关键词： 贝氏体钢   轮轨接触   摩擦热   数值模拟   热损伤  

摘要： 在重载铁路中,轮轨服役环境日趋恶劣,极大影响了传统珠光体轮轨的服役寿命,而新型的贝氏体钢由于其组织特性,在塑韧性方面表现良好,有极大的潜力成为轨道交通领域的下一代新材料。轮轨接触界面的温度、接触力、组织转变都对其服役表现有重大影响,但是由于搭建实验台架十分困难,且耗资巨大,导致轮轨接触的相关实验研究进展相对缓慢。本论文利用有限元模拟方法建立了轮轨接触模型,分析了接触界面的温度、应力、微观组织、硬度的变化情况,结合实物实验,验证了计算结果的可靠性。并通过模拟计算方法对比了新型贝氏体钢与珠光体钢在不同工况下的表现差异。根据计算结果,通过冷热循环实验研究了不同循环上限温度对贝氏体钢热损伤程度的影响。主要结论如下:模拟结果表明,车轮空转时钢轨表面的瞬时温度可达1000℃以上,热影响区集中在深度1.5 mm以内的表层。在升温初期两种材料的温度基本一致,但当温度达到700℃左右时,贝氏体钢轨钢的温度增速开始放缓,U75V钢轨钢的峰值温度会逐渐超过贝氏体钢轨钢。在空转结束后,贝氏体钢轨与U75V钢轨在表层附近的应力分布上存在一定区别,但两者都存在一个较明显的应力过渡区。空转过程中贝氏体钢轨表层会较早发生奥氏体转变、硬度下降,但当硬度下降到一定程度会停止,直到温度超过贝氏体的相变点。而U75V钢轨内主要为珠光体组织,当温度达到相变点才会发生转变,但在条件合适时,其硬度下降速率与程度远大于贝氏体钢轨。在冷却后,贝氏体钢轨的硬度变化不大,U75V钢轨的硬度增大近一倍。通过热膨胀仪对模型的可靠性进行了验证,发现计算中的组织转变与硬度变化均与实测值近似,可见本模型能够为轮轨接触研究提供有效参考。在对踏面制动与车轮滑移两种工况的模拟中,综合所有结果发现车轮踏面的热影响区深度在1 mm左右,并且不同工况下,踏面温度基本处于200℃至500℃之间,贝氏体钢车轮踏面温度平均比CL60钢车轮高4.6%,应力值则平均高出约20%。对踏面制动与车轮滑移温度场分布影响最大的因素分别为制动压力与滑移率。根据模拟结果,对贝氏体车轮钢试样进行了四种上限温度的冷热循环实验,发现随循环上限温度的上升,热损伤程度会先缓慢增加再趋于稳定,最后迅速增大。并且在循环温度升高后,在晶界附近开始析出碳化物,且残余奥氏体含量逐渐下降,在温度达到400℃时,几乎减少为0。

标准号: T/ZZB 3024-2022

关键词： 钢轨   低塌   动力学仿真   轮轨垂向力   轴箱振动加速度  

摘要： 利用动力学仿真手段,在同时考虑焊接接头不平顺耦合作用条件下,建立钢轨低塌不平顺数学模型,分析钢轨母材低塌对轮轨相互作用力、轴箱振动加速度的影响规律。结果表明:钢轨母材低塌对轮轨系统垂向动态性能影响显著,对横向动态性能影响较小,轮轨垂向力和轴箱垂向振动加速度均随母材低塌量增加而增大,随速度提高而增大;当钢轨母材低塌量不超过0.2 mm/1 m时,不同速度级下钢轨低塌量变化对轮轨系统响应影响相对较小。在轨道几何不平顺耦合激励作用下,钢轨平顺性的细微变化仍会对轮轨系统动力性能产生明显影响,钢轨轮轨垂向力和轴箱垂向振动加速度均出现显著的响应特征。

关键词： 振动与波   轨底坡   滚动接触   接触几何   动力学性能  

摘要： 为探讨轨底坡对轮轨接触行为及动力学性能的影响,利用多体动力学软件SIMPACK,分析地铁B型车LM和S1002型踏面与60 kg/m钢轨在不同轨底坡下的轮轨接触点分布情况、滚动圆半径差、最大接触压力、临界速度以及车辆运行安全性和平稳性指标等,从接触几何和动力学性能两方面提出LM和S1002型面的最佳轨底坡组合。计算结果表明,轨底坡对轮轨接触行为及动力学性能均有较大影响。对于LM型面在直线段采用1/20轨底坡可减小最大接触压力且不易发生蛇行失稳,对于S1002型面在直线段采用1/40轨底坡可获得良好的接触点分布及较大的接触斑面积,对于LM和S1002型面在曲线段均宜采用1/30轨底坡以获得较好的车辆运行平稳性。

关键词： 60kg/m钢轨廓形   非线性优化   轮轨共形度   轮轨接触几何   车辆-轨道系统动力学  

摘要： 重载铁路及客货共线铁路运营条件下,轮轨磨耗问题尤为突出.为了有效减缓轮轨磨耗发展,以不同接触条件下轮轨廓形共形度最优为原则,设计目标函数及约束条件,建立钢轨廓形非线性优化数学模型,并基于序列二次规划法进行求解,提出60 kg/m钢轨廓形的优化方案;从轮轨接触几何关系、车辆-轨道系统动力作用、磨耗的角度对优化廓形的优化效果进行了对比分析.结果表明:1)所提出的60 kg/m钢轨优化廓形相对于原始廓形使目标函数值降低了50%,与LM车轮廓形具有更高的共形度水平;2)优化廓形的轮轨接触点分布更为均匀,在轮对横移量较小的条件下轮径差更小,在轮对横移较大的条件下轮径差更大;3)优化廓形对车辆运行安全性和平稳性无显著影响,可有效增大轮轨接触面积达11.24%,降低接触应力达20.42%,减缓轮轨磨耗发生发展速率.

关键词： 轮轨型面   接触几何   滚动接触   接触应力  

摘要： 客货混运的铁路线路运行着具有不同车轮型面的动车组、机车、货运列车和普通客运列车,从而形成复杂的轮轨匹配关系。为研究不同车轮型面(LM、JM3、LMA、LMB10)与钢轨型面(60和60N)的静态匹配关系,分别从轮轨接触几何参数和轮轨静态接触力学特征两方面进行分析对比。计算结果表明:与60轨相比较,60N轨与LM、JM3、LMA车轮型面匹配时,接触光带更居中,接触点在钢轨横向分布范围较窄;接触应力略大;滚动圆半径差与接触角差均较小,具有更好的车辆运行稳定性;曲线通过能力有所降低。LMB10车轮型面与两种不同钢轨匹配时的轮轨静态接触特征相差不大。

关键词： 城市轨道交通   轮轨振动噪声   车内振动噪声   关联性   现场试验   评价方法  

摘要： 为探究地铁列车以80 km/h速度运营下,隧道内轮轨振动噪声与车内振动噪声的关联性,针对北京某地铁线路,利用压电式加速度计、噪声传感器、数据采集分析仪等设备开展系统的振动、噪声测试。从振动加速度时域、频域以及振动加速度级、铅垂向Z振级、累计百分之十Z振级、最大Z振级、等效连续A声级等角度对测试数据进行评估与分析,根据测试结果建立轮轨振动噪声与车内振动噪声的关联性。结果表明:车内振动加速度最大值约为道床的1/5;道床与车内的振动响应大致相同,两者的卓越频率均主要集中在300~350 Hz、500~700 Hz,1/3倍频程中心频率均集中在512 Hz附近;轨旁噪声比车内噪声高28~30 dB。

关键词： 铁路道岔   尖轨磨耗   轮轨接触   变截面   摇头角  

摘要： 为研究尖轨变截面对曲尖轨轮轨接触行为和磨耗分布的影响,提出了一种适用于道岔区的三维非对称接触几何算法,该算法可计算车轮与曲尖轨间的真实法向间隙.使用SIMPACK建立车辆-道岔多体动力学模型,获得仿真结果;利用考虑变截面的接触模型与英国谢菲尔大学提出的USFD磨耗模型计算曲尖轨磨耗.研究结果表明:1)以S1002CN车轮与12号道岔曲尖轨为例,轮对摇头角与尖轨变截面均会引起轮轨法向间隙沿接触斑纵向非对称分布,从而导致接触斑形状与应力沿接触斑纵向非对称分布;当摇头角为10 mrad,横移量为7.5 mm时,本文算法得到的接触斑面积比未考虑尖轨变截面和摇头角的简化算法所得结果大9.2%.2)以CRH3型车与12号曲尖轨道岔为研究对象,简化算法得到的最大磨耗深度为本文算法所得结果的0.75倍.

关键词： 小半径曲线   P2共振型波磨   车辆-轨道耦合动力学模型   轮轨垂向动力学响应  

摘要： 为分析小半径曲线上P2共振型波磨激励下轮轨垂向动力学响应,于时域内建立车辆-轨道耦合动力学模型。在69 Hz的P2共振型波磨激励下,将车辆通过速度、波磨波长、波深等参数的变化考虑在内,模拟线路中不同工况对轮轨垂向动力学响应的影响。结果表明:在波深为0.2 mm时,随着车辆运行速度和波磨波长变化,轮对垂向动力学响应均在69 Hz达到最大值,说明与其他波磨通过频率相比,P2共振型波磨对轮对垂向响应影响最大;与无钢轨波磨工况相比,钢轨波磨工况的轮轨垂向动力响应均明显提高,且响应频率与波磨通过频率吻合;随着波磨波深的增加,轮轨间动力学响应加剧,这与现场实际情况和以往研究结论相符。