高速列车车轮不圆顺磨耗仿真及分析

为了研究高速列车车轮不圆顺磨耗的发展规律及其对动力学性能的影响,建立车辆-轨道系统动力学和车轮圆周磨耗预测相结合的耦合模型。模型中考虑了车辆系统的一、二系非线性悬挂力、轮轨非线性接触几何关系和非线性蠕滑力,并考虑了轮对的一阶弹性弯曲和扭转振动。轨道模型包括基于Euler梁的弹性钢轨和刚性轨枕。假设车轮型面不发生变化,只有车轮圆周方向不圆度发生变化,并假设车轮不圆顺的发展由磨耗引起。采用Herzt接触弹簧计算轮轨法向力,采用迹线法实时计算轮轨接触几何关系。通过数值仿真研究车轮不圆顺对车辆动力学性能的影响和不圆度的扩展规律。计算结果表明,车轮不圆顺会引起较大的轮轨垂向力,并与车轮不圆顺的谐波阶数、波深和车速有密切关系。由于车轮不圆顺引起的振动频率一般较高,车体平稳性指标对其不一定很敏感,但会增大车体振动响应,影响乘坐舒适性。在车轮初始不圆顺的情况下,随着运行距离的增加,车轮会因磨耗而加剧其不圆顺。轨道激扰不会掩盖车轮不圆度的扩展规律。

基于高铁轨道不平顺的车轮不圆顺识别模型

为获取高速运行车辆的车轮不圆顺幅值,并进一步研究轨道谱,建立一种基于轨道不平顺的车轮不圆顺幅值快速测量模型.首先分析了车轮不圆顺在轨道不平顺检测数据中的分布规律,提出车轮不圆顺的密集采样方法,进而建立基于稀疏轨道不平顺数据的车轮不圆顺动态识别模型.通过数值仿真研究发现:车轮不圆顺对基于惯性基准法测得的离散轨道不平顺数据的幅值影响较小,对频域(轨道谱)影响较大;车轮不圆顺会干扰波长小于和等于轮长的轨道不平顺检测数据,且对前者影响更大;车轮不圆顺对波长大于轮长的轨道不平顺数据也有影响,最大影响波长仅与车轮周长和轨道不平顺的采样间距有关;识别模型能有效地从轨道不平顺检测数据中提取车轮不圆顺,误差可控制在0.02 mm以内.

车轮不圆顺动态检测的时频特征圈内定位比较法

利用车轮旋转中车轮不圆顺循环冲击轨道的特点,提出一种车轮不圆顺车载动态检测的新方法。该方法的核心是:对车速积分确定车轮旋转一圈对应的起止时刻,用该起止时刻去截取对应时间历程的轴箱垂向振动加速度,对截取信号作频率切片小波变换提取信号的时频特征,将时频特征图的时间轴变换为车轮弧长的位移轴,在车轮旋转一周内实现时频特征定位,通过比较连续不同起止时刻的时频圈内定位特征来检测车轮的不圆顺。应用带有车轮不圆顺的动力学仿真数据对该方法的有效性进行了验证,结果表明:该方法实时性好,准确性高,具有良好工程适应性。

高速列车车内噪声与车轮不圆顺关系的研究

针对部分高速动车组在运行中出现的车内噪声问题,采用阶次分析的方法对实测数据进行对比分析.以车内噪声特性与车轮不圆顺之间的关系为着眼点,重点研究车轮不圆顺特征对车内噪声的影响.研究表明,车内噪声频率与车轮不圆顺阶次具有对应关系：车内噪声的频率在25～100 Hz和560～710 Hz时,其响度较大,所对应的车轮不圆顺阶次主要为1～3阶和18～20阶.

车轮不圆顺轮轨滚动接触行为的动态有限元仿真方法

高速轮轨滚动接触行为涉及几何、材料和接触非线性,动态效应显著,加之轮轨缺陷引起的接触不平顺等诸多因素的耦合影响,以及轮轨缺陷的尺寸、形状、位置和分布的随机性特点,给准确求解高速轮轨系统的动态响应带来极大挑战。针对上述诸多困难,以车轮不圆顺为例,提出将其转换为轮轨接触位移不平顺的动态有限元仿真方法,该方法在考虑轮轨系统强非线性特征和动态效应影响的同时,能够较好地表征缺陷的随机性特点,并能够有效地求解轮轨接触应力/应变状态。

随机车轮不圆顺及车辆参数对轨道频域振动响应影响分析

列车引起轨道振动响应受车辆参数及车轮养护维修状态差异等因素影响,短时间内不同地铁列车通过某一固定测试断面引起的振动响应呈现显著的不确定性,且在频域内不同频段的离散特征差异明显。为研究车轮不圆顺及车辆参数随机性对轨道振动响应的影响,以不同运营里程地铁列车车轮不圆顺实测样本为基础,构建了随机车轮不圆顺谱;测量了某地铁隧道区间轨道动态不平顺、钢轨表面粗糙度及轨道垂向振动响应;基于车-轨耦合频域解析模型,采用随机模拟法计算了随机车辆参数及随机车轮不圆顺联合作用下的轨道频域振动响应。研究发现:采用实测车轮不圆顺耦合轨道不平顺作为激励,计算获得频域轨道振动响应与测试值吻合良好,8 Hz~200 Hz的平均绝对百分比误差为2.4%;随机车辆参数、随机车轮不圆顺耦合实测轨道不平顺作用下,8 Hz以下的振动响应未出现显著的离散;16 Hz以上的振动加速度级离散明显,并均呈现正偏态分布特征;63 Hz以上频段分频振动加速度级离散超过20 dB。

列车车轮不圆顺的研究现状

介绍了列车车轮不圆顺的诱因及车轮的不圆顺对车辆、轨道元件造成破坏的研究情况,给出了预测车轮不圆顺的发展及后果的数学模型,并提出了减少车轮不圆发展的措施。

车轮踏面不圆顺对高速列车轮轨界面黏着与车轮表面损伤的影响

在JD-DRCF/M型滚动接触疲劳/磨损试验台上开展了有/无偏心车轮配副的轮轨滚滑接触摩擦学试验,对比分析了一阶不圆顺车轮和正常圆顺车轮对轮轨界面黏着、车轮表面损伤与滚动接触疲劳特性的影响。结果表明:车轮不圆顺会显著减小轮轨间黏着系数,湿态下不圆顺车轮的轮轨黏着系数不足0.2,影响列车安全运行和牵引效果;车轮不圆顺明显加剧了钢轨磨耗,同时导致车轮沿周向的表面损伤表现出显著差异。具体来说,凸起侧附近疲劳剥落和撕裂断口特征最为明显;迎向凸起侧较背向凸起侧表面剥落更严重、疲劳裂纹扩展角更大;迎向凸起侧表面点蚀现象相对明显,背向凸起侧车轮表面黏着层堆积严重;此外,随着车轮滚动半径r_(θ)由最小值到最大值再到最小值循环变化,不圆顺车轮沿周向的表面粗糙度、表面硬度和塑性变形层厚度大致均呈先逐渐增加、经过凸起侧附近后又逐渐下降的趋势。

踏面不圆顺对高速列车车轮运行声辐射的影响

选取3个轮径差相同的同型高速列车车轮,并基于车轮有限元和边界元声学模型,研究车轮踏面不圆顺对于车轮在速度300 km/h运行状态下声辐射特性的影响。对比分析结果表明:工程中仅以轮径差大小来预测车轮声辐射水平的方法有失科学性。轮径差相同的不同车轮,其引起的声辐射特性可能不同,而是与车轮踏面不圆顺在各个波长下的所对应的轮轨力有密切关系;车轮在某频率下的声辐射水平,直接取决于该频率下轮轨力的大小;同时,高频段的粗糙度相比低频段更易激发出较大的轮轨力,也就会产生更显著的噪声辐射水平,因此,车轮在镟修时,更应着重削减其在高频段的粗糙度。

不同轨道结构对地铁车辆轮周多边形不圆顺发展的影响

地铁车辆车轮失圆导致走行部损伤这一现象已引起业界广泛重视。针对这一现象的发展规律进行研究,建立了“轮对-轨道-浮置板”的垂向振动模型。根据该耦合振动模型分析了在恒定制动力/牵引力作用下,当轮周存在多边形不圆顺时,圆周径跳与轮对正压力、蠕滑率、磨耗功率之间的关系。分析了浮置板对车轮失圆的影响。通过对比车辆轮周在有无浮置板条件下的结果,发现浮置板虽然降低了路基的振动,但由于其质量刚度参数太大等原因,对车轮失圆情况没有明显改善。

基于轴箱高频振动的车轮不圆辨识方法研究

为实现对高速列车车轮高阶不圆的实时检测,研究了轴箱高频振动与车轮不圆的频谱特征和映射关系,采用频域积分方法对车轮不圆的幅值和阶次进行辨识.首先,通过静态测试和台架试验,研究我国高速铁路车轮多边形、钢轨波磨和轨道模态的表现形式;其次,通过高速列车长期服役性能跟踪试验,掌握转向架轴箱振动的时频特征和演化规律;最后,以现场出现车轮20阶多边形的车辆为研究对象,提出基于频域积分的车轮不圆阶次和幅值辨识方法.研究结果表明:CRTS-Ⅱ型轨道板钢轨三阶弯曲频率为592 Hz;列车以300 km/h运行时,20阶车轮多边形和136 mm波长钢轨波磨的响应频率分别为580 Hz和613 Hz;钢轨模态、车轮多边形以及钢轨波磨的振动主频较为集中,轴箱高频振动幅值随车速和镟后里程的增大而增大;采用加速度频域积分方法,从理论上可实现对车轮不圆幅值和阶次的辨识;基于线路实测轴箱加速度的20阶车轮多边形辨识结果与静态测试值相对误差不超过5%.

车轮不圆工况下轨底坡对地铁车辆动力学性能影响及最优匹配研究

针对车轮不圆引起的车轮型面变化对轨底坡设置产生的影响,运用SIMPACK软件建立地铁车辆-轨道动力学模型,设置9种轨底坡和2种车轮不圆工况,选用直线和4种不同半径曲线,分析轨底坡耦合车轮不圆对车辆动力学性能的影响;以轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、轮对横移量和磨耗指数作为评价指标,基于熵权法建立多目标优化模型,对车辆直线运行平稳性和曲线通过能力进行评价,得到轨底坡和车轮不圆的最优匹配方案。研究表明,车轮存在不圆时,轨底坡变化对横向平稳性的影响大于垂向平稳性;车轮不圆会增加轨底坡对轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率的影响程度;存在车轮不圆时,直线线路以及R300、R400、R500和R600 m这4种曲线线路下,外/内轨最优轨底坡分别为(1/40,1/30)、(1/20,1/30)、(1/40,1/30)、(1/30,1/30)和(1/30,1/30);无车轮不圆时则为(1/40,1/30)、(1/30,1/40)、(1/30,1/30)、(1/30,1/30)和(1/40,1/30)。该研究可以为车轮维护及运营线路设计提供技术支持。

地铁列车车轮不圆发展分析与优化方案

围绕佛山地铁2号线车轮不圆问题,利用镟床对现役3列列车的车轮径跳值进行测量跟踪研究,对比分析得出列车车轮不圆发展的总体特点。统计表明,同一时间段内不同列车车轮不圆发展的速度不尽相同,初始有较大不圆的车轮,其后期不圆发展速度普遍较快;前期曾出现不圆的车轮,经过镟修后仍保留以往的不圆发展趋势;随着公里数增加,车轮不圆发展速度有减缓趋势。同时为了解车轮详细特征进行车轮粗糙度测试,分析结果表明佛山地铁2号线车轮不圆的主要表现为踏面局部凹陷,与雨天发生的空转滑行问题有着较为密切的联系。结合以上特点,从避免踏面局部凹陷及调整镟修角度出发,提出解决车轮不圆问题的优化方案并进行验证,为业内其他地铁同行提供参考。

地铁车轮不圆度控制方案分析

对某地铁实际运营过程中出现的异常振动问题进行了分析,发现5~7阶车轮不圆度是导致车辆异常振动的主要原因。为控制车轮不圆度,提出了“两刀镟”和在列车进出库时采用紧急制动措施两种控制方案,并对被控制车辆进行了跟踪测试研究。结果表明:“两刀镟”方案在抑制车轮径跳发展的同时有效抑制了车轮的5~7阶不圆度,从而在镟轮初期消除了车辆的异常振动现象,并保证车辆在较长的运行里程中能保持良好的运行品质,与之相比,紧急制动措施虽然可以在一定程度上抑制车轮径跳的发展,但无法有效抑制车轮5~7阶不圆度的发展。

关于提高不圆度检测尺检测效率的探讨

本文来源于工程管理实践中产生的问题,为提高PE管不圆度检测的工作效率,降低企业成本,开展了对现有不圆度检测尺进行创新改良的研究工作。主要利用鱼骨图进行原因分析,确定现有工具带来的局限性,利用简单的机械原理,采取钻孔、焊接等方式,对原有工具进行了改造升级,大幅提高了工作效率,并经过受力分析、微观分析论证,确认新工具可靠实用,且测量结果更精准。

一种便携式轮对不圆度的设计与研究

随着铁路列车运行速度的提高,铁路车辆和轨道之间相互作用力逐渐增强,使得车轮踏面失圆的问题不容小觑。对此研发了一款轨道车辆轮对不圆度检测仪。使用钕铁硼磁力开关,将设备吸附在钢轨上,待测轮对旋转带动金属滚轮使旋转编码器工作,自复位高精度电子尺持续采集轮对踏面径跳信息,霍尔感应开关判断轮对旋转一周后自动锁死,嵌入式微处理器经过计算后将轮对径跳、平均直径等信息显示在MCGS组态显示屏上,为车轮镟修提供参考。

一种低不圆度的垂直极化全向超宽带天线

文中提出一种可用于3G/LTE/5G室内通信的一种低不圆度的垂直极化全向超宽带天线,该天线由铜制单极子、加载金属片和金属地板构成。通过对铜制单极子馈电,天线实现垂直极化全向辐射。为了改善天线的阻抗匹配,减小天线的不圆度,单极子辐射体顶部增加了加载金属片。为了进一步扩展天线的阻抗带宽,金属地板上设置了一道环形槽。通过测试可得,在1.7~5 GHz范围内,该天线的相对阻抗带宽为104%()||S11<-14dB,不圆度小于1.5 dBi,可实现良好的室内移动通信。

基于中点弦测法的车载式车轮不圆度测量

列车车轮不圆度是影响列车运行平稳性的重要因素,目前静态检测设备均需抬轮的准备工作,极大降低了检测效率,接触式传感器测量易发生损耗,导致测量发生误差,为提高检测效率以及避免检测误差,采用中点弦测法结合逆滤波器实现对车轮不圆度的车载式测量。检测时列车以低速运行,通过激光位移传感器实现非接触式测量,并同时利用3个激光位移传感器的具体位置关系和测量值得到弦测值作为逆滤波器的输入,构造逆滤波器的频率响应函数使一定波长范围内的不圆度数据得到还原,最后再构造低通滤波器以及进行离散傅里叶变换该车轮各个阶次多边形磨耗的粗糙度等级。通过实验测量数据验证,采用中点弦测法测得的车轮不圆度数据与真实不圆度数值的误差较小,可以实现车轮不圆度数据的车载式测量,各个阶次的粗糙度等级也可反映被测车轮目前的磨损状态。

轨道车辆车轮不圆度检测装置动力学仿真

建立轨道—车辆—车轮不圆度检测装置动力学仿真模型,计算分析车轮不圆度检测装置关键参数对测点振动的影响规律,确定该检测装置最优设计参数。基于轨道车辆动力学与机构学理论,对检测装置机构运动进行分析,运用SIMPACK软件建立含单节列车、钢轨及安装在钢轨上的不圆度检测装置在内的整体仿真模型,并计算测点的振动响应。研究表明:该检测装置机构弹簧刚度最优值为3×10^(5)~5×10^(5)N/m,阻尼最优值在8000 N·s/m附近;为保证检测装置测量精度,车辆运行速度应不大于5 km/h;同轴另一侧车轮对检测装置没有影响,装置对列车运行安全性没有影响。

工艺参数对楔横轧厚壁空心轴不圆度的影响

采用有限元软件DEFORM-3D对楔横轧厚壁空心轴进行热力耦合数值模拟,得到了工艺参数对楔横轧厚壁空心轴不圆度的影响规律。结果表明,在成形角35°～45°、展宽角4°～7°、断面收缩率35%～65%、轧制温度900℃～1100℃时,轧件不圆度与成形角及断面收缩率的变化成反比,与展宽角及轧制温度变化成正比。采用H630楔横轧机进行轧制实验验证了有限元模型的正确性。模拟与实验结果证明,轧件横截面失圆是楔横轧成形厚壁空心轴类件常见的质量问题;变形区金属沿轴向的流动受到未变形金属的阻碍,是造成不圆度在轧件的对称面上最大并沿轴向逐渐减小的原因。研究结果为确定楔横轧厚壁空心轴的工艺参数提供了理论依据。