基于轮轨蠕滑最小化的钢轨打磨研究

根据对轮轨蠕滑形成机理的研究,指出轮轨接触的滚动半径差是影响轮轨蠕滑的重要参数;利用车辆动力学软件NUCARS和选用不同钢轨廓形,仿真计算滚动半径差对轮轨关系的影响,据此提出应通过钢轨打磨,消除或减弱轮轨蠕滑,从而实现轮轨关系的改善,达到延长钢轨使用寿命的目的。理论计算和现场钢轨打磨试验表明,在大秦重载铁路实施钢轨打磨后,滚动半径差减小,钢轨的廓面形状与车轮形成贴合型接触,降低了轮轨蠕滑力和横向力以及轮轨滚动阻力,改善了轮轴转向特性,使钢轨的平均侧磨减少了将近50%,钢轨的通过总重从9×108 t增加到15×108 t以上。

车轮型面数值优化技术

以轮对滚动圆半径差为设计目标,根据3次样条理论建立铁路车轮型面数值优化设计模型。用3次样条有效地光滑车轮型面,而轮对滚动圆半径差则决定了车辆动力学性能。作为模型的算例,为提高LMA型面轮对的曲线通过能力,通过增大轮对滚动圆半径差的控制目标,对LMA型面轮缘根部进行优化设计,并详细地分析设计车轮型面的轮轨滚动接触和车辆动力学特性。结果表明,与LMA型面相比,优化后的车轮型面尽管轮缘根部接触压力、应力有所提高,但车辆曲线通过能力得到了显著地提高,而车辆的临界速度、平稳性、安全性等指标基本不变,对LMA型面的优化设计达到了预期目的。说明了提出的基于轮对滚动圆半径差控制模型的有效性和可行性。

轨底坡对运营地铁轮轨接触特性的影响分析

为研究不同轨底坡条件下实际运营地铁列车的轮轨接触特性,采用轮轨接触空间迹线方法计算分析了轨底坡对轮轨接触几何参数的影响,并建立某地铁B型车辆动力学模型,详细分析了不同线路条件下轨底坡对车辆动力学性能的影响规律.研究表明:LM&CHN60轮轨匹配条件下,轨底坡在1/45~1/20范围内轮轨接触点分布连续,特别是直线段在轨底坡为1/20、曲线段在轨底坡为1/40时轮轨匹配性能良好;运营条件下车轮踏面凹磨造成等效锥度过大,轮轨接触点分布不连续,易造成异常晃车;曲线地段车轮踏面凹磨限制了轮对横向运动,导致轮对对中困难,轮轨接触匹配不良,易造成轮轨滚动接触疲劳.

基于轮轨接触特征的转辙器区钢轨廓形设计

针对道岔转辙器区钢轨容易出现伤损及寿命短等问题,根据轮轨接触理论,提出了以滚动圆半径差函数和轮轨间接触点均匀分布为主要的设计目标,以轮轨接触点的位置为边界条件,利用欧拉积分方法求解微分方程,从而获得钢轨打磨的目标廓形的方法,并编制了相应的计算程序,进行了实例验证.结果表明,优化后的钢轨与车轮有更合理的匹配性,改善了车辆通过道岔时的动力学性能,减小了轮轨间的接触应力,使得接触分布和磨耗更加均匀,从而能延长钢轨使用寿命.

轮对磨耗与轮径差对高速列车动力学性能的影响

对某高速线路服役动车组轮对型面进行跟踪测试，分析了磨耗型面与轮径差对滚动半径差函数形状与位置变化的影响规律。根据服役列车参数建立高速列车动力学模型，计算高速列车在不同磨耗型面与轮径差工况下的非线性临界速度、平稳性和曲线通过性。由高速列车在平直线路与曲线通过工况下与不同轮轨接触的动态平衡点的计算，得出滚动半径差函数与高速列车动力学性能的关系。分析结果表明：型面磨耗与轮径差可以改变滚动半径差函数形状与位置，引起轮轨动态接触点变化，并最终导致高速列车动力学性能的大幅改变。在直线通过工况下，当车辆行驶里程为1．98×10^5km时，随着磨耗的增加，车辆临界速度从530km·h^-1降至300km·h^-1，平稳性指数从1．60增至1．87；当轮径差从-0．5mm增至0．5mm时，临界速度下降约80km·h^-1，平稳性指数增大0．10。在曲线通过工况下，随磨耗的增加，轮轨横向力从6．7kN逐渐增加到15．9kN，车辆脱轨系数从0．12增加到0．23，磨耗指数从0．005逐渐增加到0．018；当轮径差从-0．5mm增至0．5mm时，轮轨横向力减小3～6kN，脱轨系数降低0．03～0．10，磨耗指数减小0．003～0．010。