关键词： 高速道岔   多点接触算法   廓形演变   轮轨接触关系   窗口放缩搜索法  

摘要： 为揭示轮轨廓形演变对道岔区轮轨接触几何关系的影响,结合迹线法和基于先进经验的窗口放缩搜索法,构建道岔区轮轨多点接触几何模型,并利用传统迹线法和成熟商业软件对比验证几何模型计算的精确性;在测试长期服役过程中真实车轮型面和道岔变截面钢轨廓形的基础上,研究不同服役阶段下轮轨廓形演变对接触点分布、滚动圆半径差和侧滚角的影响,进而分析轮轨接触几何关系和轮轨力过渡特性。结果表明:随着道岔通过总重的增加,轮轨接触点从基本轨提前迁移至尖轨;磨耗会导致轮轨接触点发生跳跃、分布不连续,从而显著增加轮轨间动态相互作用;随着磨耗进一步加剧,轮对侧滚角最大值从0.04 mrad逐渐减小至0 mrad并最终出现负值;轮轨垂向力和车体加速度从86.643 kN和0.032 m·s^(-2)分别升至101.466 kN和0.038 m·s^(-2)后,脱轨系数和轮重减载率对应从0.433和0.215分别升至0.505和0.247,显著降低了列车行车平稳性和安全性。

关键词： 高速铁路   轮轨材料   曲线磨耗   磨损试验  

摘要： 基于实测曲线轮轨廓形计算得到轮轨接触应力和滑差率数据,采用双盘式摩擦磨损试验机,开展了U71Mn钢轨和ER8车轮材料模拟曲线滚滑接触状态下的滚动摩擦磨损试验,对轮轨试样的磨损量、摩擦系数变化、加工硬化、表面形貌等进行了对比分析。结果表明:滑差率对轮轨试样磨损速率的影响要显著大于接触应力;轮轨试样间的摩擦系数随着接触应力的增加而降低,随着滑差率的增加而增加,但都逐渐收敛于0.7~0.8区间;钢轨试样形成的加工硬化层既硬且薄,相比车轮试样表现出更高的耐磨性。滑差率对轮轨间磨损模式由氧化磨损—黏着磨损—疲劳磨损发展过程的影响更为直接;接触应力相同时,车轮试样的表面裂纹密度在滑差率4%时达到峰值。建议轮轨磨损标准试验方法的滑差率取4%~6%,接触应力取600~800 MPa。

关键词： 轮轨增黏装置   磁感应强度   黏着力   仿真  

摘要： 针对高速列车轮轨黏着力不足的问题,文章提出了一种基于电磁作用机理改善轮轨黏着关系的轮轨增黏装置,介绍和分析了该装置的基本结构和增黏机理,并从磁化效果、磁热耦合和交流退磁等方面进行了仿真,推导出用以量化轮轨增黏装置增黏效果及自身性能的综合评价指标。

关键词： 高速列车   多目标优化   黏着   NSGA-Ⅲ  

摘要： 高速列车运行环境复杂多变,现有的给定运行速度目标曲线主要考虑列车运行的安全性和正点性,难以改善列车的其他运行性能。为了满足高速列车日益增加的行车需求,并改善列车的运行性能,针对安全、节能、正点及舒适多个目标,考虑轮轨间最优黏着,提出一种改进的多目标运行速度优化方法。首先,在满足区间限速以及列车动力学模型约束的前提下,建立安全、节能、正点、舒适4个评价指标,构成高速列车运行过程多目标优化模型;其次,在节能模型中考虑轮轨间黏着的影响,优化牵引/制动力使得其保持在最优黏着范围内,节约运行能耗;最后,采用基于参考点的非支配排序的优化算法(NSGA-Ⅲ)对多目标运行速度曲线进行优化。对真实线路的仿真验证表明,本文提出的考虑轮轨黏着的优化效果显著提高,尤其在节能方面;优化算法相较于GA和NSGA-Ⅱ,NSGA-Ⅲ算法在收敛效果和收敛速度上均为更优。

关键词： HXD3D机车   轮轨滚动接触   接触应力   有限元仿真  

摘要： 为了研究兰州局HXD3D型机车在兰新线、兰青线高寒高原复杂线路上运行时出现的剥离、粘连、车轮不圆等问题,利用瞬态三维有限元方法进行了轮轨静态接触和轮轨滚动接触分析,揭示了车轮横移量、轴重等因素对轮轨滚动接触部位、轮轨接触等效应力的影响规律。计算结果表明:接触面积随横移量的变化曲线与接触斑横向长度随横移量的变化曲线有相同的变化规律,当轴重在一定基础上继续增加时,车轮踏面内外应力增长速度较慢,接触面积的增长速度较快。轮轨滚动过程中,随着轴重载荷的增加,车轮整体范围内所受等效应力随之增加且有明显的变化,钢轨所受等效应力变化很小。研究结果为减少镟修成本和保障机车安全运行提供了可靠的理论依据。

关键词： 轨道车辆动力学   轮轨关系   轨道广义不平顺   车辆异常晃动  

摘要： 铁道车辆在轨道几何不平顺激扰作用下会产生车体晃动,严重时影响乘坐舒适性和行车安全。对车辆晃动问题进行深入研究后,发现除了传统定义的轨向、高低、轨距等轨道几何不平顺之外,诸如钢轨不均匀磨耗、轨底坡变化等其他形式参数的改变也会对车辆系统产生激扰,造成车辆异常晃动。为研究钢轨廓形变化等因素对车辆系统的激扰作用,将轮轨系统视为整体并进行轮轨接触分析,基于对轮对平衡位置的研究,提出了考虑多种激扰综合作用下广义不平顺的定义以及定量计算方法。基于该方法可量化分析不均匀磨耗和轨底坡变化等因素对车辆的激扰,解释并指导解决部分类型车辆异常晃动问题。

关键词： 钢轨波磨   车辆-轨道耦合动力学模型   动力学仿真   BP神经网络   轮轨力预测  

摘要： 针对北京地铁6号线梯形轨枕直线段轨道上出现的钢轨波磨现象,通过Matlab编程建立了车辆-轨道耦合动力学垂向模型,以钢轨波磨特征及轨道垂向不平顺作为系统激励,从轮轨间作用力出发,基于线路实测数据分析和数值仿真研究相结合的方法,从时域和频域2个方面分析了不同波磨特征对轮轨垂向力的影响,以轮轨垂向力安全限值作为评判指标进行了车辆运行安全性评估。研究结果表明:轮轨垂向力随着波深的增大而增大,随着波长的增大而缓慢减小。利用BP神经网络搭建了波长、波深和轮轨垂向力间的关系,训练得到了轮轨力预测模型,该模型可以通过波磨特征准确预测轮轨垂向力幅值,与目前现有的检查手段相结合,能够为更好地指导轨道维修提供理论依据。

关键词： 非稳态载荷   轮轨黏滑滚动   循环塑性本构模型   残余应力应变   启裂寿命  

摘要： 为分析轮轨非稳态载荷与钢轨疲劳裂纹萌生的关系,利用有限元法建立二维轮轨非稳态循环滚动接触有限元模型。非稳态以移动法向载荷随时间简谐变化实现,采用考虑棘轮效应的JIANG-SEHITOGLU循环塑性本构模型,计算不同轮轨循环接触状态下的残余应力、应变场,结合多轴疲劳损伤模型,分析钢轨疲劳启裂寿命、位置和方向。计算结果表明,轮轨非稳态循环滚动会引起钢轨接触表面波浪形塑性变形,其波长与载荷压力波长一致。随着循环滚动次数累加,残余应力和剪切应变在钢轨表面变形的波峰和波谷处逐渐增大,并在滚动次数达到40次后趋于稳定,且在波谷处大于波峰处;在钢轨表层产生的轴向残余应力大于纵向。轮轨蠕滑率对钢轨轴向和纵向残余应力影响较小,对残余剪切应变影响较大。车轮单次滚动过于低估残余应力应变和疲劳寿命;考虑车轮循环滚动时,轮轨接触斑全滑动时的钢轨启裂寿命为纯滚动时的4.5倍;波谷位置处的钢轨启裂寿命为波峰位置处的1.4倍。

关键词： 高速铁路   扣件弹条   轮轨滑动   摩擦自激振动   钢轨波磨  

摘要： 针对高速铁路纵坡区段ω型扣件弹条的失效现象,采用复特征值法研究了轮轨滑动工况下车轮-钢轨-扣件系统有限元模型的稳定性。通过对比系统摩擦自激振动模态和扣件弹条结构模态,分析了弹条共振现象的发生。通过重新编译钢轨有限元模型节点坐标,模拟了高速铁路钢轨波磨的真实廓形,分析了钢轨波磨激励的强迫振动对弹条共振的影响。研究结果表明,当高速列车在纵坡区段牵引或制动时,轮轨间纵向蠕滑力易趋于饱和,可引起约603 Hz不稳定振动的发生。该振动不仅可以激发扣件弹条第3阶模态,还可导致钢轨波磨。当列车以300 km/h速度运行时,波磨激励的强迫振动也可导致弹条共振。轨下垫板静刚度、扣件预紧力对轮轨滑动引起的603 Hz不稳定振动发生趋势的影响较小。

关键词： 轮轨接触   矩形网格   接触斑   共轭梯度法   三维弹塑性   接触压力分布   横移量   有限元计算  

摘要： 提出了一种求解三维弹塑性轮轨法向接触问题的新方法,用于求解弹塑性轮轨接触下的接触斑和法向接触压力分布。首先,该方法通过矩形网格离散可能的接触区域;然后,采用共轭梯度法对每个矩形网格中的法向接触压力进行迭代求解,获取弹性情况下的接触斑和法向接触压力分布;进而,通过提出的弹塑性修正方法,对每个矩形网格的尺寸和法向接触压力进行修正,得到弹塑性情况下的轮轨接触斑和法向接触压力分布;最后,基于不同横移量和法向合力下的有限元计算结果,对该方法进行验证.结果表明,该方法具有较高的计算精度和计算效率,可为轮轨接触问题的研究提供参考.