高速列车车轮多边形磨耗的形成机理及影响因素探究

目的研究高速列车车轮多边形磨耗的形成机理以及轮轨系统结构参数对车轮多边形磨耗的影响。方法基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致车轮多边形磨耗的理论,建立了包含车轮、钢轨、轨枕和道床的实体模型,然后导入到有限元软件ABAQUS中,钢轨和轨枕之间采用点对点的无质量弹簧阻尼单元组进行模拟,轨枕和道床之间采用绑定约束连接,道床底部支撑采用点对地的无质量弹簧阻尼单元组。采用复特征值方法研究高速线路上发生制动滑动时轮轨系统的运动稳定性。结果在饱和蠕滑力的作用下,高速线路轮轨系统产生的不稳定振动频率为f=495.01 Hz,列车轮对容易产生18阶多边形磨耗。在一定范围内,扣件的垂向刚度对抑制车轮多边形磨耗影响较小,适当提高扣件的垂向阻尼,可以有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动,从而达到抑制车轮多边形磨耗的目的。不同偏心形式对轮轨系统不稳定振动几乎没有影响。结论在高速线路上,列车制动滑动容易引起车轮多边形磨耗,适当提高钢轨扣件的垂向阻尼,可有效抑制车轮多边形磨耗。

地铁小半径曲线轨道扣件参数对钢轨波磨的影响

针对地铁曲线线路中出现的钢轨波磨现象,基于地铁小半径曲线轨道上轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致钢轨波浪形磨耗的理论,借助有限元方法,建立不同扣件类型的轮轨系统接触模型,并采用复特征值方法研究在车辆通过小半径曲线线路时轮轨系统的稳定性,研究不同扣件模拟方式及刚度对钢轨波磨的影响。对比计算结果可以发现:相比于使用弹簧阻尼单元,采用实体单元模拟扣件的模型结果更贴近现场数据;在轨下垫板与钢轨分别设置接触和固定连接的模型中,接触模型的仿真结果更加理想。由此可见,研究钢轨波磨时,接触模型是一种较为可取的仿真方式;一定范围内改变扣件的刚度对摩擦自激振动产生时对应频率的大小影响甚微,但扣件的垂向刚度值过小会使波磨现象更加严重。

轴盘制动对高速列车车轮多边形磨耗的影响

目的 研究高速列车轴盘制动引起车轮多边形磨耗的形成机理,并提出相应的抑制措施。方法 基于摩擦自激振动引起车轮多边形磨耗的观点,建立高速列车拖车轮对-轴盘制动-轨道系统的有限元模型。采用复特征值法,分析制动工况下制动盘和制动片摩擦激励的振动。根据等效阻尼比判断摩擦自激振动的不稳定性,等效阻尼比越小,则不稳定振动发生趋势越强。当等效阻尼比小于–0.001时,不稳定振动的振幅会克服系统阻尼逐渐增大。为了考虑模型中非线性因素的影响,采用瞬时动态仿真,获得制动时轮轨间的法向接触力,通过功率谱密度分析,获得轮轨振动主频。此外,分析轴盘制动系统安装位置和3种类型的制动片对车轮多边形磨耗的影响。结果 轴盘制动系统摩擦制动容易激励出637 Hz左右的不稳定振动,由于复特征值分析与瞬时动态分析求解方法不同,因此该不稳定振动频率的计算结果存在6%左右的相对误差。轴盘制动系统的安装位置对于不稳定振动的发生趋势具有重要影响,考虑到轴盘制动系统实际安装空间,当制动压力角为–10°-10°时,637Hz左右的振动对应的等效阻尼比随压力角的增大而减小。采用多个蜂窝状制动单元组成的制动片,在制动时可引起602 Hz左右的不稳定振动。当制动片表面存在复合沟槽结构时,在550-650 Hz内,没有等效阻尼比小于–0.001的不稳定振动。结论 当高速列车运行速度为300 km/h时,轴盘摩擦制动引起的637 Hz左右的不稳定振动可通过轮对传导至轮轨系统中,引起轮轨摩擦功周期性波动,从而导致拖车车轮发生22-23阶多边形磨耗。在满足制动系统安装要求的条件下,适当增大压力角,可减轻由轴盘制动引起的车轮多边形磨耗。采用多个蜂窝状制动单元组成的制动片,容易导致拖车车轮发生20-21阶多边形磨耗。在制动片表面添加复合沟槽结构,可抑制由轴盘制动引起的19-23阶车轮多边形磨耗。

基于惯性补偿的三分量测力天平瞬态特性的研究

高超声速一体化试验模型在脉冲燃烧风洞中进行测力试验时,模型振动导致天平无法准确测量模型所受到的气动力载荷。为研究脉冲风洞瞬态测力问题,采用了以下方法:根据测力天平的结构特点建立了动力学方程;对其进行了虚拟标定和模态分析;对测力天平进行了瞬态分析并对输出结果进行了惯性补偿。结果表明,单分量阶跃载荷加载时,补偿后输出结果超调量大大下降,振动衰减时间缩短,俯仰力矩会对轴向力输出产生干扰,且三分量阶跃载荷加载时,干扰降低,各分量的超调量分别为162.6N,574.4N和38N·m;单分量正弦加载时,加载分量上输入输出基本一致,俯仰力矩对轴向力的干扰作用仍然存在,3分量正弦载荷加载时,输入输出结果具有相同的周期特性,俯仰力矩结果与输入结果一致,轴向和法向输入输出间存在一定偏差,3分量的超调量分别为24.1N,375.7N和70.8N·m。

闸瓦几何参数对制动尖叫噪声的影响

目的研究车辆制动时闸瓦摩擦体与车轮踏面间摩擦力诱发的自激振动现象,获得抑制制动尖叫噪声的有效措施。方法建立带踏面制动系统的车辆转向架模型,分别模拟了当闸瓦与车轮间摩擦系数(μ)为0、0.25、0.4时,闸瓦摩擦体与车轮踏面间接触力的波动情况。采用踏面基础制动装置有限元模型研究了闸瓦摩擦体宽度、磨耗程度和几何形貌对制动尖叫噪声发生趋势的影响。应用复特征值法对制动系统的稳定性进行分析,获得摩擦自激振动在频域上的分布情况。根据不稳定系数(TOI)判断系统发生尖叫噪声的可能性,TOI值越大,则系统发生尖叫噪声的趋势就越大。结果踏面制动时,闸瓦与车轮间的摩擦力可能引起不稳定振动,导致尖叫噪声。随着闸瓦摩擦体宽度从75 mm增大到90 mm,制动系统的TOI值从4.226减小到2.819。在闸瓦摩擦体磨耗区间内(10~40 mm),相同磨损程度下,采用无缺口闸瓦摩擦体对应的制动系统TOI值均大于采用有缺口闸瓦摩擦体对应的制动系统TOI值。结论在75~90 mm宽度区间内,闸瓦摩擦体宽度越大,制动系统发生尖叫噪声的趋势越小。相比有缺口的闸瓦摩擦体,无缺口的闸瓦摩擦体在制动时更易发生尖叫噪声,选用梯形缺口闸瓦摩擦体的制动系统发生尖叫噪声的可能性最低。

车轮辐板阻尼涂层对钢轨波磨的影响

目的研究车轮辐板涂敷有阻尼性能的涂层对小半径曲线钢轨波磨的影响,并根据试验结果提出减缓或抑制钢轨波磨的建议。方法基于摩擦自激振动导致钢轨波磨机理,利用ABAQUS有限元仿真软件,建立轮对、钢轨、轨枕、车轮辐板涂层有限元模型,模拟曲线半径为300 m的工况,采用ABAQUS中内置的复特征值分析方法,分析轮轨系统在小曲线半径工况下的稳定性。结果在曲线半径为300 m的工况下,轮轨间因存在饱和蠕滑力引起自激振动,于频率f=502.32 Hz时产生不稳定振动,从而引起钢轨波磨。通过在车轮辐板内侧和双侧涂敷有阻尼涂层,可有效增强轮轨系统的稳定性,减缓钢轨波磨的发生趋势。只在车轮辐板外侧添加涂层会增加钢轨波磨的发生概率。车轮辐板双侧和内侧涂层模型中,涂层厚度的增加会提高系统稳定性;外侧涂层模型中,涂层厚度的增加会降低系统的稳定性。涂层的阻尼系数对钢轨波磨有较大影响,提高涂层阻尼系数可有效减缓钢轨波磨发生趋势。结论在地铁小半径曲线上,通过在车轮辐板内侧涂敷有阻尼涂层,可有利于减缓钢轨波磨现象,当涂层阻尼系数增大至1.5e–3时,可有效抑制钢轨波磨。

Influence of oil and water media on fretting behaviour of AISI 52100 steel rubbing against AISI 1045 steel

A series of fretting test were carried out using a DELTA PLINT testing system to study the influence of hydraulic oil and water on fretting behaviour of AISI 52100 steel rubbing against AISI 1045 steel. The test result shows that media hydraulic oil and water have a distinct influence on fretting behaviour of the tested materials. Medium water can lead to shifting of the partial slip regime in the fretting map from a larger displacement amplitude toward a smaller one and enlargement of the mixed slip regime, in comparison with that in ambient atmosphere. While medium hydraulic oil can result in shifting of the partial slip regime from a smaller displacement amplitude toward a larger one. In the gross slip regime, hydraulic oil and water play a positive role as lubrication media. They can clearly decrease the fretting friction coefficient between AISI 52100 and AISI 1045. The test result also demonstrates that this lubrication effect will get better with increasing displacement amplitude and that hydraulic oil is better than water for lubrication. SEM observation of the wear scars displays that the fretting wear mainly results from abrasive wear and delamination of the fretted materials when using these two kinds of substances as lubrication media.

温控式电加热新型无涂层不粘锅的设计与研究

温控式电加热新型无涂层不粘锅是由球墨铸铁与电加热管、温控器、温度显示器等制作而成的新型锅具。球墨铸铁相对其他金属而言具有导电性能好、摩擦系数小、密度大等物理特性,是制作新型锅具合适的材料。团队研发的温控式电加热新型无涂层不粘锅具有温度可控、受热均匀、安全耐用、无涂层而不粘等多项优点。

高速列车车轮偏心磨耗的形成机理与发展规律

为了研究高速列车车轮偏心磨耗的形成机理,根据现场测试和多体动力学仿真结果,建立了高速列车车轮-钢轨系统有限元模型,采用瞬时动态仿真分析了车轮残余静不平衡对轮轨法向接触力的影响;对最高速度为250 km·h^(-1)动车组列车的运营速度进行现场测试,计算了列车匀速运行区间的平均速度;基于摩擦功周期性波动引起轮轨非均匀磨耗的观点,分析了车轮残余静不平衡量对轮轨接触力的影响,研究了车轮偏心磨耗的成因;通过改变轮轨有限元模型中车轮辐板上特定区域的材料密度来模拟残余静不平衡量,研究了偏心磨耗与残余静不平衡量大小的关系;通过重新编译有限元模型节点坐标来模拟偏心磨耗后车轮踏面的真实轮廓,研究了车轮偏心磨耗的发展规律。仿真结果表明:当高速列车以237 km·h^(-1)的速度匀速运行时,车轮残余静不平衡会引起轮轨系统发生约24 Hz的振动,导致轮轨法向接触力周期性变化,引起车轮踏面发生1阶非圆磨耗,即车轮偏心磨耗;随着磨耗的不断加深,轮轨系统约48、72 Hz的振动被激励,引起2、3阶车轮多边形磨耗;当磨耗后的车轮踏面最大径跳大于0.15 mm时,在0~150 Hz的频率范围内,72 Hz的振动强度最大,导致车轮3阶多边形磨耗迅速增加;降低车轮残余静不平衡量可减缓1阶非圆车轮的形成。