车轮扁疤对高速列车车轴疲劳损伤的影响

以高速列车非动力车轴为研究对象,基于车辆轨道刚柔耦合动力学模型、材料力学分析方法、SWT疲劳损伤模型和Miner损伤累计理论,通过计算正常车轮与扁疤车轮作用下的动力学行为和应力应变响应特点,分析车轮扁疤对车轴疲劳损伤的影响。研究结果表明:在车轮扁疤的作用下,轮轨力和轴箱振动加速度的幅值均会显著提升,但一系悬挂垂向力由于垂向减振器的作用导致车轮扁疤对其影响较小;在车辆运行过程中,随着轮对的周期性转动,车轴疲劳损伤在不同滚动周期内的波动较为剧烈,具有正态分布的特点;车轮扁疤的存在会加剧车轴的疲劳损伤,使其服役寿命急剧降低。因此,在车轴的设计阶段,需要考虑扁疤等轮轨缺陷对车轴服役寿命的影响。

车轮扁疤激励下高铁轴箱系统振动特性研究

以某型高速列车轮对和轴箱轴承为研究对象,构建包含轮对轴箱轴承的车辆-轨道耦合动力学模型,研究在京津线轨道不平顺激扰及车轮扁疤激扰工况下轴箱系统内部结构的接触振动特性。结果表明:当车轮出现扁疤缺陷时会引起轴箱在垂向和横向的高频振动;随着车轮扁疤长度的增加,轴箱轴承滚子与外圈接触载荷高频段所占成分逐渐增加,引起轴承滚子与外圈的中高频激振,加速轴承的疲劳破坏;扁疤长度超过30 mm时,0号滚道区域的接触载荷变化较大,扁疤长度50 mm处轴箱轴承滚子与外圈接触载荷均值与扁疤长度10 mm处滚子与外圈接触载荷均值的最大值相比增加了33.38%;当列车运行速度在250 km/h左右时,车轮扁疤长度安全阈应限制在30 mm以内,尽量降低车轮较长扁疤引起的轮轨结构高频振动。

基于小波时频图和量子遗传算法的车轮扁疤检测方法

针对地铁车轮扁疤在线诊断困难问题,提出了一种基于小波时频图、灰度投影法和量子遗传算法的智能在线车轮扁疤检测方法。首先对轮轨间的垂向振动信号进行小波时频分析,得到小波时频图,然后结合灰度投影法从时频图中提取车轮扁疤的特征;最后采用量子遗传算法对支持向量机进行优化以提高SVM的分类准确率。通过一个工程实例验证了该方法在识别车轮扁疤时的有效性。结果表明,该方法能够准确且快速地检测出对车轮扁疤,且所使用的分类模型的性能优于现有模型。

基于时频信息融合驱动的车轮扁疤定量识别研究

包络谱分析中,包络时域信号和包络频谱均可有效提取车轮扁疤特征。为结合这两种数据形式的优势,以实现高效准确的车轮扁疤定量识别,提出一种基于时频信息融合驱动的车轮扁疤定量识别方法。首先,通过构建地铁车辆-轨道刚柔耦合动力学模型获取车轮扁疤不同尺度工况下的轴箱振动响应。其次,对轴箱振动响应进行重叠采样和包络谱处理,制成两种不同数据形式的样本集。然后,对比两种不同模型架构下多输入卷积神经网络的识别准确度,着重研究最佳模型架构下多输入卷积神经网络模型的泛化性能和各部分样本集单独输入时的识别性能差异。结果表明:优化分析后模型的综合识别性能最佳,平均绝对百分比误差与拟合度R^(2)分别可达3.812%和0.990;处理随机未知数据时,相对误差不超过7.2%;虽然时效性有所下降,但仍满足在线监测时效性的需求。

制动工况下重载货车车轮扁疤对轮轨振动响应分析

随着我国重载铁路的发展,重载货车轴重不断增加,车轮扁疤问题也日渐突出,该问题会导致轮轨动载荷急剧增大。建立了重载车辆-轨道刚柔动力学模型,在考虑了重载货车不同制动工况下,探究车轮扁疤对轮轨之间垂向冲击力和纵向蠕滑的影响,并进行了扁疤限值计算。结果表明,车辆的P1和P2力随着扁疤长度和速度的增大而增加,且紧急制动工况下大于正常制动工况。空车状态下轮轨垂向力远远小于重车状态,但在扁疤的作用下空车状态下的垂向轮轨力产生的波动会更大。车辆进行制动会导致纵向蠕滑率和纵向蠕滑力发生改变,同时在扁疤的作用下纵向蠕滑率和纵向蠕滑力都会产生波动,扁疤越大波动幅度越大。根据标准中的轮轨垂向力和轮重减载率的限值,对车辆在不同工况下进行扁疤限值计算,结合空重车以及制动工况,得到重载货车扁疤限值为38 mm。该研究将为重载货车运维提供相关指导。

车轮扁疤对高速列车传动齿轮动态特性影响

[目的]车轮扁疤会引起列车传动齿轮振动加剧,因此有必要研究车轮扁疤对高速列车传动齿轮的振动动态特性影响。[方法]基于多体动力学理论和某高速列车传动齿轮的技术参数,构建弯曲-扭转-轴向耦合斜齿轮和车轮扁疤的高速列车整车动力学模型;对不同扁疤长度下,高速列车传动齿轮的动态特性,大、小齿轮接触面间的最大接触应力,以及齿轮传递误差进行了计算与分析。[结果及结论]当车轮扁疤长度为0~30 mm时,高速列车大、小齿轮的振动加速度增长不明显;当车轮扁疤长度为30~60 mm时,高速列车大、小齿轮的振动加速度急剧增加,大、小齿轮间的最大接触应力由630 MPa增加至了1250 MPa,增长了2.08倍;随着车轮扁疤长度的增加,齿轮动态传递误差呈现增加的趋势;当车轮扁疤长度为0时,齿轮动态传递误差最大值为9μm;当车轮扁疤长度为60 mm时,齿轮动态传递误差最大值为72μm,齿轮传递误差增加了8倍。

车轮扁疤对地铁车辆动力学性能的影响研究

在地铁车辆运行过程中,车轮扁疤损伤时有发生。为了探究地铁车辆在车轮扁疤激励下的动力学性能,基于Simpack动力学软件建立地铁车辆动力学模型,结合动力学指标,研究分析车轮扁疤尺寸、车辆运行速度对地铁车辆动力学性能的影响。研究结果表明,随着扁疤长度的扩展,车体垂向加速度的幅值和垂向平稳性指标逐渐增大,车轮扁疤尺寸变化比车速变化对轮轨垂向力的影响更为显著。

车轮扁疤引起的轮轨冲击分析

为了研究高速列车车轮扁疤引起的动力学问题,根据多体动力学理论和等效轨道激扰法,建立了我国某型高速车辆的动力学模型及车轮新、旧两种扁疤模型.应用车轮轮径变化扁疤模拟法对车轮扁疤进行模拟,并对高速车辆轮轨冲击动力效应进行仿真分析.结果表明:新、旧扁疤轮轨冲击力规律不同,旧扁疤产生轮轨垂向冲击力随车速的增大而增大,在高速运行条件下,远大于新扁疤产生的垂向冲击力;当车速分别高于200和250 km/h时,车轮扁疤长度需要限制在35和30 mm以内.

基于钢轨振动响应分析的车轮扁疤检测方法研究

车轮扁疤会影响列车运行舒适性并加速车辆、轨道基础设施部件故障。提出一种基于钢轨振动响应的车轮扁疤动态检测和识别方法。通过建立车辆轨道垂向耦合模型和车轮扁疤模型,计算车轮扁疤作用下的钢轨动态响应。比较了不同轨道不平顺、不同列车运行速度以及不同扁疤深度条件下,对钢轨振动响应进行Hilbert-Huang变换(HHT)和高阶谱分析两种方法的车轮扁疤识别能力。利用HHT中的Hilbert谱可以定性区分正常车轮与有扁疤车轮,但该方法会受到轨道不平顺大小的影响。而利用高阶谱分析方法能够定量判断扁疤深度,且识别能力不受轨道不平顺大小及运行速度影响。研究结果表明,利用钢轨振动响应结合高阶谱分析可以有效检测和识别车轮扁疤。

车轮扁疤伤损对高速列车轮对动力学性能影响

车轮扁疤是铁道车辆车轮踏面的缺陷形式之一,对轮轨动力和运用安全有明显的影响.本文建立了弹性车辆系统动力学模型,且将车轮扁疤伤损考虑为车轮轮径变化.利用数值仿真,研究了车轮扁疤伤损对高速列车轮轨冲击力、轮对振动及轮轨接触性能等的影响,并结合列车运行安全性指标得到了不同速度等级下车轮扁疤长度安全限值.结果表明,弹性车辆系统模型可以准确体现轮对旋转运动特征.车轮扁疤伤损对轮轨系统垂向和横向均产生冲击作用,对轮轨系统垂向冲击作用尤为明显,将显著增大轮对旋转振动频率及其倍频对应的振动能量,且会激起轮对中高频弹性共振.车轮出现40mm扁疤时,随着车轮旋转运动,轮轨接触点向轮背侧出现周期性横移,轮轨接触斑面积最大可达142mm2,轮轨纵向和横向蠕滑率分别增大4%和16%.轮轨力、轮对振动加速度及轮轨磨耗指数均会随车轮扁疤长度的增加而增大.当列车运行速度在300km/h及以下时,车轮扁疤长度需限制在30mm;当列车运行速度达到350km/h时,车轮扁疤长度需限定在25mm.

遗传算法结合小波神经网络的列车车轮扁疤故障检测方法

为了寻求一种更加有效的列车车轮扁疤故障分析算法,提出一种通过轮轨噪声来确定车轮扁疤严重程度的检测方法。该方法将遗传算法与小波神经网络相结合,同时为了避免出现局部极小值,加速学习速度,在小波神经网络中增加了动量模型;在搜寻小波神经网络隐含层链接权值之前,使用遗传算法进行计算以优化小波神经网络结构;硬件只需2组麦克风阵列以及2个速度感应器就可以提供实时结果,成本远低于我国现有的检测方法。对不同列车车速下的轮轨信号进行了实时测试,结果表明:与传统神经网络、小波神经网络和遗传算法相比,该方法的检测准确率最多分别提高了16%、11%和3%,并且收敛最快。

车轮扁疤激起的轮轨冲击噪声机理分析

为了预测和控制快速和准高速线路上车轮扁疤激起的轮轨冲击噪声,应用车辆-轨道耦合动力学理论和声辐射理论,建立了基于车辆-轨道相互作用的轮轨冲击噪声预测模型,编制轮轨噪声仿真程序计算分析了车轮扁疤激扰下轮轨冲击噪声的特性。结果表明:(1)车轮扁疤是造成轮轨冲击噪声的重要源泉;(2)车轮扁疤引起的冲击噪声主要集中在250 Hz以上频段;(3)车轮扁疤引起的轮轨冲击噪声跟扁疤长度、扁疤个数以及列车运行速度有很大的关系;(4)车轮新扁疤比旧扁疤激起的轮轨冲击噪声大2 dB(A)～3 dB(A)。

基于Cowper-Symonds本构模型铁路车轮扁疤激发的轮轨冲击仿真分析

轮轨关系是高速铁路工程领域最重要的研究课题之一,车轮扁疤作为一种主要的轮轨失效形式,严重影响了高速列车运行的平稳性和安全性。利用Hypermesh软件建立了带有扁疤的三维轮轨滚动接触模型,并基于轮、轨钢Cowper-Symonds本构模型,采用LS-DYNA3D显式算法进行了相应的有限元仿真分析,重点研究了车速、扁疤长度和轴重对轮轨冲击响应的影响。仿真结果表明:车轮扁疤缺陷引起的最大轮轨垂向冲击力显著大于相应的准静态垂向载荷,最大von Mises等效应力和最大等效塑性应变通常发生在轮轨接触表面;轮、轨钢的应变率效应对轮轨垂向冲击力没有影响,但由于应变率的强化效应,与不计应变率效应的结果相比,基于Cowper-Symonds模型得到的最大von Mises等效应力明显增大,而最大等效塑性应变略有降低;车速、扁疤长度和轴重对轮轨冲击响应均有显著的影响。研究结果可为轮轨系统的安全性设计与评估提供技术支持。

基于声传递向量方法的车轮扁疤冲击噪声分析

建立一种基于声传递向量分析车轮扁疤冲击作用下轮轨噪声时频特性的模型。首先建立详细的车轮有限元模型进行模态分析,提取模态质量,模态振型等参数。结合车轮模态特征,并将钢轨视为Timoshenko梁,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立可以考虑车轮弹性变形和轮轨接触非线性的时域车轨耦合振动模型。通过轮轨动力学计算得到车轮扁疤冲击下的车轮和钢轨时域振动速度,并由快速傅里叶变换(FFT)获得轮轨接触点处轮轨振动速度的频谱;同时,采用边界元声传递向量(ATV)方法计算得到单位力作用下车轮与钢轨噪声辐射频谱。结合车轮扁疤引起的轮轨振动速度频谱、单位力作用下的速度导纳和噪声辐射频谱计算得到受声点处的声压谱,并通过快速傅里叶逆变换(IFFT)获得其声压时程。结果表明本文模型可以很好地模拟轮轨冲击振动和噪声的时域与频域特性。

30t轴重货车-重载铁路车轮扁疤动力效应分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论,针对30 t轴重货车和重载铁路轨道结构,研究了新、旧扁疤作用下的轮轨动力作用特征,并对两种扁疤形式的最大允许限值提出了相应的建议。结果表明:新扁疤作用下,轮轨垂向力会出现典型的高频作用力和低频作用力,根据英国铁路轮轨冲击力的限值标准,新扁疤长度的最大允许限值建议采用37mm;旧扁疤作用下,轮轨垂向力不再出现高频作用力和低频作用力,代之以最大轮轨作用力出现,结合美国铁路工程协会关于动荷载系数2.0的标准和轮重减载率0.8的限值,旧扁疤长度最大允许限值建议采用45 mm。

车轮扁疤引起的车轴附加载荷的仿真研究

采用改进的轮轨冲击简化模型，对车轮扁疤引起的车轴附加载荷进行了系统的仿真研究，并对提速后货车车轮扁疤检修规范的修订提出了建议．

新型铁路车轮扁疤动态检测系统简介

简要介绍了铁路车轮扁疤动态检测系统的工作原理和软硬件设计方法。

车轮扁疤对高速车辆动态曲线通过性能的影响

为探究车轮扁疤对高速车辆动态曲线通过的影响,建立基于轮对柔性的车辆-轨道刚柔耦合模型,推导新、旧扁疤长度与深度之间的关系,在考虑轮轴弹性变形的基础上分析不同曲线超高下扁疤尺寸变化对曲线通过的影响规律。研究结果表明:转向架二位轮对内轨侧车轮出现扁疤对车辆曲线通过影响最大;新扁疤尺寸越大越不利于曲线通过;旧扁疤沿深度扩展对曲线通过的影响大于沿长度扩展的影响;内轨侧车轮在欠超高时轮轨磨耗、脱轨系数和轮轨横向力更大,过超高时倾覆系数、轮轨垂向力较大;扁疤对车辆曲线通过的影响主要体现在对曲线线路结构的破坏上,建议在充分考虑轮轨型面的基础上以轮轨垂向力峰值为标准确立扁疤车轮镟修界限。

波磨与车轮扁疤耦合故障下车辆振动响应分析

钢轨波磨和车轮扁疤是车辆运行中经常同时存在的2种故障,为研究2种故障对行车安全产生的较大影响,建立了车辆动力学模型,讨论了车辆在通过曲线时2种故障的耦合作用,并利用统计学指标对振动响应特性进行分析。结果表明:钢轨波磨会引起扁疤冲击响应的幅值变大并引起小范围波动,且在钢轨波磨深度为0.01mm时,幅值响应相对车轮扁疤单一故障并不明显;当钢轨波磨深度为0.05mm与0.10mm时,幅值响应相对于车轮扁疤单一故障较为明显。

考虑车轮扁疤的轮轨磨耗演化及其对车线桥系统的影响分析

基于车辆-轨道-桥梁相互作用理论和Archard材料磨损原理,建立高速车辆-轨道-箱梁桥耦合系统动力学模型,计算M2维护周期内含扁疤车轮轮轨磨耗深度分布,探讨含扁疤的轮轨磨耗演化对轮轨接触特性及车辆-轨道-桥梁系统动力学性能的影响。研究结果表明:随磨耗深度增大,含扁疤的磨损轮轨匹配时轮对横移引起的接触角、半径差变化越大;在踏面不发生二次擦伤时,初始微小扁疤随磨耗里程增大,其长度增大深度几乎不变,对车线桥耦合系统冲击作用减弱;含扁疤的磨损轮轨磨耗演化主要影响轮轨横向力;桥梁结构对磨损轮轨的磨耗演化较为敏感,建议以桥梁垂向振动加速度监测轮轨磨损状态。