环境湿度对浸金属碳滑板磨损及温升的影响

为探究环境湿度对弓网摩擦副载流滑动过程中电弧放电能量、浸金属碳滑板温升及滑板磨损量的影响,采用环-块式高速载流摩擦磨损试验台,对比不同湿度条件下,电弧能量、滑板温升及滑板磨损量随滑动速度、电流强度、法向力的变化情况。试验结果表明:不同环境湿度下,滑动速度和电流强度的增大均会导致电弧能量及滑板温升急剧增大;电弧热是导致温升的主要热源;增大法向力对于抑制电弧放电、降低滑板温升均有显著效果,而对于滑板磨损量变化的影响,不同湿度情况则截然相反;高湿度环境下接触副附着的水膜改善了接触状况和散热情况,电弧能量及滑板温升都小于低湿度环境;低湿度环境下滑板表面受到更严重的机械摩擦,其表面状态相比高湿度更差;在平均湿度较高的夏季适当增加升弓压力,在平均湿度较低的冬季适当降低列车行驶速度可以减少浸金属碳滑板磨损。

轮轨摩擦自激振动导致曲线啸叫研究

在地铁车辆通过狭窄的曲线轨道时,往往伴随着啸叫噪声的产生。为深入研究这一现象,该研究考虑了列车在曲线轨道行驶时的轮轨接触状态,进而建立了轮对-轨道系统的摩擦耦合有限元模型。随后,通过复特征值分析对该模型进行深入研究,并探讨了不同摩擦因数以及钢轨吸振器的类型及其参数对曲线啸叫产生趋势的影响。研究结果表明,轮对-轨道系统由于摩擦自激振动而引起的曲线啸叫噪声频率为482.4 Hz、1 205.1 Hz和2 153.9 Hz,这与现场测试结果相一致。此外,当摩擦因数大于或等于0.25时,轮对-轨道系统才会出现2 153.9 Hz的曲线啸叫噪声频率;而安装钢轨侧面吸振器及增大其连接阻尼或者选择合适的轨底吸振器结构均能有效地缓解轮对-轨道系统的摩擦自激振动。

基于销/盘试验机的摩擦噪声试验与仿真研究

为了研究摩擦噪声的产生机制和影响因素,利用销/盘试验机对以转子式压缩机曲轴-法兰材料制成的销/盘试样进行摩擦噪声试验研究;应用ABAQUS有限元软件,建立销/盘试验机有限元模型,利用复特征值分析方法预测该系统摩擦噪声的主频,并与试验结果进行对比;讨论相关参数对系统的稳定性和摩擦噪声的影响。结果表明:销与盘法向和横向振动的耦合是引起系统自激振动和摩擦噪声的重要因素;当系统摩擦界面处的摩擦因数大于系统临界摩擦因数时,系统开始出现不稳定振动,且摩擦因数越大,系统越不稳定,越易出现摩擦噪声;法向载荷对系统稳定性的影响不大;选择具有合适弹性模量的摩擦副材料可以抑制摩擦噪声的产生。

不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响

在受电弓-接触网载流摩擦磨损过程中,接触线会产生不同的横截面形状,而接触线形貌的改变可能会影响弓网间的接触关系,进而影响弓网间的载流摩擦磨损性能。为研究不同表面形貌的接触线对浸金属碳滑板载流摩擦磨损性能的影响,利用环-块式高速载流摩擦磨损试验机,研究载流条件下常规形貌、麻点形貌、斜切形貌的接触线与浸金属碳滑板的摩擦磨损性能,比较采用不同形貌接触线时的摩擦因数、电弧能量和浸金属碳滑板的磨损量、表面形貌。试验结果表明:在直流电情况下,常规接触线与浸金属碳滑板组成的摩擦副的摩擦因数最小,滑板磨损量最低;采用斜切形貌接触线时的摩擦因数最大,滑板磨损量最大。通过SEM电镜观测浸金属碳滑板表面的磨损形貌,发现接触线为常规形貌时,滑板以氧化磨损为主,有较多的氧化物产生;接触线为麻点形貌时,滑板以电弧烧蚀和磨粒磨损为主,产生了细小裂纹和烧蚀坑,有较多的磨屑和剥落层出现;接触线为斜切形貌时,滑板以电弧烧蚀为主,有大裂纹和犁沟产生,并且烧蚀区域出现了较多的白色小球。研究表明,当接触线的形貌发生改变时,会导致滑板磨耗增加并加剧接触副电弧放电,从而恶化接触副的状态。因此,当接触线磨损变形严重时,应及时进行更换。

浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能影响研究

为研究在载流条件下浸石蜡对碳滑板摩擦磨损性能的影响,在环-块载流摩擦磨损试验台上试验浸石蜡、未浸石蜡2种纯碳滑板与铜银合金接触线在载流条件下的摩擦磨损性能,并对比碳滑板在不同载荷、滑动速度、电流情况下的表面形貌变化。试验结果显示,浸石蜡对碳滑板载流摩擦磨损性能的影响与电弧烧蚀紧密相关。石蜡及其有机产物加剧电弧烧蚀,石蜡的不完全分解会削弱滑板的载流摩擦磨损性能,通过减小法向载荷、加快滑动速度、增大电流均能显著加剧浸石蜡碳滑板在试验中的电弧烧蚀。浸石蜡碳滑板的摩擦系数的变化规律是:随法向载荷、电流的增大呈现减小的趋势,随滑动速度的增加先增大后减小,60km/h时摩擦系数最大;浸石蜡碳滑板的平均电弧能量、磨耗量随法向载荷的增大呈现减少的趋势,随电流的增大而增加,平均电弧能量随滑动速度的增加而增大,磨耗量随滑动速度的增加先增加后减少,60km/h时磨耗量最大;在低速(40km/h)和高速(80km/h)时浸石蜡增强碳滑板的耐磨性能。

高/低湿度条件下弓网载流摩擦磨损性能的试验研究

为探究不同湿度条件下地铁刚性弓网系统摩擦磨损的性能,采用弓网系统常用的浸金属碳滑板与铜银合金接触线为试验材料,利用高速载流摩擦磨损试验机模拟地铁刚性弓网的运行。试验研究了环境相对湿度分别为20%、40%和60%时,地铁常见运营速度下浸金属碳滑板的磨耗率、摩擦系数、平均电弧能量和振动加速度的变化规律。结果表明:低湿度(20%)环境中,滑板与弓网之间的摩擦类似于干摩擦,滑板磨粒会损坏接触线表面形成犁沟。在高湿度(60%)环境中,空气中的水分子会润滑接触表面降低接触副之间的摩擦系数,还可以扩大电流回路的通流面积,降低接触副之间的振动幅度。

刚性弓网系统参数对接触线波磨的影响研究

建立地铁受电弓-刚性接触网1∶1有限元摩擦自激振动模型,通过滑动摩擦关系将弓网系统的法向和切向运动进行动力学耦合。基于摩擦自激振动引起波磨理论,使用复特征值法研究刚性弓网系统参数对接触线波磨的影响。结果表明,当摩擦因数μ≥0.15时,刚性弓网系统都会在频率f=818.01 Hz发生摩擦自激振动现象,这个摩擦自激振动引起刚性接触线波磨。当摩擦因数μ<0.15时,可以显著减轻接触线波磨;当法向接触力F≤110 N或跨距L=6 m时,可以有效缓解接触线波磨;当弓头悬挂扭簧刚度K=100 N·m/rad时,接触线波磨发生的可能性较小。

刚性接触网中浸金属碳滑板在不同法向载荷下的载流摩擦磨损性能

为了更好地模拟浸金属碳滑板的实际应用工况,设置试验滑动距离为1000 km,使用环-块式载流摩擦磨损试验机模拟地铁列车在刚性接触网系统中的运行条件,研究浸金属碳滑板在不同法向载荷作用下的载流摩擦磨损性能。试验结果表明:随着法向载荷的增大,摩擦因数不断增大,电弧能量下降,载流效率不断升高,滑板的温度以及磨损率都呈现出下降的趋势;随着滑动距离的增加,滑板的磨损率逐渐降低最后趋于稳定。SEM电镜观察结果表明:法向载荷较低时,浸金属碳滑板表面产生了较多烧蚀坑和裂纹,其磨损形式主要表现为电弧烧蚀以及片状剥落;随着法向载荷增大,滑板表面出现划痕和磨屑,磨粒磨损现象较为明显。研究表明:适当增大法向载荷可以有效抑制电弧的烧蚀作用,减少滑板表面的裂纹和烧蚀坑,从而降低滑板的磨损。

轮轨滑动对高速铁路扣件弹条振动特性的影响

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。

轮对-轨道系统波磨预测模型的建立及预测分析

基于摩擦自激振动导致钢轨波磨的理论,通过轨下垫板等效替代扣件系统,建立轮轴之间采用过盈配合的轮对-轨道系统的有限元预测模型,采用复特征值分析法预测轮轨系统的摩擦自激振动。通过对比所建模型和采用弹簧阻尼对模拟扣件的模型之间的差异,发现所建模型在预测效果上更接近现场测试结果。通过控制变量法研究摩擦因数、轨下垫片等效弹性模量对波磨预测结果的影响。仿真结果表明:摩擦因数在0.2~0.6范围内时,随着摩擦因数的增大波磨发生的可能性会增加;扣件垂向刚度在50~90 MN/m范围内时,随着扣件刚度的增大即轨下垫板等效弹性模量的增大,系统发生不稳定振动的可能性会降低。仿真预测与实验结果一致,进一步验证了模型的有效性。

转向架悬挂参数对轮缘磨耗的影响

通过对动车组线路的长期跟踪测试,发现某线路动车组轮缘磨耗异常是该线路动车组轮对报废的主要原因。对3种常用动车组的轮缘磨耗情况进行跟踪实测,并对比分析3种动车组轮缘磨耗规律。为探究对车辆动力学性能影响较大的悬挂参数对车轮轮缘磨耗的影响,采用动力学仿真分析软件SIMPACK建立动车组的动力学仿真模型,计算不同悬挂参数下车辆的动力学性能参数。剖析不同悬挂参数下的动力学性能指标,根据轮轨发生两点接触后的受力状态,分析各个动力学性能参数变化对轮缘磨耗的影响,并验证悬挂参数的改变对车辆直线运行性能的影响。结果表明:轴箱定位刚度对车辆通过小半径曲线时的轮轨冲角和横向力影响较大,是影响轮缘磨耗的主要悬挂参数。

车轮多边形磨耗机理的有限元研究

在车辆稳态通过小半径曲线和直线的条件下,建立由轮对-钢轨-轨枕弹簧组成的系统有限元弹性振动模型。在模型中,假设轮轨蠕滑力饱和且等于法向力与摩擦系数的乘积。钢轨和车轮在饱和蠕滑力作用下产生动力学耦合,当耦合关系比较强时,轮轨系统会出现弹性黏-滑振动。应用有限元软件ABAQUS分析该模型的运动稳定性,发现在一些条件下轮轨系统存在严重的频率不大于150Hz的黏-滑弹性振动。振动模态显示,在轮轨发生黏-滑振动时,车轮相对钢轨发生横向滑动,而轮轨系统的低频黏-滑振动是引起车轮多边形磨耗的原因之一。应用本文方法可预测在小半径曲线和直线线路运行的车轮的多边形磨耗。计算结果发现,当正确选择轨枕支撑弹簧刚度或当控制轮轨摩擦系数不大于0.27时,可抑制甚至消除车轮多边形磨耗。

轮轨摩擦自激振动引起小半径曲线钢轨波磨的瞬态动力学

钢轨波磨问题一直困扰着地铁线路,对其产生机理的研究有着重要的理论和应用价值。基于轮轨摩擦自激振动引起钢轨波磨的观点,建立轮对稳态通过小半径曲线时由轮对-钢轨-轨枕组成的轮轨系统有限元弹性振动模型,在模型中假设轮轨蠕滑力饱和且等于法向力与摩擦因数的乘积。应用有限元软件ABAQUS分析该模型的运动稳定性,重点研究轮轨系统摩擦自激振动的瞬态动力学过程,获得了轮轨系统发生摩擦自激振动时轮轨振动和接触法向力的变化规律。结果显示内轮和内轨接触摩擦副发生严重的摩擦自激振动,并对这个摩擦自激振动引起钢轨波磨的机理进行了解释。

踏面制动尖叫噪声的有限元分析

利用ABAQUS软件建立铁路货车车轮踏面制动系统有限元模型,对其进行制动摩擦尖叫噪声的有限元复特征值分析。根据复特征值实部的正负判断系统发生尖叫噪声的可能性,如果有实部为正的特征值,则可判断系统有发生尖叫噪声的趋势。在ABAQUS建模方法中,闸瓦与车轮之间的法向力根据接触计算确定,不需假设接触弹簧,可以方便处理非平面滑动接触尖叫噪声问题。利用该模型,研究滑动摩擦因数、闸瓦压力角、闸瓦压力和转动方向对尖叫噪声的影响。研究结果显示,闸瓦压力角对制动尖叫噪声有重要影响,当闸瓦压力角α=5°时,制动系统发生尖叫噪声的可能性最低。计算结果还显示,摩擦因数越大,系统发生尖叫噪声的趋势就越大;闸瓦压力越大,尖叫噪声发生的趋势就越大。车轮逆时针转动比顺时针转动更容易引起尖叫噪声。

金属往复滑动摩擦噪声与摩擦表面形貌特征关系的研究

采用声学和动力学测量技术准确地跟踪金属往复滑动摩擦噪声发生的位置。通过对摩擦件上发生摩擦噪声的地方进行SEM观察及三维表面形貌分析,可以清楚地看出平面-平面接触发出摩擦噪声时的表面形貌以麻坑状犁沟的不均匀断裂、表面粗糙度比较大为主要特征。一并对这种摩擦材料的片状不均匀断裂引起摩擦噪声的机理进行了讨论。

摩擦噪声研究的现状和进展

评述了近 2 0年来摩擦噪声的理论和实验研究进展 .指出在摩擦噪声研究领域取得的主要进展表现在制动系统摩擦尖啸噪声的动力学分析上 ,而对摩擦表面微观结构影响的研究不多 ,许多问题还有待深入研究 .为了更好地认识摩擦噪声机理和探讨控制摩擦噪声的措施 。

高速列车车轮踏面非圆磨耗机理

为揭示高速列车车轮踏面非圆磨耗的产生机理,控制高速列车车轮的非圆磨耗,基于高速列车在雨、雪条件下调速制动可能发生轮轨滑动的特点,建立了由轮对和钢轨组成的轮轨系统摩擦自激振动模型,使用该模型对轮轨系统进行了摩擦自激振动发生趋势的仿真分析.仿真结果表明,在轮对调速制动轮轨蠕滑力达到饱和(即滑动)状态下,轮轨系统容易发生摩擦自激振动,此摩擦自激振动能引起车轮非圆磨耗,并提出控制高速列车调速制动时的制动摩擦力使轮轨不发生滑动是抑制车轮非圆磨耗的主要措施,增大钢轨扣件垂向阻尼是控制高速列车车轮非圆磨耗的可行方法.

金属往复滑动摩擦噪声源的识别

对金属往复滑动摩擦噪声进行了声学和动力学测量 ,通过对声压级和加速度进行时间历程波形分析、功率谱分析 ,确认摩擦噪声是由参加相对滑动的摩擦副的 1个或 2个部件的振动辐射所产生 。

摩擦系数影响摩擦噪声发生的机理研究

结合摩擦系数测量和磨痕表面形貌的观察 ,认为摩擦力的波动成分是引发摩擦噪声的主要机理。对于往复滑动过程 ,在摩擦系数 -往复循环次数的关系图上一般有一个驼峰状的变化。应用Suh的理论 ,说明了在摩擦系数的驼峰状上升沿靠顶部的地方既是摩擦力接近最大值 ,又是摩擦力波动最激烈的地方 ,因而在这地方很容易出现摩擦噪声。

时滞摩擦尖叫噪声模型的稳定性研究

应用Olgac直接法对单自由度时滞摩擦噪声模型的稳定性进行了分析,建立了无摩擦尖叫噪声的稳定区域。对模型的自然频率、阻尼和接触摩擦综合系数对摩擦尖叫噪声的影响进行了数值分析。结果显示,摩擦力时滞的数值对摩擦噪声的发生有重要的影响。随着摩擦力时滞数值的增大,模型无摩擦噪声的稳定区和有摩擦噪声的不稳定区交替出现。模型的自然频率越高,就越容易发生摩擦噪声。模型的阻尼越小,也越容易发生摩擦噪声。模型的接触摩擦综合系数越大,也越容易发生摩擦噪声。对模型进行了非线性仿真分析,仿真结果显示,法向振动引起的接触分离是摩擦振动受限的一个非线性因素。