关键词： 重载   货车   转向架   动力学仿真   轮轨动作用力  

摘要： 随着我国经济迅速发展,铁路货运量随之增加。发展重载运输能充分发挥铁路货运的优势,提高线路运能与运量,实现多运快运。重载铁路运输的主流是提高轴重,增加列车每延米有效载重,充分利用现有站线长度。 然而货车轴重的增加,势必会给轮轨之间的相互作用带来更不利的影响。轮轨相互作用,尤其是轮轨的垂向动作用力会不断增加,恶化车辆的运行平稳与安全性能,破坏轨道结构,加剧线路变形等。由于重载列车编组长度长、轴重大,因此运行过程中需要的牵引与制动力很大,传播距离远、时间长,从而造成列车受力复杂,易引起列车冲动、脱轨、车辆设备受损等问题。因此,研究与分析车辆轨道参数对重载货车轮轨之间相互作用力的影响很有必要,对我国重载运输的发展也具有一定的现实意义。 本文综述了国内外铁路重载运输的发展现状,简要阐述了轮轨相互作用的研究进展。以车辆系统动力学理论为基础,对铁路重载货车中各个部件进行受力分析,并建立相应的力学运动方程。根据大秦线上装用转K6型转向架的C80重载货车的结构和悬挂特点,通过简化其非线性因素,建立了重载货车动力学仿真模型。 通过以上动力学建模和仿真计算,分析了重载货车车辆及其轨道相关参数对轮轨之间相互作用力的影响。文中主要从运行速度、轴重、簧下质量、承载鞍弹性橡胶垫垂向刚度、摇枕每侧弹簧垂向刚度、车轮踏面外形、车轮质量偏心以及车轮多边形化等车辆参数分析计算,探讨相关参数对轮轨垂向动力作用的影响。然后分析轨道参数如轮轨摩擦系数、轨道轨下胶垫刚度、轨道谐波激扰以及轨底坡等对轮轨垂向动力作用的影响。此外,还比较分析了考虑轮对刚性模型与考虑轮对弹性模型的各动力学指标。 论文计算结果表明,重载货车运行速度、轴重、簧下质量、摇枕弹簧垂向刚度、承载鞍弹性橡胶垫垂向刚度、车轮质量偏心、车轮多边形化以及轨道谐波激扰对轮轨之间动作用力的影响较大,车轮踏面外形、轨底坡对轮轨接触应力影响较大。因此,合理地设计车辆与轨道各参数有利于降低轮轨间相互动力作用。

关键词： 轮轨系统   轮轨噪声   Green方程   Floquet定理   钢轨吸振器  

摘要： 轮轨系统的振动及噪声作为铁路交通振动噪声中的一个重要组成部分,其形成机理、理论仿真预测及轮轨振动噪声的控制都已成为铁路交通振动噪声研究中的重要方面。为了有效地预测分析轮轨系统的振动、声辐射及减振降噪措施对其振动、声辐射的控制效果,本文建立了轮轨振动、声辐射计算模型,并利用该模型预测分析了我国高速铁路有砟轨道结构中轮轨系统的振动、声辐射特性,研究了钢轨动力吸振器对轮轨系统振动、声辐射的控制效果。 首先,本文在频域内建立了轨道结构垂向振动预测模型。模型中,用周期性离散支撑的无限长的欧拉梁来模拟钢轨扣件系统,欧拉梁的Green方程用以描述载荷激励下钢轨垂向振动位移响应,适用于移动载荷激励。利用该模型对固定点作用的单位简谐载荷激励、移动单位简谐载荷激励下钢轨的垂向振动特性进行了仿真预测,分析了钢轨的垂向振动特性及移动单位简谐载荷的移动速度、激励频率对其的影响。 以频域内轨道结构垂向振动预测模型为基础,建立考虑车轮、轨道结构及轮轨相互作用的轮轨系统振动预测模型。模型中,以我国高速铁路实测车轮、钢轨表面粗糙度数据作为激励输入,轮轨系统相互作用产生的轮轨接触力激励轮轨系统产生振动,对移动轮轨接触力激励下车轮、钢轨的振动特性分别进行了仿真预测,分析了移动轮轨接触力激励的移动速度、激励频率对其的影响。 其次,结合轮轨系统振动预测模型及结构声辐射理论,建立了轮轨系统声辐射预测模型。在移动的相对位移／粗糙度引起的轮轨接触力激励下,对移动轮轨力激励在各移动速度下车轮、轨道结构的声辐射特性分别进行仿真预测。 最后,在轮轨系统振动预测模型中轨跨中间位置,考虑在轨跨中间位置用离散的双层质量块-阻尼-弹簧系统模拟离散分布的钢轨动力吸振器,建立了车轮-轨道结构-钢轨动力吸振器系统的振动及声辐射预测模型,动力吸振器特性由其6参数决定。利用该模型对钢轨动力吸振器的吸振降噪特性进行了研究,调查了钢轨动力吸振器各参数对其吸振降噪特性的影响。研究结果表明,钢轨动力吸振器可以有效抑制钢轨pinned-pinned共振峰值,但同时会引起调谐频率两侧频率位置钢轨振动响应、振动能量峰值的形成;钢轨动力吸振器可有效降低500-1250Hz频率范围内轮轨系统的辐射噪声,最大达到5.1dBA;钢轨动力吸振器6参数适当选配并优化组合,可以取得较好的吸振效果。

关键词： 轮轨关系   列车脱轨   原因  

摘要： 本文从轮轨关系方面的角度,对空车悬浮脱轨、车辆直线区段脱轨和车辆小半径曲线脱轨三种情况的脱轨事故发生的原因进行了分析。

关键词： 轮轨   水   撒砂   摩擦因数   接触应力  

摘要： 轮轨接触问题一直是铁路运行中最基本、最复杂的问题之一。当今世界的铁路运输网络所具有的几大特点是运输量提高、轴重加大、速率增加、行车量密集。由此衍生出的轮轨材料接触面磨损程度加剧、减短轮轨材料的使用寿命、增粘剂的使用对轮轨材料的深层影响等轮轨接触带来的问题,都对铁路运输系统有着深远的影响。 利用MMS-2A型摩擦磨损试验机进行不同工况下轮轨材料的摩擦磨损实验,分析了同一加载情况下,干态、水态以及水砂态对轮轨材料摩擦磨损性能的影响,研究了水态下不同的加载情况对轮轨材料摩擦磨损性能的影响;结合前述模拟试验部分,利用有限元软件ANSYS得到轮轨静接触工况下的应力、接触斑等特征数值。 论文通过研究得到以下几个结论： 1.相比于干态,水会使轮轨材料的摩擦因数、磨损量明显下降;水介质下撒砂可增加轮轨材料滚动摩擦因数和磨损量,且加重轮轨表面的损伤,撒砂后续的干摩擦会使摩擦因数恢复到干态下的正常水平;随水态、干态到水砂态工况的变化,车轮试样表面从粗糙凸起并伴有轻微剥落向严重剥落损伤转变,钢轨材料的表面损伤主要表现为片层状剥离并伴有剥落现象,但较车轮材料的剥落损伤程度轻微。 2.随着载荷的增加,轮轨材料的磨损程度降低,其中摩擦因数、磨损量有所下降;载荷从110N到170N的增加过程中,车轮材料表面从多处分布点蚀及剥离到仅极少的呈现出点蚀的情况,钢轨材料表面也呈现同样的变化趋势,且车轮材料损伤程度重于钢轨材料。 3.有限元模拟结果表明：在相同的载荷条件下,轮轨材料静接触面间代入不同的摩擦因数计算时,对接触面间的最大接触应力及接触斑的影响不大;当代入相同的摩擦因数时,随着载荷的增加,轮轨材料接触面的接触半径呈平缓的上升趋势,接触区域面积渐增。接触面的最大接触应力随载荷的增加呈现非线性增长趋势,且随着载荷的不断增大,接触应力变化趋于平缓。

关键词： 过山车   轮轨摩擦系数   实验台   刚柔耦合分段仿真   ADAMS  

摘要： 过山车常见于游乐园和主题乐园中,深受广大游客的喜爱。它的运动过程包含了许多物理学原理,在高速运行的过程中,失重、超重、离心等现象不断出现,其运行过程中的运动学和动力学性能直接决定了其安全性。 过山车的运行过程就是初始的重力势能被轮轨摩擦和其他阻力不断消耗的过程,所以轮轨系统摩擦的大小直接决定了过山车运行过程中的运动学和动力学性能。现有的过山车运动学和动力学分析都是根据经验给定轮轨系统的摩擦系数,而实际的摩擦受到材料性质、载荷、滑动速度、温度、表面粗糙度、表面膜等因素的影响,所以有必要就过山车轮轨系统摩擦特性进行实验研究,以保证仿真的真实性,提高过山车的整体设计水平。 论文首先介绍了过山车轮轨系统摩擦系数测试实验台的设计过程,该实验台可更换安装不同类型的轮组和轨道,分别测量在不同压力和速度下过山车轮系中的轮组与轨道之间的摩擦系数,适用于不同类型的过山车,具有较强的实用和通用性。其次,利用有限元分析软件ANSYS及ANSYS Workbench对实验台中的关键零部件建模、施加载荷及边界条件,进行强度校核。然后,利用动力学仿真分析软件ADAMS,结合三维实体设计软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS建立实验台虚拟样机的刚柔耦合模型,对实验台的动态性能进行研究,保证实验台的性能。最后,通过列举不同的数据对实验台虚拟样机进行仿真测试分析,利用MATLAB软件对仿真结果进行数据处理,得到摩擦系数关于压力和速度的函数关系式,验证了实验台的可行性。 论文的研究工作证明了所设计实验台的可行性,其结构强度满足要求,动态性能能够满足摩擦性能测试需要,对过山车的仿真设计提供了有价值的参考。

关键词： 轨道交通建设   宁波市   城市轨道交通   规划   长远计划  

摘要： 近日,《宁波市城市轨道交通近期建设规划(2013-2020年)》获得国务院批准。宁波市轨道交通第一轮规划的建设周期是2008年至2015年,先后建设1号线全线(一期、二期工程)、2号线一期工程,至2015年形成轨道交通"十"字骨架,线路总长72.1 km。目前,

关键词： 大型天线座   轮轨   指向精度   接触变形   有限元分析  

摘要： 射电天文学的发展，使射电望远镜得到了越来越广泛的应用。随着射电天线规模、重量越来越大，轮轨接触副在重载荷作用下接触变形，会影响天线轨道的水平度和天线指向精度。因此对大型射电天线轮轨系统的接触力学分析、运行仿真分析和现场测量具有一定的工程应用意义。 本文首先从非赫兹接触理论入手，建立了大型射电天线轮轨非赫兹弹塑性接触力学模型。从理论上对天线轮轨的载荷、接触应力、接触变形等方面进行了全面分析，得到了天线滚轮与轨道接触区的接触应力分布，并给出了轮滚接触应力的数值解，为轮轨接触仿真分析中参数设置提供精确的指导，并为仿真模型的简化提供理论支持。 其次，在理论分析的基础上，运用***有限元分析软件建立了天线轮轨接触力学仿真模型，分析了轮轨接触区的接触载荷分布、应力分布、应变以及变形情况。针对轨道弹塑性接触应力和变形随轮轨接触区到轨道接缝距离变化这一情况，建立了大型天线轨道接头处轮轨弹塑性接触有限元模型并进行分析计算。 最后，通过对国家天文台五十米口径射电天线轮轨接触变形的现场测试，进一步验证仿真模型和非赫兹弹塑性接触理论的准确性，主要包括：提出一种天线座轨道水平度偏差测量方案，利用高精度数字全站仪测量系统对轨道面进行了现场测试，提出一种可行的轨道水平度调整方法;针对轨道接头处刚度不足，易引起射电天线指向精度下降这一问题，探索了一种现场测试方案，对靠近轨道接头不同距离的接触情况，进行测试。通过测试，初步得到了天线轮轨低速运行时实际的接触变形量，同时也验证了仿真分析模型与测试方法的准确性。 本文所建立的轮轨接触力学分析模型，有利于天线轮轨非赫兹接触问题的深入研究与现场测试，为大型轮轨式天线座架设计提供一定的参考与指导。

关键词： 曲线轨道   轮轨动态相互作用   性能匹配   提速铁路   高速铁路   平纵断面   车辆一轨道耦合动力学   车辆工程  

摘要： 由于提速和高速带来的曲线轨道轮轨系统相互作用问题,在实际运营中更显突出,对轮轨动力学性能匹配技术提出了更高的要求。本论文基于车辆—轨道耦合动力学理论,针对提速和高速铁路,开展了曲线轨道轮轨动态相互作用性能匹配研究。 论文首先基于车辆—轨道耦合动力学理论,以铁路线路为研究对象,提出了曲线轨道轮轨动态相互作用性能匹配技术,包括：曲线轨道轮轨动态相互作用分析模型、实测轮轨型面的轮轨接触几何关系、轮轨动态相互作用计算机仿真分析软件TTISIM、主要动力性能指标评价标准、曲线轨道轮轨动态相互作用匹配原理及研究思路。 接着,分析了轨道结构振动及轨道结构关键参数对曲线轨道轮轨动力性能的影响,并讨论了钢轨翻转运动对曲线轨道轮轨动力性能的影响。结果表明：考虑轨道结构参振,轮轨相互作用性能指标均大于不考虑轨道结构振动的值;对于轨道结构振动模型,不考虑钢轨扭转变形时的轮轨动力性能指标值大于考虑扭转变形时的值,且两者之间差异在10%以内;轨下支承横向及垂向刚度对曲线轨道轮轨动力性能有较明显的影响。 运用曲线轨道轮轨动态相互作用性能匹配技术,分析了既有提速铁路曲线轨道的轮轨动态相互作用性能。结果表明,提速列车通过既有铁路曲线轨道时,轮轨动态相互作用较剧烈;牵引力可改变轮轨纵向蠕滑力的大小和方向,影响轮轨动态相互作用性能;列车提速到200-250km/h速度后,轮重减载较明显,其主因是轨道上存在1-2.5m波长范围不平顺,降低1-2.5m波长范围的高低不平顺幅值可以有效减小轮重减载率,提高列车的运行安全性能,该研究结果为铁路提速工程提供了理论支撑。 采用理论分析与现场试验相结合的方法,分析了山区铁路小半径曲线强化轨道动力性能。结果表明：强化改造技术方案有利于控制轨道结构振动位移或变形,有利于提高轨道结构稳定性,因而能够减少线路养护维修工作量。该研究结果为山区铁路小半径曲线轨道提速对策的制订及推广应用提供了理论与试验依据。 最后,分析了高速铁路曲线轨道的轮轨动态相互作用性能匹配。结果表明：高速运营条件下曲线轨道外侧轮轨接触范围较大,而内侧轮轨接触点范围较窄;在波浪形磨耗不平顺激扰下,曲线轨道的轮轨动力作用明显加剧;在轨道随机不平顺激扰下,对于本文设置的高速铁路平纵断面零距离衔接工况,所有安全性指标及舒适性指标均满足要求。最后以广深港客运专线设计阶段的珠江段平纵断面比选的工程为例,介绍了高速铁路曲线轨道轮轨动态相互作用性能匹配的工程应用情况。

关键词： 轮轨粘着   第三介质   部分弹流润滑   多重网格法   表面粗糙度  

摘要： 车轮与钢轨之间的粘着问题是列车运行过程中一个重要影响因素,列车的启动、运行和制动都要靠车轮与钢轨之间的粘着来实现,因此轮轨粘着行为对列车运行的安全性、舒适性和经济性都有很大的影响。 基于Carter的二维滚动接触理论和粗糙面间部分弹流理论,利用Patir和Cheng的平均层流模型,建立了第三介质条件下轮轨间二维滚动接触数值模型,采用多重网格法对其进行求解。研究了滚动速度、轴重、表面粗糙度、车轮半径及介质粘度对轮轨粘着特性的影响。利用JD-1轮轨模拟试验机研究了水油介质条件下滚动速度和轴重对轮轨粘着特性的影响,并将实验结果与数值结果进行了对比分析。论文通过研究得到以下几个结论： 1.数值仿真结果表明：油介质下的轮轨粘着系数明显低于水介质下粘着系数;轮轨粘着系数随表面粗糙度、轮径的增加而增大;随滚动速度、轴重的增加而降低;随介质粘度的增加而降低。在众多影响因素中,滚动速度与表面粗糙度的影响比较大;介质粘度对轮轨粘着特性的影响是通过改变介质膜厚来实现的。 2.实验结果表明：在水、油介质条件下,轮轨粘着系数随滚动速度和轴重的增加而降低。 3.数值仿真结果和实验结果对比分析表明：相同条件下数值仿真结果曲线和实验结果的曲线在变化趋势上完全一致;由于数值仿真过程中对作用不大的影响因素进行了简化处理,故数值仿真结果与实验结果存在一定的差异,且两者误差小于10%。

关键词： 名义间隙   内侧距   稳态接触   动力学性能   动态分析  

摘要： 随着我国列车运行速度的提高,车辆系统动力学中的轮轨关系变得更重要,其中,轮对名义间隙,是由轨距、轮对内侧距、轮缘厚度等轮轨技术参数而决定的轮轨间接触的缝隙,其大小会通过轨道不平顺对车辆产生影响,在保持轨距、轮缘厚度等参数不变条件下,单纯改变轮对内侧距来进行研究存在不足,其一轮对内侧距的改变必然导致等效锥度随之改变,其二轮轨接触几何关系也随之发生变化。本文采用设计踏面的方法对这一问题进行研究。 本文通过设计不同轮轨间隙的车轮踏面,并建立车辆动力学模型,通过对轮轨稳态接触、临界速度和曲线通过性能计算,以及轮轨直线、曲线动态接触等计算,综合分析轮轨间隙对车辆动态性能的影响。结果发现,轮轨间隙为6.5mm时,锥形踏面等效锥度未能随其横移量的变化而改变,因此过早发生轮缘接触;而磨耗型踏面,轮轨间隙为9.5mm时,轮轨接触分布均匀,可避免过早发生轮缘接触现象。轮轨间隙较大时,临界速度明显提高,曲线通过性能较好,在此方面轮轨间隙对锥形踏面的影响更明显。在直线运行时,轮对横移量、接触压力密度和接触摩擦功等动态接触性能指标相差不大;但在通过曲线时,上述指标差异明显,轮轨间隙较大有利于降低轮缘接触的次数,降低轮轨间磨耗和损坏。当车轮踏面设计间隙为8.0mm时,进一步分析表明,各项指标介于6.5mm和9.5mm之间,但更为靠近9.5mm的结果。 因此,综合分析各项结果,可以看出,轮轨间隙过小,会导致过早的发生轮缘接触,降低其临界速度;而轮轨间隙的增大,可以使得轮轨接触分布更均匀,临界速度高,曲线通过性能较好,并且在轨道不平顺作用下运行时,有利于降低轮缘接触次数,以及降低磨耗和损坏。