关键词： 重载机车   车轮擦伤   频谱分析   轮轨冲击   车辆-轨道耦合振动  

摘要： 车轮踏面擦伤会造成剧烈的轮轨冲击作用,加剧车辆和轨道结构部件的疲劳破坏.为揭示实际车轮擦伤状态下的重载机车-轨道耦合振动响应特征,基于车轮擦伤的现场实测数据,拟合出了车轮擦伤模型.采用重载机车-轨道耦合动力学模型,详细考虑了钢轨垫层与扣件弹条相互作用,分别从时域和频域角度仿真计算了机车车轮擦伤引起的轮轨动态响应.研究结果表明:实际车轮擦伤呈不对称的几何形状;车轮擦伤激起的冲击力对轨道部件影响较大;车轮擦伤可能引发钢轨与扣件系统的短暂分离.研究结果可为踏面损伤识别、轨道部件检修提供理论参考.

关键词： 高速轮轨   放电腐蚀   激光熔覆   摩擦磨损  

摘要： 在铁路高速化、重载化发展的趋势下,轮轨间接触振动加剧,通过轮轨间牵引回路电流作用,轮轨表面不可避免会出现放电腐蚀损伤从而诱发轮轨磨损使其过早失效。采用激光熔覆的方法,制备应用于轮轨表面抗放电腐蚀性能、耐磨性优良的熔覆层,从而抑制轮轨因点蚀引起的损伤,具有重要研究意义。本文采用激光熔覆的方法在车轮材料表面以新型镍基自熔性合金粉末(加入1%W、1%Mo及2%Cu的Ni45粉末)加纳米氧化铈成功制备了能够有效减轻轮轨放电腐蚀的熔覆涂层。采用金相显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS),研究了不同纳米氧化铈含量对熔覆层显微组织的影响、放电腐蚀对轮轨基材及熔覆层组织形貌的影响;采用同步热分析仪、数控电火花成型机、显微硬度仪、摩擦磨损试验机研究了熔覆层及轮轨基材的热学性能、抗放电腐蚀性能、硬度及摩擦磨损性能。依据上述试验结果,合理的设计了熔覆层材料成分,并利用正交试验得到的最佳工艺参数制备了车轮钢熔覆层,研究了车轮钢熔覆层对轮轨材料抗放电腐蚀性能及摩擦磨损性能的影响,验证了激光熔覆抑制轮轨放电腐蚀的可行性。得出的主要结论如下:(1)在电火花专用机油介质中进行了轮轨材料放电腐蚀机理分析:从放电腐蚀表面形貌可见,随着电流增加、放电间隙减小,表面蚀坑变大变深,显微裂纹增多加深;轮轨材料放电腐蚀后表面主要成分为FeO和马氏体;放电腐蚀后轮轨材料表面平均硬度增加;车轮材料(正极)的放电腐蚀速率总大于钢轨材料(负极)。(2)在车轮材料表面以镍基自熔性合金粉末(加1%W、1%Mo及2%Cu的Ni45粉末)加不同含量纳米氧化铈进行激光熔覆试验,通过正交试验得到了最佳的工艺参数:激光功率600W、激光扫描速率200mm/min,送粉速率20g/min。添加纳米氧化铈的车轮钢熔覆层组织细密均匀。车轮钢熔覆层组织主要为枝晶和共晶组织,添加纳米氧化铈前后的车轮钢熔覆层物相并没有发生变化,车轮钢熔覆层物相主要由(Fe,Ni)固溶体以及MC碳化物、MB硼化物(M=Cr、Fe、W、Mo)等硬质相组成。添加纳米氧化铈后车轮钢熔覆层的显微硬度与车轮钢基材相比提升较大。随着纳米氧化铈含量的增加车轮钢熔覆层表面平均硬度先增加后减小,其中含1.5%纳米氧化铈的车轮钢熔覆层表面平均硬度最高,为376 HV,相较于未添加纳米氧化铈的车轮钢熔覆层与未熔覆车轮钢基材的表面平均硬度分别提升了15.3%和30.1%。添加1.5%纳米氧化铈的车轮钢熔覆层与钢轨钢基材表面平均硬度比H:H≈1.15:1.00,符合现代轮轨硬度匹配度的要求。添加1.5%纳米氧化铈后车轮钢熔覆层抗放电腐蚀性能改善效果最好。在本试验条件下,最佳的纳米氧化铈添加量为1.5%。(3)车轮钢熔覆层的热学性能优于车轮钢和钢轨钢基材,激光熔覆改性处理后的车轮钢熔覆层及配对的钢轨钢基材的放电腐蚀速率分别为0.0045g/min和0.0017 g/min,与未熔覆轮轨基材相比,放电腐蚀速率分别下降了84.7%和61.1%。改性轮轨材料放电腐蚀表面裂纹明显减少,且蚀坑变小变浅。车轮钢熔覆层表面放电腐蚀后的主要物相为(Cr,Fe)O和Ni CrO,车轮钢及钢轨钢基材表面放电腐蚀后的主要物相为FeO和马氏体。放电腐蚀后改性轮轨材料及未改性轮轨材料的显微硬度及表面平均硬度明显增加,改性轮轨材料放电腐蚀后硬度比达到要求而未改性轮轨材料放电腐蚀后硬度比未达到要求。激光熔覆改性后车轮钢熔覆层和配对的钢轨钢材料抗放电腐蚀性能都得到了较大的提升。车轮钢熔覆层的体积磨损率及摩擦系数相较于车轮钢基体都有所降低,车轮钢熔覆层的体积磨损率为9.247×10mm/m,车轮钢基材的体积磨损率为2.9456×10mm/m,车轮钢熔覆层相较于车轮钢基材减少了68.8%。车轮钢基材的磨损机制主要为磨粒磨损及疲劳剥落,车轮钢熔覆层的磨损机制主要为氧化磨损和轻微的磨粒磨损。激光熔覆改性后的车轮钢熔覆层的耐磨性得到明显改善。

关键词： 轨道车辆   轮轨力   轮对运行   动力学仿真   状态估计   卡尔曼滤波器  

摘要： 列车的运行安全问题始终是世界各国铁路部门最为关心的问题之一，各国轨道交通部门也在大量研究工作的基础上，制定了一系列车辆运行安全标准。其中，我国就将脱轨系数、轮重减载率、横向力允许限度、倾覆系数等指标作为客货车辆的运行安全性评定指标，而计算上述一系列评定指标的基本参量，则是轮轨间的垂向和横向作用力。因此，轮轨间作用力的检测就成为了评定车辆运行安全性的关键问题。此外，随着我国铁路运输行业的需求和规模不断扩大，列车运行速度的不断提高，实现列车运行过程中的实时状态监测，及时发现或预防车辆故障发生从而保证运行安全性，也已成为关键问题之一。　　目前，铁路部门广泛采用的轮轨力直接测量技术可分为两大类，分别是采用测力钢轨的地面测试系统和采用测力轮对的随车测试系统。但是这两类轮轨力测量技术，由于其使用条件严苛且造价高昂，多用于车辆和轨道的大型动力学测试，但并不适合车辆实时运行状态监测中的轮轨力实时测量。　　为此，本文提出了一种易于工程实现，成本较目前测力手段更低，且适用于列车运行实时轮轨力监测的间接测量估算方法。该方法基于铁路客车、地铁车辆常用的二轴转向架型式，以构架和轮对的线加速度、角速度等易于直接测量的信号作为输入，构建基于轮轨接触关系、轮轨蠕滑理论和转向架运动状态的估计模型和算法，估算轮轨垂向力和横向力。　　针对轮轨力间接测量方法的信号前处理，本文对基于ARMA模型的卡尔曼滤波的适用性和滤波参数进行了研究。针对转向架运动状态估计，提出了一种滑动窗口—结果截取方法来提升估计精度。从工程应用角度出发，选取工程上常用的传感器，提出了四种不同传感器组合的轮轨力间接测量方案。通过整车动力学仿真，以仿真输出的轮轨力结果作为真值，在直线匀速行驶、直线变速行驶、曲线匀速行驶和曲线变速行驶的仿真条件下，分别验证了上述轮轨力间接测量模型和算法的准确性，并从工程实施的经济性角度出发，提出了最为适合的传感器组合和轮轨力间接测量方法。

关键词： 高速道岔辙叉   显式有限元法   轮轨瞬态滚动接触   过岔速度   牵引系数   扣件系统刚度  

摘要： 列车高速过岔时对其产生强烈的冲击作用,严重影响道岔的使用寿命。而高速道岔辙叉区因其几何结构变化更为复杂,受到的冲击作用最为明显。为了适应高铁不断提速的现状,有必要探究车轮在辙叉区发生轮载过渡过程中轮轨瞬态滚动接触的变化规律。本文以LMA磨耗型车轮通过18号高速道岔辙叉区为研究对象,采用ANSYS/LS-DYNA建立了考虑辙叉区真实轮轨廓形的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型。模型考虑了材料的弹塑性本构关系,在时域内体现了真实情况下车轮通过辙叉区的轮轨滚动接触行为。主要工作和结论如下:车轮以300km/h的速度过辙叉区时,轮载过渡始于心轨顶宽24.2mm处,并在心轨顶宽38.2mm处过渡完成;车轮通过辙叉区翼轨中心线偏折点时会发生较大的轮轨减载情况,翼轨轮轨力、接触应力、等效应力和轮轨接触滑动区面积占比均相应减小;等效塑性应变仅出现在心轨顶宽26.2mm位置以后,在轮载过渡过程中塑性应变逐渐增大,在轮载过渡完成时达到最大值0.0135,翼轨未出现塑性应变。翼轨垂向位移在车轮达到稳态滚动时达到最大值1.5mm,经过翼轨中心线偏折点后翼轨位移有所减小,心轨垂向位移在轮载过渡完成时达到最大值1.7mm。车轮过岔速度越大,心轨上轮载过渡的位置越靠后,轮轨之间受到的冲击作用越明显,轮轨接触应力及塑性应变均相应增大;心轨和翼轨的垂向位移随车轮过岔速度的增加而减小,但相差不大;车轮以较小的速度过岔时,心轨轮轨的粘着性能较好,有利于减小辙叉区轮轨的磨损和冲击作用。辙叉区扣件系统刚度越大,轮载过渡发生的位置越靠后,但对轮轨力和接触应力的影响不大;对比等效应力和塑性应变发现,当翼轨和心轨扣件系统刚度分别为25k N/mm与30k N/mm时,车辆通过辙叉区心轨所受到的磨损最小;扣件系统刚度越大,辙叉区轮载过渡过程中心轨和翼轨的位移越小。车轮以不同牵引系数过岔时,对轮轨垂向力、轮轨接触应力和钢轨垂向位移影响较小;轮轨纵向力、等效应力、等效塑性应变、0.01以上较大塑性应变的分布范围以及心轨上接触斑滑动区面积占比均因牵引系数的增加而增大,因此车辆加速过岔会加剧钢轨的磨损。

关键词： 轨道车辆   车轮踏面剥离   轮轨冲击   疲劳寿命   力学响应  

摘要： 随着我国列车高速化、重载化的发展以及铁路运营里程的不断增加，列车服役环境和轮轨相互作用关系日益复杂，车轮踏面剥离现象频繁发生和越发严重。车轮踏面剥离会增大轮轨动态相互作用，诱发轮轨冲击，影响列车运行安全性和乘坐舒适性。本文采用理论分析与有限元仿真相结合的研究方法，对车轮踏面剥离引起的轮轨冲击力学响应及其对车轮疲劳寿命的影响开展了较深入的研究。主要研究内容与成果包括以下几个方面：　　(1)基于刚性假设和轮轨接触几何关系，建立了轮轨接触理论分析模型，推导了踏面剥离引起的轮轨冲击临界速度，分析了列车运行速度低于和高于轮轨冲击临界速度时的轮轨作用机理，给出了轮心运动轨迹、轮心垂向速度、轮心垂向加速度和轮轨冲击力计算公式，讨论了列车速度对轮轨冲击速度的影响规律。结果表明，当列车速度低于轮轨冲击临界速度时，轮轨冲击速度随列车速度增大而呈线性增加;当列车速度高于轮轨冲击临界速度时，轮轨冲击速度随着列车运行速度的增大而减小并最终收敛于某个定值。　　(2 )建立了含规则踏面剥离的半轮对-钢轨三维滚动接触有限元模型，利用LS-DYNA971/显式算法模拟了车轮踏面剥离引起的轮轨动态响应，探讨了列车速度、剥离深度和剥离长度等关键参数对轮轨动态响应的影响规律，发现并讨论了车轮踏面剥离引起的轮轨冲击第二临界速度，阐述了轮心垂向位移偏差与轮轨塑性变形对踏面剥离引起轮轨接触损失的耦合影响机制。　　(3)考虑车轮踏面剥离的形状不规则特性，将踏面剥离引起的车轮几何不圆顺转换为轮轨接触位移不平顺，以初始位移激励的形式施加到三维轮轨滚动接触有限元模型中，研究了形状不规则踏面剥离引起的轮轨动态响应，并在时域和频域内讨论了踏面剥离随机不规则度和列车速度等参数对轮轨动态响应的影响规律。　　(4)根据轮轨动态有限元仿真结果，编制了轮辋和轮辐危险部位的应力谱，基于名义应力法、Miner线性累积损伤准则以及车轮材料概率S-N曲线，研究了给定置信度和不同可靠度下踏面剥离对车轮轮辋和轮辐疲劳寿命的影响。结果表明，踏面剥离会导致轮辋和轮辐疲劳寿命显著降低，且踏面剥离对轮辐疲劳寿命的影响比对轮辋疲劳寿命的影响大。　　论文在车轮踏面剥离引起的轮轨动态接触行为、轮轨冲击作用机理、不规则踏面剥离车轮-轨道动态响应以及基于轮轨动态响应的疲劳寿命预测等方面取得的理论与仿真结果，可为高速列车轮轨系统的优化设计、安全性评估以及运营维护策略制定提供有益的理论和技术支持。

关键词： 啸叫噪声预测   横向振动   负阻尼   垂向动力学   噪声控制和减缓  

摘要： 近年来,随着城市轨道线路在城市居民区和商业区的铺设,其引发的啸叫噪声问题日益引起关注。目前,人们对啸叫噪声的产生机理还不清楚,很难对其声压级进行有效预测和控制。因此,本文针对轮轨小半径曲线上频发的啸叫噪声现象展开了相关的实验和理论研究,其主要研究内容及结论如下:（1）设计并搭建了以双轮滚动接触为核心的轮轨啸叫噪声实验台,利用激光测距仪设计了双轮间冲角调节和测量的方法,并基于光纤光栅传感技术设计了实验台接触力的测量方法。同时,在该实验台上同步测量了一系列转速和冲角下的接触力、横向振动速度和啸叫噪声声压级;（2）通过有限元分析、解析计算和模态锤击实验的方法研究了啸叫噪声实验台上、下轮的振动特性,并与实验测得的啸叫噪声频谱进行对比。结果表明车轮的啸叫噪声来源于上轮的横向振动,且啸叫噪声的主导频率约为1100 Hz;（3）基于负阻尼理论建立了车轮振动的理论模型,仿真了考虑垂向动力学和不考虑垂向动力学下车轮的横向振动,结果显示负阻尼效应在啸叫噪声的产生中起主导作用。在此基础上,基于一种简化的摩擦-蠕变模型建立了啸叫噪声的预测模型,并将振动模型的仿真结果与预测模型的预测结果对比,证实了基于简化蠕变曲线对啸叫噪声的瞬态预测方法的可行性;（4）仿真的不同转速下的横向摩擦-蠕变曲线与实验测量的一系列转速和冲角下的摩擦系数结果具有很好的相关性,验证了摩擦-蠕变模型的正确性,且证实了负阻尼理论。同时,预测的不同转速下的啸叫噪声声压级与实验测得的横向振动和啸叫噪声结果具有很好的相关性,验证了振动模型和啸叫噪声预测模型的准确性;（5）对涉及啸叫噪声预测模型的相关参数进行了敏感性分析,结果表明蠕变参数和接触参数对啸叫噪声较为敏感,且可以通过外部条件控制,因此可以通过控制这两个参数来控制和减缓啸叫噪声;（6）基于车轮的振动模型研究了考虑垂向动力学下摩擦-蠕变曲线斜率为零或正时车轮的横向振动,结果表明在非负阻尼情况下啸叫噪声仍然会产生,其原因可以从能量输入的观点进行解释。此外,将已有双轮实验台上进行的实验测量结果与仿真结果进行对比,结果表明垂向动力学可能是非负阻尼条件下仍然存在啸叫噪声的原因。上述关于轮轨啸叫噪声的研究工作和成果可以为相关模型提供实验的依据,以及为铁路现场啸叫噪声的预测和减缓提供理论的参考。

关键词： 轮轨型面匹配   轮轨接触   车辆动力学  

摘要： 轨道交通是我国主要的运行方式,有着输送能力强,速度快,安全性好,受气候条件影响小的特点,是一种经济、绿色的运输方式。在复杂的铁路系统中,轮轨关系是最根本问题,轮轨几何型面的匹配关系会直接影响列车的运行性能、运行成本以及运行安全。因此,在我国众多的高速轮轨型面中,系统分析几种不同轮轨几何型面的匹配关系对车辆动力学性能影响的研究,对改善车辆动力学性能,提高车辆的运行品质以及提高铁路运输的经济效益和社会效益具有重大的意义。本文通过匹配我国新标准中规定的四种动车组车轮型面(LMA、LMB、LMC及LMD)与两种轨道型面(CHN60及CHN60N),系统地分析了高速轮轨型面匹配对车辆动力学性能的影响。结果如下。四种型面与CHN60N匹配时等效锥度变小,临界速度比其与CHN60匹配时提高了约14%。而与CHN60匹配时的接触宽度是其与CHN60N匹配时的1.7倍;CHN60N的接触范围集中在名义滚动圆附近,不利于均匀磨耗。四种型面与CHN60N匹配时,轮对横移量最大值平均提高了9.25%,均方根平均提高了6.25%,发生大位移的概率更大;但与CHN60N匹配时对轮轨的冲击小,轮对的横向振动特性更好。车辆通过有激励和无激励的小半径曲线时,四种型面与CHN60匹配的各指标的最大值都要小于其与CHN60N匹配,与CHN60钢轨匹配时的小半径曲线通过能力优于CHN60N。大半径曲线通过能力差异不明显。因此,四种型面与CHN60N匹配时的等效锥度变小,临界速度增加,接触宽度变窄,但发生大位移的概率变大;四种型面与CHN60N匹配时的小半径曲线通过能力变差,大半径曲线通过能力差异不明显。

关键词： 城轨车辆   耦合动力学模型   动力学响应   轮轨磨耗   轮轨复合故障  

摘要： 城轨交通车辆的快速发展在近年来很大程度上缓解了因城市和人口飞速增长所带来的城市交通拥堵。由于运载量的增大,城轨车辆的种类多样,车辆参数也根据需要呈现多样化,为了满足更多的乘客需求,车辆的的运行线路也不断增加,在如此复杂的运行环境中,城轨交通车辆与轨道下部基础呈现出更多的复杂性,这种复杂性造成城轨车辆波磨、扁疤、不圆、异常磨耗等故障的出现,且故障的发生常常不仅以单一形式存在,轮对故障会与钢轨故障同时耦合并发存在。本文以实际城轨车辆为依据,以实际运行线路及运营环境为研究背景,针对车辆轮轨常见故障,建立动力学模型并开展仿真研究,揭示车辆在发生钢轨波磨及车轮故障产生的轮轨复合故障在一定工况下对车辆的动力学性能及振动响应的影响,通过本文研究的结果可以对城轨车辆运营单位提供理论指导,使运营单位在面对轮轨复合故障的情况下对于车辆的运维方面积累一定的理论依据。本文主要进行了以下几方面的研究工作:1.对国内外各学者的科研成果与研究进行分析调研,主要包含车辆下部的钢轨波磨故障以及车辆轮对的常见故障类型（车轮多边形,车轮扁疤,车轮异常磨耗）的研究现状,明确本文研究方向,确定研究的主要内容,阐述了研究的意义。2.以多刚体动力学理论为研究依据,以钢轨及轮对作为文章重点研究对象,使用SIMPACK软件建立了细致合理车辆耦合动力学模型,通过分析钢轨波浪形磨耗及三种常见的轮对故障（车轮多边形,车轮扁疤,车轮异常磨耗）的产生原因并利用Matlab,AutoCAD及SIMPACK结合对轮轨复合故障建立相应合理的动力学简化模型,使其能以复合故障的形式进行结合,为接下来的仿真计算做好了理论模型基础。3.确定了研究工况包括速度设置、线路设置;论述了评价指标,如垂向加速度,振动响应时、频域分析,轮轨力,脱轨系数,轮重减载率,平稳性、Archard踏面钢轨磨耗量,轮轨接触情况等动力学响应,仿真扁疤-波磨、多边形-波磨、异常磨耗-波磨这三种常见的轮轨复合故障,并首先对单一波磨故障在不同波深下对于车辆的动力学性能进行详细分析,得到随着波深的增大,动力学各参数更加恶劣。4.通过建立扁疤-波磨轮轨复合故障模型,通过改变车轮踏面扁疤的参数指标为扁疤长度,在50km/h的运行速度下通过曲率半径为400m的曲线或经过小曲线时,轮轨复合故障比单一故障对车辆动力学响应影响更恶劣,加剧车辆的动力学性能;通过改变不同种类下轮轨复合故障的参数进行分析,在扁疤-波磨复合故障下,通过轮重减载率确定了扁疤-波磨同时存在时的扁疤镟修限值为30mm,相比与仅扁疤存在时要提前缩短镟修限值;踏面与钢轨磨耗位置都在为20mm5mm,且钢轨磨耗更靠近轮缘方向,轮对磨耗量大于钢轨磨耗。5.通过建立多边形-波磨轮轨复合故障模型,改变车轮多边形故障为阶数、幅值参数指标,并与仅波磨、仅多边形下进行比较分析,得出虽然复合故障保持了单一多边形故障的趋势,但轮轨复合故障比单一故障对车辆动力学响应影响更恶劣,加剧车辆的动力学性能;在本文运行线路下5阶多边形-波磨故障对于车辆的安全性指标相对更敏感;多边形-波磨复合故障下的踏面磨耗发生位置为-10mm0mm,钢轨磨耗为-15mmmm,且踏面磨耗量大于钢轨磨耗量。6.根据第二章建立得到的异常磨耗-波磨轮轨复合故障,通过改变车轮异常磨耗的参数指标:磨耗宽度与磨耗位置来改变车辆复合故障程度,轮轨复合故障使得车辆车轮及钢轨磨耗加剧,且复合故障下车轮磨耗量大于钢轨磨耗量,并得出了轮轨磨耗易发生在滚动圆附近40mm区间内。通过本文的研究,得到波磨故障及车轮故障进行复合时形成轮轨复合故障情况下对城轨车辆动力学性能及动态响应的分析,得到复合故障下大的故障镟修限值及各动力学指标的发展趋势,并通过对车体持续功率谱密度图谱的功率谱密度值的幅值变化与复合故障下的频谱图频谱变化对不同种类故障进行分析识别,为运营单位对车辆关键部件的养护和维修提供理论支持。

关键词： 地铁   轮轨粘着   试验台   有限元分析   LabVIEW  

摘要： 随着城市人口的快速增长,地铁客运迅速发展,使得依靠轮轨界面粘着性能运转的车辆负载日益增大。在轨道运输过程中,轮轨低粘着现象成为不断困扰车辆运行的主要问题。对轮轨关系的试验研究可以分为试验台试验和线路试验,由于线路试验中车辆实际运行工况的复杂性、高昂的成本,以及无法测量单一因素对粘着特性的影响,通过粘着特性试验台探究轮轨粘着特性是必要的研究手段。因此,本文对粘着特性试验台的设计与研究具有非常重要的意义。在分析地铁轮轨运行工况和轮轨粘着试验技术要求的基础上,本文确定了一种能够模拟轮轨不同工况的轮轨粘着试验台系统方案。该轮轨粘着试验台的设计采用了模块化设计思想,将整个试验台划分为轮轨接触模拟系统、驱动系统、加载系统、防护装置、介质喷洒装置等。对试验台各模块进行了结构设计,并利用Solid Works软件完成了三维建模。利用Abaqus有限元软件对加载轴进行了强度和刚度校核,结果表明所设计结构在极限工况下能够满足强度和刚度要求。利用Abaqus有限元软件对主轴和模拟轨道轮进行模态分析,得到了前六阶振型和临界转速,确定了共振频率,仿真结果表明不会引起共振现象。对轮轨粘着试验台的测控系统进行方案设计,主要包括硬件和软件两部分。设计了基于PLC的控制系统硬件方案,并对基于PLC的控制系统的硬件设备进行合理的选型。利用LabVIEW软件设计了测控系统软件,将软件分为PLC控制模块、变频器控制模块、数据采集模块和数据管理模块,并对其进行了详细设计与调试。将人机交互界面设计分为三部分,分别是通讯参数界面、控制外设界面和粘着特性界面,使得试验过程中具备友好的人机交互。最后,完成了轮轨粘着试验台的加工、装配与调试工作,并通过初步轮轨粘着试验对试验台的性能进行了验证。

关键词： 高速铁路   轮轨摩擦试验台   垂向颤振   动力学仿真  

摘要： 轮轨关系问题是铁路交通区别与其他路面交通的本质特征，其研究深入程度决定了铁路交通发展的可持续性。该方面的研究，除了理论研究，还要进行大量的试验研究。通过建立试验台进行小比例模型试验可以避免线路试验研究周期长、成本高的缺点，相对经济快速的得到可靠的实验数据。与此同时，试验台的功能及性能很大程度上制约了试验研究内容的方向。国内外现有的轮轨摩擦试验台一般都是使用单一尺寸的试件进行试验，且试验过程中轮轨保持相同的正压力，导致轮轨摩擦学试验难以还原真实的轮轨接触状态。本文针对现有国内外轮轨摩擦试验台存在的优缺点，设计了一种全新的安全可靠的能适应不同尺寸试件的考虑垂向颤振的高速轮轨摩擦试验台。　　论文工作如下：　　在总结了国内外轮轨试验台优缺点的基础上，确定了本试验台的设计目标，得到了轮轨摩擦试验台的总体设计方案，完成了模拟轮轨试件的结构设计，确定了试件的取材方案。根据轮轨摩擦试验台的总体设计方案，完成了轮轨摩擦试验台本体设计和零部件设计，主要包括旋转台装置的设计，传动机构中传动方式的选择、试件轴和传动轴及其轴上零部件的设计、加载机构的设计和机架的设计等，完成了电机的选型计算，垂向激振器和扭矩传感器的选型计算等。　　为了验证本试验台设计的合理性，对试验台主结构的运动方程进行了推导，建立了试验台动力学仿真模型。在试验台仿真模型的基础上，对有无齿轮偏心，有无电机转速波动的四种工况下试验台的运行性能和有无垂向颤振激振力作用的两种工况下试验台的轮轨接触力学特性进行了比较和分析，验证了本试验台设计的合理性，同时基于试验台仿真模型和对仿真结果的分析，给出了试验台的工作限制。