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： 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： 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。

标准号: NS-EN 13232-3-2003+A1-2011

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： 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： 车辆—轨道耦合动力学   钢轨焊接接头   地铁   不平顺   轨下胶垫  

摘要： 受益于无缝线路平顺性高与整体性好的优势,无缝线路已成为现代铁路线路的首选,钢轨焊接无疑是无缝线路技术中极为关键的一项,焊接接头的平顺性也因此受到越来越多的关注。焊接平顺性对车辆—轨道系统的动力响应有着重要影响,并会对焊接接头的使用寿命产生影响,对钢轨焊接区动力响应进行研究极具现实意义与工程价值。 本文首先回顾了钢轨焊接接头研究进展与现状,之后基于车辆—轨道耦合动力学理论,建立了垂向耦合模型,并采用Fortran语言编程实现。依据对某地铁线路实际运营中出现的焊接接头不平顺的实地测量数据,运用所建立的耦合模型,对焊接不平顺激扰下的车辆—轨道系统动力响应进行了讨论,并对比了实测不平顺与谐波不平顺作用下的系统动力响应。对诸如行车速度、不平顺波长与波深、焊接接头位置、轨枕间距、钢轨质量、轨道结构形式等相关参数对系统动力响应的影响进行了全面的分析,并重点考察了扣件及轨下胶垫弹性的影响。 仿真计算结果表明,叠加不平顺所引起的系统动力响应同时具有长波衰减缓慢与短波瞬态冲击大的特点,最大轮轨力则由其中的短波成分决定。虽然实测焊接接头不平顺波形中并非数学意义上的谐波形式,但对动力响应起决定作用的是其中的主波成分,若谐波不平顺参数(波长、波深)选取得当的话,谐波不平顺可较好地再现实测不平顺的影响。 可通过以下措施改善车辆—轨道系统的动力响应,如降低行车速度、增大不平顺波长、减小波深、采用弹性较好的轨道形式。轨枕间距、钢轨质量的提高或降低则应根据实际运营情况决定。为改善扣件及轨下胶垫受载情况,应尽量保证焊接接头布置于两钢轨支点中间,避免其出现在支点正上方。轨下胶垫老化会造成焊接接头区轮轨动力响应的恶化,相反,提高扣件及轨下胶垫弹性可大大改善车辆—轨道系统动力响应。因此,有必要定期检查焊接接头区轨下胶垫使用情况,并及时更换老化胶垫。实际线路维护过程中,可以通过更换接头附近3～4个老化胶垫为正常或高弹性胶垫,以达到改善动力响应的目的,条件允许的话,可更换5～6个。

关键词： 车辆动力学   轮对结构柔性   车轮多边形磨损   试验研究   仿真分析  

摘要： 传统的铁路车辆系统动力学模型通常把车辆各个部件视为刚体,其适用的频率范围一般在20Hz以内。随着铁路运输不断向高速重载方向的发展及车辆结构的轻量化设计,车辆和轨道系统自身的柔性特性对车辆系统动力学性能的影响不容忽视。针对车辆和轨道系统结构异常磨损、疲劳破坏及轮轨之间的振动和噪声问题,必须采用更高频范围的车辆系统动力学模型。而轮对结构柔性又是中高频动力学非常重要的一个部分,它不仅影响着车辆动力学性能,更重要的是直接影响着轮轨之间的蠕滑、磨损及噪声。本文以国内某地铁车辆为对象,开展以下研究工作： 1、对车轮多边形异常磨耗现象进行了现场测试,分析了车轮多边形磨损的特征,揭示了该地铁车辆车轮多边形形成的机理,即轮对弯曲刚度不足导致车辆在运行时轮对一阶弯曲共振模态被激发使车轮踏面发生不均匀磨损,在加粗车轴直径以提高轮对弯曲刚度后多边形异常磨损得到较好的抑制。 2、采用有限元法建立了地铁车辆轮对有限元模型,进行轮对的模态分析；在此基础上,利用多体系统动力学仿真软件SIMPACK建立了考虑轮对结构柔性的地铁车辆动力学模型,模型中引入无质量的刚性踏面与柔性体轮对上的一点固结,以传递力与运动学关系。比较了传统刚性轮对模型和柔性体轮对模型动力学行为的差异,指出了建立柔性轮对模型的必要性。计算结果表明,考虑轮对结构柔性后对轮轨动力行为有一定的影响,加粗车轴后可减小轮对的垂向振动,改善轮轨之间动力作用。另外,考虑轮对结构柔性的车辆动力学仿真结果表明,在随机激励作用下,轮对自身柔性明显被激发出来,尤其是轮对的一阶弯曲共振模态,结合上述试验研究,进一步解释了车轮多边形磨损形成原因。

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。