多边形条件下高铁车轴裂纹扩展寿命计算及检查间隔制定方法研究

文章调研了目前关于车轴材料属性和载荷条件离散性对剩余寿命的影响的处理方法并进行了简要总结;建立了车辆系统刚柔耦合动力学模型,提取了车轮20阶多边形条件下各工况车轴危险截面应力-时间历程,进行了应力谱的编制;基于小试样裂纹扩展试验数据拟合得到了NASGRO方程裂纹扩展参数,计算得到车轴卸荷槽部位裂纹深度为2~40 mm的剩余寿命;考虑材料属性和载荷条件离散性来制定车轴剩余寿命计算的安全系数;结合剩余寿命计算结果、超声波检测裂纹检出概率曲线和车轴失效概率制定了车轴合理的检查间隔。结果表明,车轮多边形条件下,车轴剩余寿命为38.5万km,考虑材料属性和载荷条件离散性的安全系数分别为1.26和1.33,得到车轴检查间隔为3.8万km。

动车组踏面凹型磨耗对车辆稳定性的影响

针对某型高速动车组在运行过程中出现构架横向报警的问题,建立考虑踏面凹型磨耗的动车组动力学模型.通过仿真分析和现场试验相结合的方法,研究不同运行里程凹型磨耗踏面与钢轨的轮轨关系以及凹磨踏面对车辆稳定性的影响.研究结果表明:镟修踏面与钢轨匹配时轮轨接触点呈现均匀分布,凹型磨耗踏面轮轨接触点主要分布在凹磨区域两侧;随着轮对横移接触点发生跳跃,产生假轮缘效应,引起剧烈的轮轨横向冲击;随着凹磨加剧车辆稳定性逐渐降低,当车辆高速运行过程中,凹磨踏面对应构架蛇行带来横向振动频率与构架自身的固有振动频率接近,容易发生横向耦合振动,使得横向加速度超过限制值;踏面凹磨是造成构架横向报警重要原因,通过轮对镟修能够有效抑制构架报警情况发生.

钢轨异常磨耗对构架横向加速度影响研究

针对某型高速动车运行过程中转向架构架横向加速度报警的问题,构建了车辆多体动力学模型,结合实测磨耗钢轨外形,研究了异常磨耗钢轨与构架横向加速度报警间的关系。仿真分析发现当动车高速运行于实测的轨道不平顺线路上时,长期未打磨钢轨区段对应的轮对、构架横向加速度明显要大于一次打磨和二次打磨钢轨。随着钢轨磨耗加剧,轮轨接触等效锥度也呈上升的趋势,降低了车辆稳定性。并且通过现场实验验证长期未打磨钢轨对应构架横向加速度明显大于新打磨钢轨。研究结果表明:钢轨轨面长期未打磨而出现不正常的宽光带磨耗与轨距角磨耗增大了轮轨间等效锥度,是导致轮轨接触不良主要原因,而轮轨接触不良是造成动车组构架横向稳定性变差的重要因素。

微轨设计与动力学分析

为研究一种名为微轨的新型车辆系统,建立了一个20自由度的微轨模型.利用Magic公式建立了轮胎公式.通过对车辆的模态分析,得到车辆的各阶模态,并得知共振对车辆影响较小.当车辆在右转弯道上行驶时,会顺时针方向摇头.在导向轮(稳定轮)力作用下,前转向架顺时针摇头,后转向架逆时针摇头.此外,2个转向架和车体在车辆曲线通过过程中发生侧滚.当车速足够高时,左驱动轮脱轨,稳定车轮提供抗倾覆力矩.然后,车身偏离弯道时会逆时针方向摇头.在对车辆过弯道的仿真中,导向轮轨表面的间隙会导致转向架产生巨大的致命冲击.同时,测试了微轨在侧风作用下的动力学响应,车辆不会因为侧风而发生倾覆.最后,对相邻车辆的碰撞做出了分析,结果表明,车辆碰撞过程,由于车辆的非同步俯仰运动,两辆车之间存在间歇性碰撞力.

鄂通两头乌与通城猪生长、胴体、肉质性状及血液生理生化指标的比较

为评价以通城猪为母本与瘦肉型大白猪杂交培育的新品种鄂通两头乌的培育效果,对鄂通两头乌和通城猪进行同期对比试验,测定生长性状、胴体性状(胴体长、背膘厚、眼肌面积和瘦肉率等)、肉质性状(肉色、滴水损失、大理石纹和肌内脂肪含量等)以及血液生理生化指标。结果显示,鄂通两头乌日增重((596.27±90.24)g/d)极显著高于通城猪((513.28±90.31)g/d,P<0.01),瘦肉率(49.56%±2.21%)极显著高于通城猪(43.47%±1.39%,P<0.01),背膘厚((34.73±0.94)mm)极显著低于通城猪((38.80±0.96)mm,P<0.01);通城猪大理石纹评分与肌内脂肪含量分别为3.47±1.16、3.45%±1.11%,与通城猪相比,鄂通两头乌肉质性状中除了肌内脂肪含量(2.72%±0.87%)有降低外,其他肉质性状指标均无显著性差异;两品种仅部分血液生理生化指标有显著差异。结果表明,鄂通两头乌在保留通城猪优良肉质性状的同时其生长和胴体性状得到了有效改良。

高速列车车轮多边形对轴箱的影响分析

为分析高速列车轴箱端盖脱落的原因,建立了轴箱端盖的有限元模型,通过模态分析得到了580Hz的固有模态,并依据模态试验验证了模态分析结果。经过和线路试验数据对比发现该固有频率和20阶多边形的激励频率很接近,针对这一情况应用多体动力学软件建立了包含轴箱和端盖的车辆动力学模型并对轴箱端盖的振动特性进行分析。结果表明:端盖处的加速度要远远大于轴箱体上的加速度,结合频谱分析可以确定轴箱端盖处发生了共振,激烈的振动会使预紧力下降,当预紧力下降到2.5kN螺栓发生松动。上述结论与试验结果一致,并且根据测力螺栓的和端盖的试验数据可以发现随着螺栓预紧力的下降端盖的振动更加剧烈。本研究确定了引发高铁轴箱端盖掉落的根本原因,对于高铁车辆的安全运行有一定的指导借鉴意义。

高速列车齿轮箱振动特性研究进展

随着高速列车运营速度的不断提高,高速列车齿轮箱服役环境及故障问题日益严峻,目前国内外高速列车齿轮箱均出现过故障现象,这已严重威胁到高速列车的运行安全。据此,国内外一些相关学者对高速列车齿轮箱的故障原因进行研究。基于齿轮箱外部激励、内部激励、内外耦合激励及频率振动特性四方面较为详细地归纳总结了国内外学者对高速列车齿轮箱振动特性研究所运用的技术方法及取得的成果,期望对高速列车齿轮箱故障原因的深入研究提供技术支持和方法借鉴。

高速列车车轮多边形磨耗安全限值研究

通过车辆-轨道刚柔耦合动力学模型,研究不同阶次车轮多边形磨耗的安全限值。车辆-轨道动力学模型中考虑了构架、轮对、轴箱以及轨道系统的弹性振动,在高频激振试验台上测得车轴动应力,对动力学模型计算结果进行对比验证,说明该模型的准确性。然后计算不同阶次、不同波深和不同速度下车轴应力的变化趋势,结果发现,轮对的一阶弯曲模态82 Hz和二阶弯曲模态393 Hz对车轴应力影响很大,当车轮多边形通过频率接近以上2个模态,轮对发生共振导致车轴动应力急剧增大。根据车轴的许用应力及轮轨垂向力的要求提出了车轮多边形磨耗波深的安全限值,并说明研究车轮多边形下车轴强度的必要性。

高速列车谐波转矩振动分析及自抗扰控制

高速列车在实际运行过程中,当路面不平顺、车轮磨耗或者列车由明线运行到突然进入隧道均可能会引起转矩脉动,引起齿轮箱振动加剧。为研究谐波转矩波动幅值对高速列车牵引齿轮箱振动加速度的影响,建立考虑时变啮合刚度、啮合阻尼、啮合误差、齿侧间隙的齿轮传动系统与三相异步动态电机耦合的机电传动系统模型,在Simulink平台上分析牵引传动系统在谐波转矩幅值变化的工况下齿轮箱输入端振动加速度特性。结果表明,谐波转矩增大使齿轮箱振动加速度加大,且横向振动加速度增加最明显。耦合系统叠加混合型自抗扰控制器(ADRC)后,对谐波转矩引起的齿轮箱横向振动具有较好的抑制作用。

高速动车组整车车体疲劳试验方法研究

车体是高速列车的重要承载部件,疲劳试验可以准确评估车体的疲劳寿命,还可以验证仿真计算模型的准确性,并可以将仿真分析时考虑不全面的工艺因素考虑在内。通过比较国内外相关标准确定了包含车体垂向、中心销横向、纵向以及车钩纵向载荷在内的高速动车组整车车体疲劳试验载荷,根据试验载荷制定了整车车体的疲劳试验方案,并根据该方案完成了国内首次高速动车组整车车体的疲劳试验。通过疲劳试验发现车钩座内侧筋板焊缝存在疲劳安全隐患并提出了优化方案,对优化后的方案近一步进行验证,最终证明了该型高速动车组车体的疲劳寿命满足设计要求。

基于6自由度振动试验台的轨道几何不平顺复现方法及应用研究

为了在试验台上模拟列车实际运行时的振动环境,实现在室内测试车辆系统整体或零部件的振动响应,考虑将轨道几何不平顺在6自由度振动试验台上复现。结合轨道几何不平顺的特点及振动试验台的自身结构,研究了该试验台的运动控制方法以及在该试验台上复现轨道几何不平顺的方法;通过搭建试验台全尺寸虚拟样机模型,对实测的武广高速铁路不平顺信号进行了成功复现;在此基础上建立了某型整备状态下的列车转向架刚柔耦合动力学模型,以虚拟试验台复现的轨道几何不平顺为激励,模拟线路试验对转向架构架进行工作模态分析,最终得到,在该轨道不平顺激励下,该型转向架以速度为250 km/h运行时,会激发出转向架构架固有频率为18 Hz,67 Hz,85 Hz以及97 Hz对应的模态。

基于凸包非光滑表面的高速列车减阻技术

为减少高速列车在运行中的空气阻力,提高列车运行效率、节约能耗,提出凸包非光滑表面减阻技术应用于高速列车领域。文中以CRH3型高速列车为研究对象,通过在车体的头部和尾部加设凸包来控制湍流特性,以达到减阻效果。首先利用PRO/Engineer建立非光滑表面CRH3型头车+中间车+尾车的简化模型,将模型导入ICEM CFD软件并根据计算精度的需要划分不同网格区域,得到较高质量的非结构网格,再应用FLUENT软件中的k-ε湍流模型对稳态运行速度为300 km/h时的列车进行模拟仿真,计算列车空气阻力,对比分析凸包的阵列距离、半径和高度对减阻性能的影响。并从头车、尾部的压力图和附近速度矢量图两方面来反映凸包非光滑表面对高速列车压差阻力的影响;从湍流动能和湍流强度角度解释凸包非光滑表面对高速列车黏性阻力变化的作用。仿真结果表明:列车的气动阻力随凸包阵列距离的增大而减小、随凸包半径的减小而减小、随凸包高度的减小而先减小后又增大;当凸包半径为40 mm,阵列距离为460 mm,凸包高度为10 mm时,列车具有最好的减阻效果;相对于光滑表面列车,在头车加设凸包而尾车不加设时,头车阻力可小至1239 N,头车减阻率为10.67%,总阻力为3591 N,总减阻率为3.80%。可见,通过在头车加设凸包可以改变边界层湍流特性达到减小列车气动阻力的效果。期望文中的研究为高速列车后期减阻方法研究提供一定的参考。

高速列车设备舱底板的振动特性研究

为了优化设备舱底板的振动疲劳特性,建立了刚柔耦合多体动力学模型,分析了在武广谱载荷谱的线路条件激励下,底板关键位置的振动和车速的关系。研究发现,车辆设备舱底板的振动总体趋势是随着速度的增加而增加,但是在250km/h的时候,纵向振动幅值会比300km/h的要大。根据动力学仿真结果提取出载荷的大小,进行了有限元强度分析,得到了底板的最大应力和开孔位置的最大应力。滚动台试验数据和仿真结果一致,验证了模型的正确性。最后对底板进行了优化,加厚设备舱底板的厚度。对比发现,优化后的整体最大应力由8.78 MPa减小到4.79MPa,开孔处的最大应力由1.65MPa减小到0.95MPa,底板的强度性能得到了大幅度提高。

轴箱转臂定位节点温变特性对车辆动力学性能的影响

为了研究轴箱转臂定位橡胶节点的温变特性以及对车辆动力学性能的影响,对我国某高速动车组轴箱转臂定位橡胶节点进行高低温试验以及动力学仿真。试验结果表明,在固定振动频率与振动幅值条件下,橡胶节点的动态刚度与动态阻尼随温度的上升而下降。橡胶节点刚度与阻尼的变化会造成轨道车辆系统动力学性能的改变,仿真结果表明,蛇行临界速度随环境温度的上升先上升后下降,随着温度的上升,其它动力学性能如平稳性与安全性等指标变化相对复杂。

地铁车辆轮对安全吊的振动疲劳特性研究

为分析某地铁车辆上轮对安全吊开裂原因,对安全吊分别进行了模态分析和模态试验,最终确定了存在340Hz和990 Hz附近的固有频率。同时为了获得运营过程中安全吊的加速度和动应力水平,对该车辆进行了线路跟踪试验。根据试验数据发现,由于轨道波磨激励的存在导致安全吊的加速度和动应力在340 Hz左右的能量明显,说明一阶模态被激发产生了共振。对比轨道打磨前后的动应力数据对安全吊的疲劳寿命进行评估发现,轨道波磨产生的疲劳损伤极大的缩短了安全吊的使用寿命。

服役工况下高速动车组齿轮箱箱体振动特性分析

为探究某高速动车组齿轮箱箱体在服役工况下的振动特性,对齿轮箱开展线路跟踪服役试验,通过分析测试系统在齿轮箱箱体多路线工况下采集的数据,研究其所真实反映的齿轮箱箱体及轴箱在实际运营线路中的振动特性。结果表明:齿轮箱箱体的振动比轴箱的振动更易受到列车速度变化的影响,且箱体的振动加速度与列车运行速度变化趋势基本一致;试验动车组在镟轮后运营15万至20万公里时踏面形成23阶车轮多边形,且23阶车轮多边形的激扰主频655 Hz与齿轮箱箱体局部固有频率相近,发生共振现象。此外,列车运行过程中轮轴转频、枕跨冲击频率等调制频率也会加剧箱体振动。有关结论能为高速列车齿轮箱性能评价及优化提供参考。

基于VDV 152—2016的低地板车辆构架载荷研究

介绍了最新颁布的城市轨道车辆的强度设计规范VDV 152—2016,分析对比了VDV 152和标准EN13749中有关低地板车辆强度载荷的区别。基于VDV152—2016对某型100%低地板车辆非动力转向架构架进行了静强度和疲劳强度有限元分析计算。计算结果表明,该低地板车辆构架满足VDV 152—2016对静强度和疲劳强度的安全评估要求。

车辆-设备耦合系统动态作用力传递特性分析

为了研究多设备悬挂系统与车体间的力传递特性,建立车辆-设备刚柔耦合模型,推导车体、设备的加速度频域响应函数表达式,分别获得车体与单、双层悬挂系统力传递率积分和表达式。研究系统悬挂频率、悬挂位置、双层悬挂系统质量比对传递率的影响。计算结果表明:与双层悬挂系统相比,单层悬挂系统与车体之间传递率较大且受车辆速度影响明显。单层系统在悬挂频率为7 Hz至10.5 Hz时传递率较高;而在双层系统中,增加框架悬挂频率,框架与车体传递率增加;增加设备2悬挂频率,传递率下降。单层悬挂系统远离车体中部时,能避免出现设备与车辆传递率较大现象,当设备1的纵向悬挂位置小于6.5 m时,能获得较好传递特性,而悬挂位置对双层悬挂系统传递率影响较小。双层隔振系统质量比对框架-设备2传递率影响不大,对框架-车体传递率影响显著,传递率随着质量比增加逐渐减小。双层隔振系统中,框架质量越大,车体-框架传递率越小,传递到框架上的力就越小。

车轮扁疤所引起的车辆系统振动特性分析

车轮扁疤所诱发的轮对弹性变形会导致车辆系统部件振动加速度增大,但目前相关研究主要采取刚体动力学模型。为更准确研究车轮扁疤对高速车辆振动特性的影响,在目前成熟且广泛已知的车辆-轨道耦合模型和车辆系统刚柔耦合模型的基础上,综合考虑车辆主要部件的弹性振动和轨道弹性振动的影响,建立改进的车辆-轨道动力学模型。结果表明,在扁疤作用下,轮对弹性变形对轮轨垂向力影响甚微,但对轴箱端盖垂向振动响应影响很大;扁疤所产生的冲击载荷经过转向架或者钢轨的传递作用,会导致同轴另一侧以及转向架同侧处的轮轨力产生小幅值波动;扁疤所在轮对的左右两个轴箱端盖振动加速度要远大于同一转向架的其他两处;在低速时,车轮扁疤对构架端部垂向振动加速度也有着不可忽视的影响。提出的研究成果揭示了车轮扁疤作用下车辆-轨道系统弹性变形的重要性,对车轮状态监控也具有重要意义。

动车组车下设备对舒适度的影响分析

为研究车下设备对动车组舒适度的影响,建立考虑车体弹性和多个车下设备的高速动车组垂向动力学模型,实现设备的质量参数、结构参数和悬挂参数等参数化建模,基于频域分析法推导系统加速度频响函数表达式,采用随机轨道不平顺激励功率谱和舒适度滤波函数计算舒适度指标,基于最优同调理论设计设备的最优悬挂频率和阻尼比并进行数值验证。结果表明,车体垂弯频率越高、设备质量越大且越靠近车体中心安装,舒适度指标越小,车辆乘坐舒适性越好,建议将大质量设备(4t及以上)悬挂在距车体中心5m以内;设备质心纵向偏心导致其吊挂点的作用力力臂改变和转动惯量增加,造成舒适度指标略有增加;在优化设备悬挂参数时,可以忽略车体结构阻尼的影响;设备质量越大,最优悬挂频率越低、最优悬挂阻尼比越大,且应当基于加速度响应设计最优悬挂阻尼比,最优同调条件为车体和设备的相位差接近π/2;针对所述车辆,设备最优悬挂频率和阻尼比分别为7Hz和0.2~0.3,车体加速度功率谱中的弹性振动主频得到充分抑制。