车轮磨耗对CR200J型动车的拖车及控制车动力学性能的影响

[目的]CR200J型动车组拖车及控制车在某些区段出现稳定性报警故障,为了分析故障原因和解决故障问题,需对影响动力学性能的因素进行深入研究。[方法]对某组CR200J型动车组拖车和控制车车轮磨耗状态进行了跟踪测量,并对该动车组开行交路的钢轨廓形进行了实际测量;通过SIMPACK软件仿真,结合实际轮轨匹配关系,分析了车轮磨耗对车辆动力学性能的影响。[结果及结论]CR200J型动车组的拖车和控制车的车轮磨耗主要为滚动圆处集中磨耗;随着车轮磨耗增加,轮轨接触关系发生改变,车轮等效锥度线性增大,车辆横向平稳性指标变化明显;实测个别路段轨道廓形存在突变,转向架出现横向谐波运动;最后,根据车轮磨耗规律和特点,提出改进建议。

HXD2型机车车轮踏面斜裂纹产生机制及旋修对策研究

机车车轮服役工况恶劣,失效问题突出,针对HXD2型机车车轮频发的踏面斜裂纹问题,文中分析调研车轮运维现状,利用金相检查探究斜裂纹萌生及扩展机制,通过现场测试跟踪,归纳斜裂纹分布规律及特征,基于机车车轮故障预测与健康管理系统(以下简称“机车PHM+车轮系统”)提出经济性旋修方案,并进行试验效果验证。研究结果表明,踏面斜裂纹是制约车轮服役寿命的主要原因,该裂纹属于滚动接触疲劳伤损,开口方向指向轮缘,在1、4轴位处最易产生,并且随着轮径的减少,裂纹扩展深度也总体增加;经济性旋修方案能合理推荐轮缘厚度,降低轮径旋修损失,每片车轮单次旋修节省2.3 mm,取得了一定的效果。

机车车轴除漆清洗工艺研究及优化

针对目前采用化学试剂进行车轴除漆清洗的工艺现状问题,文章对主流的HXD1系列机车C6修车轴表面油漆清洗工艺进行研究,寻找新的适用于车轴除漆清洗的工艺方法以解决目前工艺的缺点。通过采用调研及现场试验等手段对激光清洗工艺及高压水射流清洗工艺进行研究及应用,并对试验数据及效果进行统计对比分析,得出采用高压水射流清洗工艺方法对车轴除漆清洗的效果及效率较好,从而对HXD1系列机车车轴除漆进行工艺优化。

关于CRH6A型动车组车轮轮缘异常磨耗分析及应对措施

鉴于我国铁路建设和运营的快速发展,城际铁路也逐渐成为其重要组成部分,城际铁路和动车组的投入运营逐步增加。本文主要针对CRH6A型城际动车组在日常检修运用中出现车轮轮缘单侧磨耗加快,造成轮缘限度超限,轮对镟修里程缩短,使用寿命缩短。为解决CRH6A型动车组车轮轮缘单侧异常磨耗问题,组织车辆、工务相关人员对城际动车组运行线路和动车组进行调查研究,分析动车组轮对轮缘磨耗规律,调查城际线路数据状况,查找城际动车组车轮轮缘异常磨耗原因,提出解决方案措施,提高动车组车轮的使用寿命。

车轮多边形对蠕滑和临界速度的影响研究

通过分析轮轨蠕滑率和自由轮对的蛇行运动方程,得到轮对横移和摇头的相互耦合关系式;基于多体动力学软件UM建立某型高速动车组拖车动力学模型,对4种车轮多边形工况进行接触斑内的蠕滑力分析,研究车轮多边形对轮轨蠕滑特性和轮对横移的影响。结果表明:车轮多边形的阶数和幅值对轮轨蠕滑特性有较大的影响,总体上轮轨蠕滑力随车轮多边形阶数和幅值的增大而增大,当左右两侧车轮出现不同阶数主导的车轮多边形时,左右两侧车轮的纵向蠕滑力相差较大;两侧车轮多边形幅值的不同会破坏轮对的对中能力,高速运行时会出现蛇行失稳现象,并且车辆的非线性临界速度会随车轮多边形磨损的加剧而降低。

基于GA-岭回归分析的机车车轮踏面磨耗量预测算法研究

车轮踏面磨耗量是评价机车运行安全的重要参数,但多数车轮运维现场的条件尚不能对踏面磨耗量及时、准确地进行监测。为了解决上述问题,文章提出了基于“GA-岭回归”分析的机车车轮踏面磨耗量预测算法(简称“GA-岭回归”预测算法)。“GA-岭回归”预测算法分为数据前处理和数据预测分析2部分。对于数据前处理,首先依据不同的测量方式对采集到的踏面磨耗量数据进行分类,基于车轮的实际运维情况,分析不同类型数据的特点;随后以镟修周期作为数据划分标准,对分类后的数据进行切片处理;最后采用相关标准和主成分分析法对相应的动态测量数据进行清洗、降噪。对于数据预测分析,首先划分数据集,进行数据整合,创建训练集数据的时间滑动窗口;随后采用岭回归算法对训练集数据进行回归分析训练,并结合遗传算法和验证集数据进行模型参数的调优,以提高预测准确性。基于测试集数据,分别采用传统预测算法、岭回归线性预测算法和“GA-岭回归”预测算法,对3类预测算法的预测效果进行对比分析;随后采用相同的测试方法,扩大车轮样本的数量,继续进行预测效果的对比分析。测试结果表明,采用“GA-岭回归”预测算法的预测误差和误差标准差均相对较低。经分析可知,“GA-岭回归”预测算法具有较高的预测精度,同时可保证更好的预测稳定性。

高速动车组车轮踏面镟修策略研究

车轮踏面镟修策略主要包括车轮镟修周期的制定和镟修用车轮踏面外形的制定。通过对高速动车组振动性能和车轮磨耗状态的长期跟踪测试,确定高速动车组车轮镟修策略的制定原则和评价方法。在此基础上,结合京津城际铁路CRH3C型动车组典型振动性能、车轮外形和磨耗状态的实测数据,研究高速动车组的车轮镟修周期;对比分析国外镟修用车轮踏面外形制定方法,设计出18种高速动车组镟修用车轮踏面外形,并对现场最为需要的28,29和30mm这3种薄轮缘外形的车轮进行轮轨接触几何关系和动力学性能仿真计算。结果表明:高速动车组镟修策略应从高速动车组的运用状态、主要运营线路和车辆设计参数3个方面综合考虑;京津城际铁路CRH3C型动车组车轮镟修周期可定为30万km;轮轨接触几何和动力学仿真验证了为CRH3C型动车组新设计的镟修用薄轮缘车轮的临界速度均在400km.h-1以上,其运行稳定性与原型车轮相差不大。

车轮踏面外形及轮径差对车辆动力学性能的影响

车轮踏面磨耗导致车轮外形改变,使其滚动圆直径产生偏差,对车辆系统的动力学特性影响较大。为了对其影响程度进行表征,依据某动车组车型建立多体系统动力学模型,分析不同磨耗程度下的稳定性、平稳性及安全性指标,研究踏面凹形磨耗对列车运行的影响。动力学仿真分析发现,随着车轮外形和轮径变化的加剧,产生轮轨接触的非对称现象,导致车辆稳定性受到极大影响,平稳性变差。因此,为了保证车辆运行的稳定性及安全性,应设法避免使用外形严重磨耗的车轮。

铁路车轮轮辋疲劳裂纹和踏面剥离掉块的微观伤损因素分析

以某型铁道车辆装用的3组(20个为1组)车轮(其中,1组车轮的轮辋出现疲劳裂纹,1组车轮的踏面存在剥离掉块,1组车轮运行30万km未出现伤损)为研究对象,采用ASPEX自动扫描电镜系统研究3组车轮轮辋中非金属夹杂物的组成、性质及定量关系,并采用扫描电子显微镜和金相显微镜,研究轮辋疲劳裂纹、踏面剥离的伤损形貌和特征,分析导致轮辋疲劳裂纹和踏面剥离的微观伤损因素。结果表明:辋裂车轮中的非金属夹杂物以脆性夹杂物为主,约占非金属夹杂物总数的85%,并且断口中存在的毫米级脆性氧化物类夹杂物属于冶炼或浇注过程中混入的耐材或熔渣等外来物,这是轮辋疲劳裂纹形成的主要原因;在踏面剥离掉块车轮和未损伤车轮中,塑性非金属夹杂物占绝对多数,分别约占非金属夹杂物总数的84%和93%,踏面剥离掉块车轮的踏面塑性变形层平均厚度约为1mm,为未伤损车轮踏面塑性变形层的10倍,说明踏面塑性变形层的相对变形量较大是导致车轮踏面剥离掉块的主要原因。

车轴设计参数对轴毂配合接触压力影响的研究

在铁道车辆中,轴毂间配合的接触压力,不仅是研究微动损伤的重要参数,而且也是保证轮轴间扭矩的传递、抵抗轮轴相对运动的重要因素。本文以空心车轴和车轮为研究对象,利用有限元软件ABAQUS,建立轮轴有限元模型,考虑轮轴间过盈配合,在高应力梯度区细化网格,详细研究空心车轴轮座区的设计参数对接触压力的影响。这些参数包括过盈量、过渡圆弧半径、轮毂悬伸量、轮座与轴身直径比和空心度,以及使用条件下的摩擦系数、轮轴温度和轮对旋转速度。结果表明,过盈量对轴毂配合接触压力的影响较大,应慎重选择;过渡圆弧半径和轮毂悬伸量显著影响轴毂接触边缘的接触压力;其他设计参数对轴毂间接触应力的影响较小。

基于概率分布函数的动车组车轴应力谱试验分析

根据EN 13103标准分析计算车轴表面应力分布规律,据此在车轴应力较大的距车轮内端面113和163mm处的动车组车轴表面各布置2个测点,由此得到京津城际铁路和既有线路动车组的车轴应力时间历程,然后进行数据处理后得到车轴弯曲应力谱子样,再由估计的最大应力幅值得到动车组车轴8级程序应力谱。结果表明:动车组车轴应力幅值的分布符合三参数威布尔分布,并且既有线路动车组的车轴应力变化幅度比较大,而京津城际铁路的则比较平缓;在相同速度下,既有线路动车组的车轴应力最大值比京津城际铁路的大1倍左右;动车组以240km·h-1速度运行时其车轴应力幅值最小,在其他速度级下,车轴应力除最大值稍微有差别外,其他应力水平基本一致。

2种响应面方法在车轮踏面优化中的应用分析比较

首次将响应面方法应用到车轮踏面优化中。分别基于多项式响应面车轮踏面优化方法和高斯径向基函数响应面车轮踏面优化方法,用C++语言编写优化软件模块,实现在C++环境中调用多体动力学软件ADAMS/Rail进行轨道车辆系统的动力学仿真分析;将动力学仿真分析得到的数据反馈给车轮踏面优化软件模块,完成整个优化设计的循环过程。分析比较这2种响应面方法在车轮踏面优化中应用的结果表明,2种响应面方法非常适合于车轮踏面优化,而且收敛速度快;从磨耗指数的优化来看,用2种响应面方法对200 km.h-1客车车轮踏面进行优化后,新车轮踏面较原车轮踏面的磨耗指数降低52%左右,说明对磨耗指数的优化非常有效。在优化计算时间方面,多项式响应面车轮踏面优化方法为50 566 s,高斯径向基函数响应面车轮踏面优化方法为16 449 s;在1次试验设计的试验次数方面,多项式响应面车轮踏面优化方法为77次,而高斯径向基函数响应面车轮踏面优化方法只有25次。在车轮踏面优化中高斯径向基函数响应面方法优于多项式响应面方法。

25CrMo钢高速车轴坯的试制

为了高速列车车轴制造的国产化，试验研究25CrMo钢高速车轴坯机械性能的影响因素。结果表明：25CrMo钢高速车轴坯的成分和洁净度应符合EN 13261-2009标准对EA4T钢的要求，且合金元素含量偏中上线较好；轴坯要保证具有足够的锻造比；经适当的正火、淬火和回火热处理工艺，可保证得到的轴坯常规力学性能和疲劳性能满足车速200~250km·h-1高速列车车轴的要求，且具有优异的缺口疲劳性能，经热处理工艺获得的材料最优疲劳缺口敏感系数为0．16，远低于EN13261-2009标准最大的允许值0．63；当25CrMo钢成品轴坯的晶粒尺寸控制在8级以上、且在轴坯最大直径1／2半径处的组织为贝氏体和回火马氏体复相组织时，其具有最佳性能。

高速列车车轴综合性能试验分析

在开展高速列车车轴国产化的前期研究中,对欧洲某高速列车轮轴生产企业以EA4T车轴钢为主材生产的EA200,EA300和EA380这3种高速列车空心车轴样品的综合性能进行试验和分析。结果显示,这3种高速车轴的化学成分、力学性能、疲劳强度及金相组织等大部分指标满足欧洲标准EN 13261的技术要求,其中EA300和EA380车轴的强韧性匹配较好,而EA200车轴的光滑旋转弯曲疲劳强度仅为340MPa,不满足EN标准的要求,且在该车轴内外表面等距处金相组织出现了一定量的铁素体组织,也不符合EN标准的规定。建议在国产高速列车车轴的研制中应重点从车轴钢化学成分的优化、热处理工艺控制等方面入手,提高车轴钢的淬透性,改善车轴钢的金相组织状态,以获得尽可能多的马氏体或下贝氏体组织,从而提高车轴钢的强韧性匹配和截面金相组织的均匀性。

车轮踏面擦伤动态定量测量新方法

车轮踏面擦伤是危及列车运行安全的主要原因之一。如何准确测量其大小是高速和重载列车发展中必须首先要解决的关键测量问题。提出一种新的车轮擦伤动态测量方法，不仅能实现对踏面擦伤和磨损的定量测量，同时能克服已有技术测量不能定量、测量结果受外界很多因素影响的缺点。测量系统主要由平行四边形机构、传感器、数据采集与处理等部分组成。现场试验表明：当列车速度低于１５ ｋｍ·ｈ－１，系统的测量误差小于０．２ ｍｍ。

车轮钢的化学成分、微观组织对车轮钢力学性能的影响

对国内外5种车轮钢的微观组织、准静态力学性能和疲劳性能进行测试,分析车轮钢的化学成分和微观组织对其准静态力学性能和疲劳性能的影响。结果表明:提高Mn与C元素含量之比以及Ni,Cr和Mo元素总含量,均能明显增加珠光体的弥散度,减小珠光体层片间距;细化奥氏体晶粒尺寸和增加珠光体弥散度,车轮钢的强度、塑性和韧性均有所改善;提高Mn与C元素含量之比有利于改善车轮钢的韧性特别是冲击韧度;车轮钢的疲劳裂纹萌生寿命随着奥氏体晶粒尺寸和珠光体团尺寸的细化而增加;车轮钢试样的化学成分和显微组织对疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹门槛值的影响很小。

贝氏体车轮钢性能分析

针对铁路车轮使用中存在的剥离问题,对新研制的贝氏体车轮钢进行检验。力学性能检测结果说明,与普通CL60车轮钢相比,新型贝氏体车轮钢的强度提高13%,塑性变形能力提高23%,冲击韧性提高2-3倍;通过金相组织观察、SEM断口分析、X射线衍射组织测定和TEM分析得出：新型贝氏体车轮钢为细而均匀的贝氏体＋铁素体＋少量粒状贝氏体组织,冲击断口具有典型的韧性断裂特征,钢中残余奥氏体含量为12%,显微组织主要由条状铁素体组成,未见碳化物析出相,为无碳化物贝氏体组织。分析结果表明：新型贝氏体车轮钢能显著提高车轮的抗剥离性能,具有更高的运用安全性。

铁路车轮、轮箍踏面剥离的类型及形成机理

由车轮和轮箍生产厂按产品供货技术条件交货的铁路车轮和轮箍 ,在使用中通常会发现或发生各种不同类型的失效 ,主要反映在磨耗、疲劳裂纹、剥离、掉块、崩块、崩箍等。从目前国内车轮、轮箍运用情况来看 ,踏面剥离现象占了失效的绝大多数 ,从国外的运用现状来看也是如此。车轮、轮箍踏面剥离是一个比较复杂的失效种类 ,导致其剥离的因素很多 ,无论是车轮、轮箍材质本身 ,还是运用工况的变化或机车车辆的结构设计等方面缺陷 ,均有可能导致剥离现象的产生 ,因此 ,正确判别剥离失效的特性 ,找出产生剥离的主要原因 ,对指导现场进行正确的预防 ,保证机车车辆的安全行驶具有重要意义。本文运用失效分析手段 ,根据各种典型剥离现象的宏观和微观形貌特征 ,总结出车轮、轮箍踏面剥离的四种类型 (接触疲劳剥离、局部接触疲劳剥离、制动剥离、局部擦伤剥离 ) ,其中对制动剥离提出了它的两种产生方式 (制动热裂纹和马氏体碎裂 ) ,本文对每种剥离类型均配有实物宏观和微观金相照片加以说明 ,指出了各自的宏观形貌表现特征 ,并对其各自的形成原因进行了机理上的分析和探讨。需要说明的是 ,在实际运用过程中 ,很可能在同一个车轮或轮箍上同时出现文中所提的两种或两种以上的剥离类型 ,这时就需要根据经验和各种失效形?

机车打滑时轮对纵向振动研究

轮轨粘着曲线负斜率会导致传动系统强烈的自激扭转振动,引起轮轨粘着系数周期性的变化,从而会导致轮对纵向振动,轮对纵向振动与轮对粘滑振动耦合作用导致机车复杂的动力学行为。建立机车单轮对传动系统简化模型,考虑轮对回转及纵向自由度。通过数值仿真,再现了平均蠕滑率超过临界蠕滑率时,传动系统扭转振动及轮对纵向振动相轨迹,并计算传动系统扭转和轮对纵向振动频率,利用图解法分析纵向振动机理。结果表明,当机车打滑时,轮对纵向振动为自激振动,轮对纵向振动频率为传动系统扭转固有频率整数倍,且为两倍时振动幅值最大。因此需要合理设置轮对纵向定位刚度等参数,避免打滑时引起的轮对强烈的纵向振动。

机车轮对装配应力的数值分析

提出了一套模拟车轮装配全过程的数值分析程序，分析轮对配合面内的接触应力分布。在轴对称模型基础上，模拟分析了整体直辐板车轮与车轴之间的过盈配合接触现象，详细讨论了过盈配合公差和加工精度对配合面内的接触应力分布和摩擦滑动的影响；在三维模型基础上，模拟分析了轮心－轮箍型斜辐板车轮与车轴的两个过盈配合面内的接触压应力分布，研究了不同过盈配合量、轮箍厚度和垂向外载荷对接触压应力分布的影响。