关键词： Polach轮轨蠕滑   盘式制动系统   非线性动力学   高速列车  

摘要： 为了揭示在制动工况下轮轨蠕滑对高速列车非线性振动的影响,考虑Polach轮轨蠕滑和盘片Stribeck摩擦,建立了高速列车盘式制动系统的3自由度非线性动力学模型,采用数值积分法求解制动系统的振动响应,并与线路试验数据进行对比,验证了模型的有效性。通过该模型进一步研究了低速下盘式制动系统非线性动力学行为,对比分析了Polach轮轨蠕滑模型与双线性轮轨蠕滑模型的差异;探究了平均蠕滑率和轨面条件对制动系统振动的影响;揭示了轮轨黏着与盘式制动系统非线性行为的相互作用机理。结果表明:相比于双线性轮轨蠕滑模型,Polach轮轨蠕滑模型受车速影响更为明显,更加符合实际服役情况;平均蠕滑率增大、轨面条件变差将导致混沌运动出现时的制动压力更小,混沌-周期振动交替出现的次数增加,制动系统振动行为更为复杂。

关键词： 蠕滑曲线   Polach模型   车辆动力学   蠕滑力/率关系   黏着系数  

摘要： 由于铁路系统的开放性,轮轨界面难以避免遭受第三介质(如水、油、雪等)的侵袭,轮轨蠕滑特性将因此改变。为研究轮轨蠕滑曲线对车辆-轨道动态相互作用的影响,首先,基于最小二乘法原理获得适用于Polach接触模型的参数,以模拟水介质条件下40~400 km/h行车速度范围内的实测轮轨蠕滑曲线;随后,采用SIMPACK多体动力学仿真软件建立车辆-轨道动力学模型,利用FASTSIM算法和Polach模型分别模拟理想条件与实测轮轨蠕滑曲线,以300 km/h运行速度为例,详细对比这两种蠕滑曲线条件下车辆-轨道动态相互作用的差异,并进一步分析运行速度的影响。研究表明:车辆运行速度为300 km/h时,实测轮轨蠕滑曲线对应的轮对横移量和轮对摇头角分别为干态工况结果的1.375倍和3.2倍,进而导致纵/横向蠕滑率明显大于干态工况结果;速度所致轮轨蠕滑曲线的差异对轮轨蠕滑力、脱轨系数以及磨耗指数影响较大,速度为160 km/h时尤为显著。因此,在进行车辆-轨道耦合动力学仿真分析时,有必要考虑实测的轮轨蠕滑曲线。

关键词： 嵌入式轨道   焊接不平顺   轮轨接触   动力响应   超弹性材料  

摘要： 嵌入式轨道结构内的聚氨酯填充材料具有非常明显的超弹性力学特性,对轨道系统的力学行为及振动噪声有较大影响。为研究填充材料超弹性特性对嵌入式轨道轮轨系统动力特性的影响,以焊接接头不平顺为例,建立了考虑填充材料超弹性本构的嵌入式轨道三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,分析了焊接接头不平顺对嵌入式轨道轮轨瞬态滚动接触力学行为的影响。结果表明:考虑填充材料超弹性本构的嵌入式轨道模型可以很好的模拟高分子材料受到外力冲击时的能量转换及减振过程。焊接接头不平顺中的短波不平顺波长和波深对轮轨冲击响应的影响十分显著。轮轨冲击载荷随车速的增加而增大,所对应的轮轨动态响应主频频段也会明显上移。钢轨表面接触应力极值出现的位置与焊缝几何形状关系很大,接触斑面积和接触应力的峰值基本出现在焊缝的低塌处。聚氨酯填充材料在对于较低频率(400 Hz以下)的振动的抑制作用不明显,对500~2000 Hz的高频振动具有良好的抑制作用,嵌入式轨道的减振特性表现出一定的频率相关性。

关键词： 车轮磨耗   驱动系统   柔性车轮   刚柔耦合   轮轨接触特性  

摘要： 作为轨道车辆常见的车轮损伤类型,车轮异常磨耗对列车安全运营形成巨大挑战,严重影响轨道交通高质量发展,同时,其形成机理及关键影响因素也长期困扰着铁路科研人员。作为轨道车辆传递牵引动力的关键装置,驱动及传动系统作为激励源和激励传递路径参与整车耦合振动,特别是扭转振动,显著影响着轮轨动态相互作用,而在车轮磨耗研究中却是常被忽略的因素。本文基于模态叠加法和多体动力学理论,在考虑柔性车轮的基础上,分别建立考虑驱动与传动系统和不考虑驱动与传动系统的刚柔耦合车辆动力学模型,通过FaStrip与USFD相结合建立的磨耗模型,分析在车轮磨耗影响下驱动与传动系统对轮轨动态接触特性的影响。研究结果表明,驱动及传动系统对车轮磨耗的发展起到了明显的促进作用,从而对轮轨接触动态响应的影响显著,特别是考虑驱动及传动系统后,柔性车轮齿轮一节径模态伴随轮对横向弯曲容易被激发,对轮轨横向蠕滑率影响远远大于对纵向蠕滑率和自旋蠕滑率的影响。因此,在进行车轮磨耗机理分析及激励计算时应考虑驱动及传动系统的影响。

关键词： 轮轨摩擦噪声   时频变换   小波包树分解   占比  

摘要： 随着城市轨道交通线网的快速发展,列车在较高时速下运行存在一定的安全可靠性隐患,一定程度上来自钢轨或轮对。当列车在较大载荷情况下行驶,一旦遇到车速高、轮轨接触状态不佳的情况,将会严重影响车辆正常运行,威胁乘客的生命安全。本文首先介绍了基于车载方式搭建的轮轨接触状态声音监测系统;其次,介绍了数据预处理、特征提取分析及算法设计框架;另外,采用分帧加窗、快速傅里叶变换、功率谱、视频变换及小波包树频域分量占比分解等手段对现场试验数据进行分析处理;最后,结论表明车速变化(50km/h增加至80km/h)对轮轨接触噪声的主频影响较小,并且轮轨接触状态的劣化会增加轮轨摩擦噪声频率分量中的高频成分。

关键词： 高速铁路   轮轨关系   轮轨动力学   波磨   轨道动态检测   打磨决策  

摘要： 为了探明轮轨垂向力与波磨状态之间的映射关系并采用轮轨力检测数据定量评价波磨严重程度,以中国CRTSⅡ高铁线路与服役动车组典型参数构建三维轮轨动力学有限元模型;细化波磨区段钢轨表面不平顺特征,采用高速综合检测列车在高铁波磨区段上实测轮轨垂向力时频数据验证有限元模型输出结果的准确性;模拟了车辆运行速度为300 km·h-1时波长在40~180 mm波磨激励下的轮轨垂向力,分析了其时频域分布特性;引入轨面不平顺变化率表征波磨沿钢轨纵向的变化特性,采用非线性最小二乘法与有理式方程拟合了不同波长条件下轮轨垂向力大值与轨面不平顺变化率之间的函数关系,分析了钢轨Pinned-Pinned固有共振频率及其半值振动模态对拟合参数曲线的影响,并推导了基于轮轨垂向力的波磨谷深估算方法;该谷深估算方法在某高铁线路波磨状态监测中初步试用,共发现32个波磨区段,并对比了波磨区段上实测谷深和估算谷深。分析结果表明:谷深估算值与实测值相关系数为0.97,两者具有较高的线性相关性;在谷深估算值大于0.08 mm时,估算值与实测值之间的均方根差约为0.01mm,基于谷深估算方法作出波磨打磨整治决策时的误判率约为6.25%,说明谷深估算方法在实际高铁线路上具有较好的适用性。

关键词： 声学   轨道交通   槽型梁   轮轨噪声   插入损失   边界元法  

摘要： 槽型梁在既有线改造中应用广泛,腹板可看作声屏障,对轮轨噪声能起到一定阻挡作用,在噪声传播路径中起到降噪的效果。针对不同边梁高度槽型梁的降噪效果进行研究,建立槽型梁二维边界元模型,以实测轮轨噪声为声源,计算其不同高度的边梁在考虑地面声反射和车厢壁反射时的声场和噪声插入损失,并与相同工况下U梁插入损失进行对比,分析边梁截面形式对轮轨噪声插入损失的影响规律。结果表明,边梁高度对其插入损失起主要作用,边梁高度越高,噪声向上传播时的夹角越小。车厢壁的反射效应会改变轮轨噪声在梁侧的分布,但对同一场点的插入损失影响不大。U梁与槽型梁的插入损失分布规律有所不同,槽型梁对桥梁下方噪声的遮挡效应更明显。

关键词： 地铁车辆   车辆-轨道耦合动力学   非赫兹接触模型   牵引/制动载荷   复杂轮轨黏着条件   轮轨系统动态相互作用  

摘要： 牵引/制动载荷和轮轨黏着条件对轮轨系统动态相互作用影响显著,尤其是轮轨切向作用。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立地铁车辆-板式轨道空间耦合动力学模型;由于轮轨接触斑形状以及接触应力分布实际上呈明显的非赫兹特性,因此建立考虑轮对摇头角的轮轨非赫兹法向接触模型以及相应的轮轨非赫兹蠕滑模型,并用于耦合动力学的轮轨动态相互作用计算中。基于所建立的动力学仿真模型,系统分析牵引/制动载荷以及复杂的轮轨界面黏着条件对轮轨系统动态相互作用的影响。结果表明,牵引/制动载荷和轮轨黏着条件对轮轨切向接触应力及黏-滑区域分布影响显著,在干燥接触条件下,随着牵引/制动载荷的增大轮轨切向应力幅值增大,黏着区域减小,而当牵引/制动载荷较高且轮轨黏着水平较低时,接触斑内表现为全滑动状态。研究结果可为车轮/钢轨异常磨损和型面优化设计进一步研究提供理论基础。

关键词： 重载铁路   试验研究   提速   车辆稳定性   轮轨动态相互作用  

摘要： 为研究重载铁路既有线提速(由80km/h提至90km/h)对列车通过曲线的稳定性及其轮轨动态相互作用的影响,开展车辆动力学及轨道动力学试验。试验结果表明:车辆稳定性测试中,随运行速度提高,万吨重载列车的车体、构架及承载鞍加速度普遍小幅增大,其范围分别为0.02g~0.20g、0.13g~0.33g和5.2g~48.8g,相比重车工况而言,空车工况下构架加速度受列车运行速度变化的影响更为显著;轨道结构测试中,轮轨垂向力及横向力的范围分别为101.91~168.30kN和23.51~86.22kN,重载列车提速引起轮轨横向力小幅波动;钢轨及轨枕的垂向加速度范围分别为20.32g~59.32g、2.75g~7.50g,钢轨及轨枕加速度均随列车速度的增加而增大;测试中,车辆稳定性及轮轨动态相互作用指标均小于安全限值。

关键词： 起重机械   运行机构   轮轨接触应力   有限元法  

摘要： 为探明起重机车轮水平偏斜对轮轨接触应力的影响,建立车轮-钢轨有限元接触模型并进行计算分析。结果表明,车轮水平偏斜角度增大时,轨道应力及轨面接触应力均升高,轨道内应力集中程度增加。