关键词： 轮轨滚动接触   ALE   有限元   黏着   滚动圆半径   大功率机车  

摘要： 基于ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)有限元建立稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型。利用该模型计算和分析重载轮轨滚动接触的黏着特性,并研究不同速度等级对重载轮轨黏着蠕滑特性的影响。用该模型对重载大功率机车车轮在轨道上从制动、惰行到牵引过程进行计算,得到了这一过程中轮轨接触状态的变化规律和黏着特性曲线。在重载大功率机车从制动、惰行到牵引的过程中,轮轨纵向摩擦力由反方向饱和状态逐渐转变成牵引方向饱和状态,而轮轨横向摩擦力始终呈反对称性分布,其最大值位置先是逐渐靠近接触斑中心,然后又逐渐远离之;摩擦力矢量呈旋转分布,其方向从与运动方向相反逐渐变为与运动方向相同,其旋转中心从轮缘附近逐渐进入接触斑,随后又逐渐向轮缘一侧移动;当轮轨纵向蠕滑率较小(≤0.003)时,黏着力随纵向蠕滑率的增加而近似线性增加,但运行速度对此影响不大;进入大蠕滑率(>0.003)区域后,黏着力随蠕滑率的增加而减小,并且速度越高,黏着力降低得越快。

关键词： 槽型轨   独立轮对   动力仿真   对比分析  

摘要： 通过建立车辆-轨道动力学模型,对槽型轨及普通钢轨条件下,车辆曲线通过时的轮轨动力响应进行了仿真计算及对比分析。对比分析表明虽然Ri60轨条件下的轮轨横向力及脱轨系数较大,但由于其断面类型决定了其具有护轨功能,对于确保车辆安全有利;Ri60轨与CHN50轨条件下的轮轨磨耗基本相当,但槽型轨有利于轨道做铺面或绿化,因此对于敷设方式以地面为主的轻轨系统,采用槽型轨较为合理。

关键词： 蛇形运动   轮轨   相互作用   重载铁路   动力学  

摘要： 该文针对重载铁路货车车辆,从大系统角度,研究了蛇形失稳时的轮轨动态相互作用特征,仿真计算了当货车车辆以高于其非线性临界速度运行时的轮轨系统振动姿态。理论分析结果表明,轮对蛇形运动时,轮轨接触点在车轮踏面与轮缘根部交替变化,导致轮轴横向力变化非常剧烈,最大值接近正常值的10倍。在轮轨横向力的作用下,轮对以11.25Hz频率在轨道中心线左右横向运动,幅度达到了15mm,且摇头角位移较大,轮对蛇形运动波长为3.4m;钢轨横向振动也非常明显,将进一步加剧轮对横向运动。另外,轮轨横向相互作用力及钢轨横向振动位移的主频与轮对蛇形频率一致。

关键词： 滑动速度   摩擦因数   轮轨滚动接触   有限元分析  

摘要： 使用与滑动速度相关的摩擦因数替代库伦摩擦定律中的常系数,结合mixed Lagrangian/Eulerian方法建立轮轨滚动接触有限元模型,分析牵引力主导的蠕滑工况下的干燥状态的轮轨滚动接触特性。通过与摩擦因数取值为常数的轮轨滚动接触分析结果对比发现:与滑动速度相关的摩擦因数对轮轨滚动接触最大接触应力和接触斑面积影响不大,均在1%以内;但是对轮轨接触斑内最大Mises应力、最大纵向切应力、最大横向切应力和最大等效塑性应变影响较大,特别是对最大纵向切应力影响幅度近20%;更需要引起注意的是对轮轨滚动接触摩擦力矢量分布和切向塑性应变分布影响明显,这对轮轨滚动接触疲劳损伤分析非常重要。

关键词： 激光表面离散处理   轮轨材料   磨合形貌   油介质   粘着性能  

摘要： 本论文通过调整脉冲YAG激光参数，对列车车轮材料CL60试样表面进行处理，形成了轮轨材料试样在油润滑条件下滚滑运动时稳定的增粘技术。本论文的研究主要分理论和技术两部分。在本论文的工作中，研制了一套脉冲激光离散式试样表面处理装置，进行了车轮材料的激光离散熔凝工艺的研究，进行了激光处理形貌对轮轨材料试样油润滑条件下粘着影响的机理研究，应用无量纲参数对试样的表面形貌进行表征，并着重分析了表征参数对油润滑条件下粘着的影响规律。\n 在激光表面离散熔凝处理工艺研究中，应用理论计算确定激光参数，发现激光功率密度处于汽化与熔化之间时既能避免汽化造成的凹陷、空穴、裂纹等现象，又能让材料充分吸收激光能量，并在有限的激光脉冲时间内得到足够深的处理深度。在激光离散处理工艺研究中，通过调整激光脉冲的功率、波形、脉宽实现了不同的表面形貌，确定了三种激光参数可以分别进行激光熔凝、激光吹气造型和激光微坑刻蚀，实现不同表面形貌的激光处理，并通过可控分布系统实现表面离散处理的不同分布。\n 在激光离散处理试样的磨合形貌研究中，首先改造了摩擦磨损试验机，使其能实现粘着系数的连续可调。在此基础上，进行了干摩擦条件下轮轨材料的磨合试验，研究了不同激光处理工艺处理试样磨合后的形貌特征，应用数值计算的方法分析了激光离散熔凝点的支撑作用对磨损的影响，并研究了不同分布参数的激光熔凝试样磨合后的条纹形貌。\n 在表面形貌对油介质下粘着系数影响的研究中，提出两个无量纲参数Sp和Gr来表征固体的表面形貌。Sp用来表征固体表面凸起的承载能力，Gr用来表征固体表面凸起的分布及纹理方向。试验研究并讨论了Sp和Gr对油介质下激光离散处理CL60试样与钢轨试样之间的粘着的影响。结果表明，激光离散处理后的车轮材料试样可以在多种速度及多种油介质下稳定的增加轮轨材料试样之间的粘着;表面凸起的承载能力与凸起的分布对液体介质条件下的粘着具有重大影响:在混合润滑范围内，随着Sp的增加，粘着随之增加;Gr越大，最大粘着系数随着Sp增大的速度越快;相同的粗糙度Ra情况下，Gr越大，粘着系数越大。另外，将假想表面作为参数进行混合弹流润滑的理论计算，分析了计算得到的固体承载的压力占总载荷的比例与Sp、 Gr之间的关系。

关键词： 重载铁路曲线   轮轨磨耗   结构参数   摩擦系数   行车安全  

摘要： 随着我国经济的迅猛发展，铁路货运量逐年增加，重载运输已成为我国铁路货运的发展方向。但是，车辆运行速度及轴重不断增大，一方面导致列车对线路动力破坏作用加剧；另一方面，轨道线路对行车安全性及轮轨磨耗问题的影响愈加敏感。传统铁路线路轨道结构参数设置缺乏充分考虑车线之间复杂的动力相互作用以及对轮轨磨耗的影响。因此，从动力学角度进行重载铁路小半径曲线轮轨磨耗影响因素的分析，从而采取相应的措施减缓轮轨磨耗，具有重要的理论价值与工程意义。\n 本文米用SIMPACK多体动力学分析软件建立重载货车动力学分析模型，考虑了货车系统中的非线性环节，分析中以爱因斯磨耗数为评价指标，研究重载铁路小半径曲线轮轨磨耗问题。\n 然后，本文分析了轨道结构参数(主要包括曲线半径、超高、轨底坡、缓和曲线等参数)对轮轨动态相互作用性能及磨耗的影响规律。通过分析发现，不同磨耗阶段下的钢轨型面对车辆曲线通过性能有较大影响；曲线半径为影响轮轨磨耗的决定性因素；适当的超高设置有利于减轻导向轮外轮和钢轨的磨耗；适当增大内轨轨底坡可明显改善轮轨接触状态，改善车辆曲线通过性能；提高缓和曲线线型可改善缓和曲线各衔接点处的轮轨相互作用力。\n 最后，本文通过仿真模拟内外轨面摩擦系数的变化分析了轮轨接触面状态对轮轨磨耗的影响，并且研究了曲线内外轨摩擦系数的合理匹配。结果表明，轨面摩擦系数的变化对车辆曲线通过性能产生重要影响，曲线外轨磨耗量取决于外轨摩擦系数，并且受内外轨摩擦系数差值大小的影响；曲线内轨磨耗量在小摩擦系数区间内取决于内轨摩擦系数，而在中等摩擦系数区间时，取决于外轨摩擦系数。合理的内、外轨摩擦系数匹配，可有效降低轮轨磨耗。

关键词： 润滑脂   剖析   矿物油   铁路轮轨  

摘要： 采用IR、XRD、SEM-EDS等手段,对常用铁路轮轨润滑脂进行剖析,得到润滑脂的基础油种类和添加剂组成。研制一种新型铁路轮轨润滑脂,并与常用铁路轮轨润滑脂的性能进行比较。结果表明:研制的润滑脂的最大无卡咬负荷为863 N,比常用铁路轮轨润滑脂的大一倍多,其摩擦因数为0.008～0.032,明显小于常用铁路轮轨润滑脂的0.039～0.051,但烧结负荷小于常用铁路轮轨润滑脂;研制的润滑脂具有更好的胶体稳定性和耐热性。

关键词： 高速铁路   轮轨噪声   气动噪声   声屏障  

摘要： 本文以高速铁路噪声为研究对象，综合应用有限元和边界元方法对轮轨的振动及声辐射特性进行研究，以轮轨相互作用理论和声辐射理论为基础建立轮轨滚动噪声预测模型，对轮轨噪声的影响因素进行分析，采用流体力学软件Fluent对高速列车气动噪声进行数值仿真，采用声学软件SYSNOISE对声屏障的隔声性能进行研究。\n 采用有限元软件ANSYS分析车轮和钢轨的振动模态，在此基础上对轮轨进行谐响应分析，将两者表面振动速度导入边界元软件SYSNOISE，得到轮轨的辐射声场。\n 对轮轨表面粗糙度谱的理论估计和现场实测方法进行了探讨，在对钢轨垂向和横向阻抗、车轮径向和轴向阻抗分析的基础上，采用Hertz接触理论考虑轮轨之间的耦合作用，推导轮轨的垂向和横向振动公式，结合振动噪声辐射理论，建立高速铁路轮轨滚动噪声预测模型，对不同工况下的高速铁路轮轨滚动噪声进行仿真计算，并与京沪高速铁路试验结果进行对比分析。\n 利用建立的轮轨滚动噪声预测模型，对高速铁路轮轨滚动噪声的影响因素进行分析，包括高速列车运行速度、列车轴数、受声点距轨道中心线距离、车轮参数（车轮直径、辐板厚度）、钢轨参数等。\n 针对高速铁路气动噪声的问题，运用空气动力学和声学的相关理论方法，结合高速列车运行的实际边界条件，建立高速列车远场气动噪声的理论预测公式，通过理论分析和数值计算，分析高速列车气动噪声的产生机理。利用Fluent流体分析软件计算高速列车外部流场，获得较为精确的车身表面脉动压力，采用宽频带噪声模型计算高速列车表面噪声源，最后利用基于Lighthill方程的声模拟法求解高速列车远场气动噪声，并与京沪高速铁路试验结果进行对比分析。\n 在声屏障隔声性能评价理论的基础上，采用声学软件SYSNOISE建立了声屏障的二维分析模型，在SYSNOISE中定义柱面波声源来代替线声源，得到有声屏障的条件下的声场分布，进一步分析声源频谱特性及声屏障的结构形式等对其隔声性能的影响。

关键词： 轮轨接触状态   测力轮对   粒子滤波   无线检测  

摘要： 轮轨接触状态的测量是车辆动力学理论与实践的重要环节,对于车辆动力性能研究、脱轨机理研究、轮轨接触状态研究及列车运行安全监测都具有重要的意义。随着中国铁路运输向高速、重载方向发展,轮轨作用力的测量在精度和速度上都有了更高的要求。测力轮对方法是以轮对作为检测轮轨力的传感器,通过测量轮对特定位置的应变实现轮轨力的连续检测,是目前最准确、最直接的轮轨力测量技术。由于车辆在运行过程中,轮对受到轨道时变、非平稳的作用力影响产生应变,这种应变又被轮对转动所调制,因此测力轮对的测量精度会受到多种因素的影响,如：贴片工艺、车轮均匀性、车辆速度(车轮转速)、轮轨力作用点位置变化及其它一些干扰因素,所以需要对车轮辐板应变测力轮对技术的测量理论和数据处理方法做更深入的研究。 论文综述了测力轮对的发展历程和目前国际国内测力轮对的发展现状,分析了轮轨载荷作用下轮对辐板和车轴的应力分布,提出了适用性较强的测力轮对测量模型及其对应的计算方法,并研制了基于精密时间测量技术的无线测力轮对检测系统。其主要内容与成果如下： 1、提出以轮对整体为检测对象的轮轨力测量模型 在车辆动力学试验中广泛使用的测力轮对技术,虽然经过了几十年的发展但在轮轨力连续测量中仍存在欠缺之处。目前的国标方案基于两个前提：1、轮对辐板上能找到只含一次谐波输出的组桥半径;2、轮对辐板上能找到横向力和垂向力输出没有交叉干扰的组桥半径。这些对于现在大部分轮对(特别是动车组直辐板轮对)很难完全做到,并且,国标方案认为轮对沿名义滚动圆滚动,没有考虑作用点位置变化对输出信号的影响,测量存在较大误差。 论文在对目前列车轮对进行仿真分析的基础上,分析了轮对辐板和车轴在横向力、垂向力和作用点位置变化作用下产生应变的分布规律,采用在同一半径(辐板)和同一截面位置(车轴)布置多个应变片组合来消除对应的干扰谐波。以车轮为测量对象的方案在组桥方式上易于实现,但是针对目前常用的高速动车组的直辐板轮对,不易在直辐板上找到适合的半径适合其假设条件。以轮对为测量对象的检测方法理论上适用所有型号的测力轮对,但其具体应用还要考虑具体型号轮对的安装方式的客观条件。 2、提出基于现代信号理论的测力轮对轮轨接触作用力估计方法 根据经验可知,在车辆正常平稳行驶阶段的任意较短时间内,导致轮对应变桥输出改变的作用因素的状态变量(包括横向力、垂向力、作用点位置和轮对旋转角度)在时间上存在一定的延续性。也就是说,在正常行驶状态下,只要保证采样时间足够短,则可以认为当前状态是在前一时刻状态基础上作出微小改变,这就导出了作用状态变量横向力、垂向力、作用点位置和轮对旋转角度在时间上的变化规律和递推关系。 论文通过研究的轮轨接触状态的变化特点,建立了测力轮对检测系统关于时间的递推模型,并讨论了各种条件下各种粒子滤波类算法对测力轮对模型的适用性。 3、研制了基于精密时间测量技术的无线测力轮对检测系统 基于精密时间测量的应变检测技术不同于常规的惠斯通电桥测量方法,通过测量应变片对精密电容的充放电时间计算应变值,具有高稳定性、较小增益误差和低功耗的特点。论文针对测力轮对的实际应用需要,研制了无线测力轮对应变采集方案,并通过测试试验对检测系统进行了验证。

关键词： 轮轨磨耗   润滑装置   故障分析  

摘要： 通过对内燃机车轮轨润滑构造、工作原理及作用的介绍，结合实际分析了常见故障的原因，并提出了解决对策。