动车组全列车轮运维全过程退化数值模拟方法研究

车轮是动车组的关键零部件,在长期服役过程中会发生状态退化,影响动车组的安全平稳运行;同时,动车组的全列车轮均是成组运行、成组检修,各车轮的退化具有整体同步性和个体差异性,并且邻近车轮在运用和检修过程中相互影响。车轮退化具有影响因素多样、参数互相影响、随机性强的特点,因此提出一种动车组全列车轮运维全过程退化数值模拟方法。针对车轮磨耗、缺陷和镟修等运维过程的关键环节,采用了考虑各环节相关因素、退化规律及其不确定性的概率模型,再通过闭环迭代实现车轮退化过程的数值模拟;为模拟动车组全列车轮在不同随机环节影响下的退化过程,提出了基于Monte Carlo仿真的车轮退化数值模拟方法;最后,基于我国动车组运维数据,给出了建模与模拟算例。结果表明,该方法能够有效预测动车组全列车轮退化过程的平均水平及其不确定性,进而实现车轮剩余寿命预测,并结合车轮运维成本评估,支撑车轮高级修限值优化,降低车轮运维全过程成本,改善动车组维修经济性。

车轮尺寸对车轮磨耗的影响规律研究

车轮尺寸参数在车轮全生命周期中会在一定限度内变化,但其对车轮磨耗的影响并未得到系统性研究。基于车辆动力学与车轮磨耗理论,提出车轮尺寸对车轮磨耗的作用机理和影响规律;通过整车磨耗建模与仿真、实测磨耗数据统计,验证了机理分析所得到的磨耗规律。研究结果表明,对于案例车型,轮径尺寸会影响踏面磨耗,相同条件下,轮径越小,接触斑面积越小,接触斑内法向应力越大,纵向蠕滑率越大,运行相同里程时的车轮转数越多,进而加剧踏面磨耗。轮径、轮缘厚度均会影响轮缘磨耗,相同条件下,轮径越大,轮对曲线通过时横移越大,进而加剧轮缘磨耗;轮缘越厚,轮对与钢轨越容易发生轮缘接触,进而加剧轮缘磨耗。结论可支撑动车组轮对运维决策。

高速列车踏面凹形磨耗及其动力学影响规律

踏面凹形磨耗是我国高速列车服役过程中车轮磨耗的主要形式,踏面凹形磨耗随镟修后里程逐渐加剧,将引起轮轨接触关系的变化,进而引起车辆动力学性能的恶化。为揭示我国高速列车踏面凹形磨耗的特点和规律,通过对国内某高速动车组的部分车轮进行长期跟踪测试,并基于测试结果研究踏面不同位置的磨耗量,发现磨耗中心位置与名义滚动圆的偏离现象,提出基于离散点直接积分的磨耗面积表征方法。进一步通过数学推导、多体动力学建模与仿真、以及车载实测振动数据的分析验证,研究不同踏面凹形磨耗程度情况下,车辆临界速度、轮轨作用力、振动信号的蛇行运动频率等动力学特性和指标随车轮旋修后运行里程的变化情况,总结得到踏面凹形磨耗对高速列车动力学的影响规律。

基于车辆动力学和改进AGREE算法的高速列车稳定性综合可靠性分析

可靠性分析是高速列车全生命周期的核心问题,直接关系到车辆服役安全和运维成本。随着高速列车的大范围、长周期运用,开展包括可靠性建模、可靠性分配、失效规律建模、维修周期优化在内的综合可靠性分析已成为当前的重点和难点。本文创新性地将车辆结构、车辆系统动力学与可靠性理论融合,以高速列车稳定性为研究对象,提出了一套综合可靠性分析方法。首先基于车辆稳定性机理、系统逻辑关系和失效模式分析,建立了高速列车稳定性可靠性分析模型;其次提出了基于正交试验与极差分析的单元重要度算法、基于历史累计失效率的历史失效度算法、以及改进的结构复杂度算法,进一步提出综合考虑重要度、结构复杂度、历史失效度以及各单元工作时间的改进AGREE可靠度分配算法;同时基于可靠性分析模型和单元历史失效规律,提出了以可靠性为中心的维修周期优化方法;最后,以国内某型高速列车稳定性系统的综合可靠性分析算例验证了所提出方法的可行性和有效性。

CRH380B动车组轮对高级修轮缘厚限值优化的可行性研究

为了优化CRH380B动车组轮缘厚高级修镟修限值,基于不同轮缘厚条件下的轮对磨耗规律和车辆动力学性能分析,采用多体动力学软件和Archard磨耗理论联合仿真求解的方式,利用非线性磨耗模型对车轮磨损进行预测,并使用多体并行仿真方法实时更新状态参数和接触力。结合仿真计算分析结果,并与实测数据对比,可发现当车辆运行速度低于350 km/h时,轮缘厚度对轮径磨耗量无明显影响;当车轮发生磨耗后,设置不同轮缘厚车轮的动车组均保持良好的动力学性能。因此,在保证车辆运行品质和安全性的基础上可以将高级修轮缘厚镟修限值降低至28 mm,提高车轮使用寿命,降低动车组运营成本。