚度标定设备,并对3B检测车测力轮对所在转向架的一系悬挂进行了刚度标定。 (4)以北京地铁6号线西延段为试验对象,通过在3B检测车测力轮对处安装间接测量法设备,采用轮轨力间接测量法进行了现场实测应用,测力轮对同步进行轮轨力测量。结合现场试验布置条件,利用Python构建出轮轨力间接测量法与测力轮对同步测量的计算程序,通过对比两种测量方法在运营线路上测力结果,验证了间接测量法在现场的应用性与检测结果的有效性。

关键词： 动力学建模   参数估计   轮轨力辨识   神经网络  

摘要： 在重载货车安全运营过程中,悬挂系统参数的精良调校与参数值准确设定是全面、精确评估车辆受力情况的前提,轮轨力则是揭示轮轨作用关系、监测行车安全的关键指标。但是,在重载列车长期服役过程中,车辆悬挂参数因为老化,疲软等原因,同初始设计值之间会存在较大差异;同时,轮轨力直接测量方法成本高昂,基于机理模型的轮轨力辨识过程繁琐,计算量大,且精度难以保证。为此,本文开展了基于数据驱动的货车参数估计与轮轨力辨识研究,主要工作如下: （1）针对在多工况背景下如何准确评估车辆-线路耦合动力学行为问题,运用动力学软件建立C80车辆-线路耦合多体动力学模型,分析了在不同工况下车辆动力学响应过程。首先,结合轨道特性和车线耦合关系建立了车线耦合动力学模型。针对小曲率、直线等13种不同工况,以《机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》为参照,对多工况背景下车辆-线路耦合动力学行为进行评估。评估结果分析,所建模型的横向平稳性和垂向平稳性、脱轨系数、轮重减载率等动力学指标都满足规范要求,能够用于后续车辆轨道动力学仿真计算,为参数估计与轮轨力辨识研究提供机理模型和车辆响应数据。 （2）针对传统的重载货车悬挂参数估计方法模型更新困难、计算效率和泛化性较低等问题,设计了一种基于代理模型的重载货车悬挂参数估计方法。首先,基于方差的全局灵敏度分析,选取了部分对轮轨力影响较大的关键悬挂参数,并以关键悬挂参数为输入,轮轨力为输出,构建样本数据库。然后,基于门控循环单元网络设计了一种数据驱动的代理模型,并以实际轮轨力为基准,结合多目标灰狼优化算法对关键悬挂参数进行估计。最后,对参数估计前后机理模型轮轨力输出值与实际轮轨力值进行了对比实验。实验结果表明,所提方法能够较为准确地估计重载货车的悬挂参数,动力学仿真精度得到提升。 （3）针对传统的轮轨力辨识方法成本高、过程繁琐、计算量大、泛化性低等问题,设计了一种基于车辆动力学响应的数据驱动轮轨力辨识方法。首先,以车辆振动响应、车体位姿、运行状态等多源信息构建特征集,并经特征选择保留有效的特征子集,构造样本数据库。然后,将卷积神经网络和双向长短期记忆网络相结合,充分提取轮轨力数据本身的时空特征。最后,设计了输出轮轨力辨识结果的全连接层,分别从模型辨识精度、泛化性、鲁棒性三个方面评估所提方法性能。结果表明,所提方法相较于传统算法和单一网络模型性能更优,且能适用于不同工况以及不同噪声级别的数据。