关键词： 轮轨热接触   擦伤   剥离   耦合   有限元  

摘要： 车轮踏面的擦伤和剥离是机车车辆运行过程中常常会遇到的问题。车轮和钢轨之间滑动所产生的摩擦热是引发轮轨擦伤的主要因素。踏面制动车轮温升会达到很高的温度,车轮与钢轨瞬态接触过程中由于存在较高的温差,就会对轮轨应力大小以及分布区域产生影响。探索轮轨接触温升和热应力规律对研究车轮和钢轨的热损伤和剥离具有很大的意义。 本文建立了轮轨三维热接触耦合有限元模型,分别是锥型、磨耗型踏面机车车轮和LM型车辆车轮分别在60 kg/m钢轨上滑行,磨耗型踏面机车车轮滚动过程中的有限元模型。主要利用大型有限元软件MARC进行热接触耦合计算。考虑材料非线性、轴重、速度和摩擦系数的变化情况对车轮和钢轨的温度和应力分布的影响,比较了纯机械载荷作用下和热载荷作用下应力分布的差异。 通过对轮轨擦伤问题的分析,得出锥型踏面机车车轮滑行时温度和应力都高于磨耗型踏面机车车轮,这说明锥型踏面机车车轮对车轮和钢轨的热损伤比磨耗型踏面机车车轮要大;机车车轮滑行时对车轮和钢轨的热损伤比车辆车轮要大。材料非线性对于在计算轮轨热接触耦合过程中的影响不可忽略;轮轨的应力和温度都随着轴重和速度的增大而升高。车轮最大应力区域与实际擦伤区域形状相似,范围略小。 针对车轮滚动过程中轮轨剥离问题的瞬态分析,得出随着制动力矩的增大,车轮和钢轨的最大应力都升高;随着轴重的增大、踏面温度的升高和表面硬化层的出现都会使轮轨的最大应力逐渐增大;车轮的最大应力分布区域集中在车轮表面0～3mm左右,这与实际裂纹区域相吻合;接触力对轮轨应力大小的影响远大于热载荷对轮轨应力大小产生的影响。较大的接触应力导致车轮表面硬化层碎裂,产生裂纹,进而导致踏面剥离的发生。 本文计算方法和结果将为探讨车轮踏面擦伤和剥离提供理论参考。

关键词： 沥青混凝土   轨下基础   轮轨滚动噪声  

摘要： 随着我国大规模的铁路提速改造工程的实施,以及大力发展高速客运专线的需要,无砟轨道开始大量应用。但是普通的板式轨道也产生了一些难以克服的问题,比如刚度太大,易开裂,不易维修养护等,其中之一就是严重的噪声危害。在各种铁路噪声中,轮轨滚动噪声随着列车速度的提高成为主要的噪声源。目前控制轮轨滚动噪声的措施主要是通过改善和优化轨上结构来实现的,而很少考虑轨下基础对噪声的影响。沥青混凝土作为一种良好的材料在高速公路上得到了大量的应用,其弹性好、防水、易于维修等优点都是水泥混凝土不具备的。本论文依托课题——成灌城际铁路全断面沥青混凝土强化基床表层路基结构试验研究,利用Abaqus有限元软件,建立ACRS-1型、ACRS-2型和普通板式3种结构的轮轨滚动噪声模型,分别对其轮轨滚动噪声进行数值仿真模拟,通过计算和比较,分析了不同轨下基础的噪声水平。 本文主要的研究内容和成果如下： （1）建立包含沥青混凝土轨下基础的轮轨滚动噪声模型;（2）通过计算比较,分析沥青混凝土轨下基础的降噪性能,结果显示,ACRS-1型结构比普通板式轨道降噪2dB（A）左右;（3）对ACRS-1型结构进行参数敏感性分析,发现噪声随着沥青层厚度的增大而减小,随着沥青层温度的增大而增大,但是这种变化不是很明显。

关键词： 高速铁路   线路参数   轮轨磨耗   列车共运   ADAMS/Rail  

摘要： 线路轮轨磨耗问题直接影响到线路日后养护维修的工作量。对于高速铁路来说,随着运行速度的提高,轮轨接触相互作用愈加激烈,轮轨磨耗问题也愈加明显,如何降低轮轨磨耗,将是高速铁路无砟轨道养护维修的主要工作。因此,如何从动力学角度进行线路轮轨磨耗影响因素的分析,从而采取相应措施减轻轮轨磨耗量以及养护维修量具有重要的理论价值与工程意义。论文主要完成了如下工作： (1)基于ADAMS/Rail软件建立了完整的车-线系统空间振动分析模型,并对模型进行了验证。 (2)利用所建立的模型分析了高速铁路线路平纵断面设计参数对轮轨磨耗的影响规律,从减少轮轨磨耗的角度,进一步得出了高速铁路线路设计参数的合理取值。 (3)在对比我国TB/T 449—2003标准规定的五种磨耗型面以及欧洲标准S1002轮缘踏面外形几何尺寸的基础上,分析了各种轮轨匹配对高速铁路轮轨磨耗的影响规律。 (4)针对高速铁路列车共运模式中开行不同等级、不同速度列车的可能性,重点分析比较了本线与跨线列车的轮轨磨耗影响结果,明确了轮轨磨耗是高速铁路在列车共运模式下线路养护维修中凸显的问题。 本论文主要创新点为：探讨了高速铁路线路平纵断面设计参数及列车共运模式等因素对高速铁路轮轨磨耗的影响规律,可为我国高速铁路设计和养护提供一些有益参考。

关键词： 高速铁路   无砟轨道   耦合动力学   轮轨噪声   有限元法   边界元法   声辐射   吸声板   声屏障  

摘要： 高速铁路在世界范围内得到广泛的发展。在我国,高速铁路发展是当代铁路运输的必然选择。在保证轨道结构安全性、稳定性和动态平顺性的前提下,研发适合不同环境要求、不同运营条件的减振降噪型轨道结构是目前正在开展研究的攻关课题。因此,有必要对高速铁路噪声污染问题进行更全面和更深入的理论分析研究。 高速铁路环境噪声污染制约着列车速度的进一步提高,轮轨噪声是高速列车运行产生的非常重要的噪声源,深入研究轮轨噪声的产生机理和控制技术是高速铁路发展中必须面临的任务之一。 轮轨系统结构导纳和声辐射效率是预测轮轨噪声非常重要的两个基础性问题,本文运用有限元方法计算分析了轮轨系统结构导纳特性,在此基础上运用边界元方法计算分析了轮轨系统结构的声辐射效率,这些工作是准确预测轮轨噪声的基础。 本文针对高速铁路轮轨噪声辐射问题,从车辆-轨道动态相互作用出发,综合运用车辆-轨道耦合动力学理论与噪声辐射理论,建立了高速铁路轮轨噪声预测模型,应用数值仿真的方法研究了高速列车运行的轮轨噪声产生机理、辐射特性、传播规律以及控制技术,并从轮轨系统结构低噪声化的设计角度提出了 些合理化建议,为我国新建高速铁路的减振降噪设计、环境影响评价及环境管理提供依据。本文模型能充分地考虑车辆和轨道各部分振动的相互耦合影响,考虑了车轮径向和轴向振动、钢轨垂向和横向振动对轮轨噪声的贡献;模型能同时预测轮轨滚动噪声和轮轨冲击噪声,能计算分析有砟和无砟轨道结构的噪声辐射;模型可用于高速铁路轮轨系统结构进行低噪声化设计。 用FORTRAN95编制了轮轨噪声预测分析系统WRNOISE （Wheel/Rail Noise）,通过与已有的轮轨噪声预测模型TWINS、STTIN及实测数据进行比较,充分地验证了本文模型的有效性。 利用轮轨噪声预测系统对高速列车通过路基区段无砟轨道产生的轮轨冲击噪声和滚动噪声进行了理论分析,探明了车轮扁疤、钢轨焊缝接头产生的轮轨冲击噪声的机理以及轮轨表面粗糙度激发的轮轨滚动噪声的频谱特性、时程特性和声传播规律。 为了最大限度地降低轮轨噪声,应该用低噪声化的思想来指导高速轮轨系统结构的规划、设计和建设。影响轮轨噪声的不是单纯某一个因素,而是综合因素的结果。文中通过数值仿真研究了轮轨系统结构低噪声化的影响因素。 吸声和隔声技术是高速铁路的常用噪声控制方式。利用高速铁路轮轨噪声预测模型分析了轨道吸声板的降噪效果,探明了多孔吸声板的材料参数对降低轮轨噪声的影响规律。运用边界元法分析了声屏障结构型式、声屏障安装位置、声源的频率以及声屏障表面敷设吸声材料等因素对降噪的影响。研究结果可为工程设计提供有益参考。

关键词： 粘着   粘着系数   轮轨接触   接触力  

摘要： 轮轨粘着问题实质上是滚动摩擦问题,机车车轮在钢轨上滚动其最大的纵向摩擦力受很多工况的影响。在机车运行中车轮受到随机激扰,机车通过直线,道岔,曲线,斜坡,隧道,有碴和无碴轨道等轮轨间的最大纵向摩擦力(粘着力)不断发生变化,因此机车粘着问题非常复杂。 根据车轮的横移量建立七个车轮与钢轨接触模型,选用线性强化弹塑性材料模型进行计算。轮轨接触切向力的大小和方向对纵向摩擦力(牵引力)影响显著。轮轨接触切向力方向与钢轨纵向方向的夹角越大,越不利于粘着力的提高。根据切向力的方向,接触斑可以划分成两个区域,一个处在粘着区附近,切向力方向与钢轨纵向夹角较小且其值较大；另一个处在蠕滑区附近,切向力方向与钢轨纵向夹角较大且其值大小不等。 机车通过曲线时外轮与外轨的接触角不断发生变化,选取五个接触角建立轮对与轨道的接触模型。外轮与外轨的接触斑面积随着接触角的增加而减小,即接触角越大接触斑面积越小；当接触角较小时,粘着系数随着横向载荷的增加而减小；当接触角较大时,粘着系数随着横向载荷的增加先增大后减小。机车通过曲线时粘着力下降,不利于粘着利用率的提高。 轮轨滚动摩擦的计算一直以来采用库伦摩擦定律,但是大量的工程试验证明库伦摩擦定律有一定的局限性,并不适合轮轨滚动摩擦的计算。本文针对这个问题,利用静态粘着性能试验测量的数据,根据实验条件建立轮轨接触模型,从中找出影响粘着的主要因素并确定这些因素与粘着系数之间的关系,最终总结出粘着系数的函数表达式。 通过参变量变分原理和数学二次规划法建立轮轨接触的计算模型,分别分析切向力、轮轨接触角和横向载荷对粘着的影响,对粘着利用率的提高和粘着控制提供很好的理论依据。针对库伦摩擦定律的局限性,拟合出适合轮轨接触计算的粘着系数函数表达式。

关键词： 轮轨式提梁机   SolidWorks   CAD   cosmosworks   有限元分析  

摘要： 根据铁路中长期发展规划,我国铁路客运专线建设已经开始。随着武广、郑西高铁的开通,铁路建设必将进入一个高速发展的阶段。客运专线的大规模建设,为铁路科技创新工作创造了巨大空间,提供了广阔舞台,同时也对工程设计施工、机车车辆、通信信号、列车控制、调度指挥、旅客服务等重点领域的技术创新提出了新的更高要求。 本文以海南东环铁路建设为背景,采用计算机辅助设计与计算机辅助工程分析技术对轮轨式提梁机金属主框架结构进行三维设计和有限元分析。首先,在SolidWorks环境中创建提梁机金属主框架各个组成零件的三维模型并且进行装配；然后,使用SolidWorks的无缝插件CosmosWorks对于创建的提梁机金属主框架结构进行有限元分析。 由于采用了计算机辅助设计与计算机辅助工程分析技术,使企业由原来的串行作业改为并行作业,并建立一种新的设计和生产技术管理体制,缩短产品的开发周期,提高劳动生产率。参数化、变量化技术的应用可以减少重复工作,提高工作效率。

关键词： 高速列车   轮轨激励   车内噪声   声学贡献度  

摘要： 高速列车过量的噪声将严重影响乘客和轨道沿线人们的心理、生理和正常的生活,噪声污染成了制约高速铁路发展的一个瓶颈,控制高速铁路噪声也就自然成了实现铁路可持续协调发展的必然要求。论文以控制轮轨激励下高速列车的车内噪声为目标,对轮轨激励下高速列车的噪声进行了系统研究。 通过将车体、构架、轮对模化为多刚体系统,钢轨处理成由有限间隔的离散轨枕支承的无限长Timoshenko梁,建立了高速列车头车—轨道耦合动力学模型,以轮轨不平顺作为激扰谱,计算了整车的振动响应,获取了二系空气弹簧与车体接触处在三维空间内的振动载荷,结果表明：轨道不平顺在垂向和横向引起的激励载荷幅值较大,而在纵向引起的激励载荷幅值较少。 建立了高速列车车身结构的有限元模型、司机室及乘客室的声学边界元模型,计算出了由轨道不平顺引起的乘客室及司机室的室内、室外噪声分布规律,探明了乘客室、司机室各面板对室内、外噪声的影响情况,得出了如下结论：司机室内的A声级在64.6-71.6dBA之间变化,司机室外的A声压级在45.7-57.8dBA变化。乘客室内的A声级在61.9-69.6dBA之间变化,乘客室外的A声压级在45.1-56.8dBA之间变化;司机室、乘客室内A声级较大的场点在40Hz、200Hz频率处的声压级较大;在激励频率40Hz时,司机室底板对主驾驶员右耳处噪声的贡献最大,声学贡献系数为47.3%,车底第三块板对乘客室内A声级最大的场点E(距走行轨中心线0.5m,车底0.05m,车头鼻锥处18.8m)噪声的贡献最大,声学贡献系数为42.4%。在激励频率200Hz时,司机室右侧墙对驾驶员右耳处噪声的贡献最大,声学贡献系数为51.8%。右侧墙第三块板对E点噪声的贡献最大,声学贡献系数为40.9%。要降低驾驶员右耳处或乘客室内的最大噪声,必须对总声级起决定作用的频率段(40Hz、200Hz)采取措施。针对40Hz的低频噪声,最好在声学贡献最大的面板上采取阻尼降噪措施;针对200Hz的中频噪声,则宜在声学贡献最大的面板上敷设一层在该频率上吸声性能好的吸声材料。

关键词： 轮轨材料   滑动磨损   屈服强度   有限元分析   钢轨   车轮钢  

摘要： 列车在运行过程中以滚动为主，但在牵引、制动和拐弯时，轮轨间的滑动磨损对轮轨的失效有着重要的影响，因此，研究轮轨间的滑动磨损有着重要的意义。本文利用有限元模拟软件ansys和UMT显微力学测试仪对轮轨材料分别进行接触弹塑形分析和滑动摩擦磨损实验，主要结果如下：\n (1)利用有限元软件对轮轨材料在不同粗糙度、不同屈服强度和不同弹性模量条件下接触时进行弹塑性分析。结果表明，粗糙表面最顶端节点承受的接触应力比光滑表面大得多；节点接触应力超过屈服强度，材料便进入了塑性阶段；材料弹性模量越小，节点形变量也越小。\n (2)研究PD3钢轨与不同车轮钢在不同速度条件下摩擦磨损情况。结果表明，车轮钢磨损量随着滑动速度的增加先减小再增加，不同车轮钢材料的耐磨损滑行速度也不同。\n (3)研究氢对轮轨摩擦磨损的影响。结果表明，钢中氢含量较低时，氢在摩擦表面富集，起到了润滑作用，从而提高了轮轨的耐磨性。\n (4)研究不同湿度条件下不同车轮钢材料的摩擦磨损影响。结果表明，随着相对湿度的升高，系统的摩擦系数和磨损量呈下降趋势，且不同车轮钢材料的减小幅度有所不同。

关键词： 轨道交通   安全性   护轮轨  

摘要： 近年来国内各大城市竞相修建城市轨道交通系统,该系统环保、节能、快速的优势已经逐步显示出来,地铁、轻轨的发展规模必将日益扩大。如何提高城市轨道交通系统运营的安全性将是设计、建设和运营方最应该关心的问题。文章针对城市轨道交通高架桥上安装护轮轨方面提出了一些思考,可供今后城市轨道交通建设参考。

关键词： 轮轨磨损   摩擦功   轴重   曲线半径  

摘要： 用数值计算方法详细分析了轴重和车辆行驶时的曲线半径对轮轨接触质点总滑动量和摩擦功的影响。通过与模拟实验所得钢轨试样磨损量的数据对比发现:轴重和曲线半径是影响钢轨滚动接触磨损的重要因素;钢轨磨损量的变化与轮轨接触斑摩擦功间存在一定的线性关系。结合实验与计算结果初步得出了利用摩擦功模拟计算钢轨试样磨损量的经验公式,对进一步研究轮轨磨损问题和预测钢轨磨损量有参考价值。