齿轮滚刀滚动圆半径通用优化方法

根据齿轮滚刀滚动圆半径的确定原则,利用离散—综合法思想,建立齿轮滚刀滚动圆半径的通用优化方法。并用实例进行说明。

异形仪表圆弧齿轮滚刀齿形的设计计算

在异形仪表圆弧齿轮几何尺寸计算的基础上 ,按照共轭齿条齿廓的存在条件 ,提出了滚刀滚动圆半径的选择方法 ;其次 ,按照齿形法线法的原理 ,提出了异形仪表圆弧齿轮滚刀齿形的设计计算方法 ,推导了设计异形仪表圆弧齿轮滚刀齿形的全部公式 ;最后 ,以某型女式机械表的周历轮为例 ,进行了滚刀齿形的设计计算 ,结果表明 ,由此加工制作的滚刀所滚切的齿轮 。

重载货车作用下固定辙叉心轨磨耗分析

针对大秦铁路75 kg/m钢轨12号高锰钢固定辙叉心轨处的磨耗问题，基于 Kalker简化理论，建立车辆-道岔系统动力学模型。分析比较重载C80型货车侧向通过道岔辙叉区时，不同车轮和道岔型面匹配下的轮轨蠕滑力、轮轨接触斑面积、车轮滚动圆半径与车轮磨耗功率间的关系以及轮轨型面匹配程度和变化规律。结果表明：当车辆从翼轨行进到心轨时，其标准车轮滚动圆半径的突变值在4～5 mm 之间，相对于标准车轮，磨耗车轮的值降低了50%，对心轨的垂向冲击较小；轮对由翼轨过渡到心轨时，其左右磨耗车轮的滚动圆半径差值小于标准车轮，磨耗车轮的纵向蠕滑力相对标准车轮减低了45%～63%；磨耗功率大小与车轮滚动圆半径以及轮轨型面匹配程度有关。

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。

重载轮轨黏着特性的数值分析

基于ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)有限元建立稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型。利用该模型计算和分析重载轮轨滚动接触的黏着特性,并研究不同速度等级对重载轮轨黏着蠕滑特性的影响。用该模型对重载大功率机车车轮在轨道上从制动、惰行到牵引过程进行计算,得到了这一过程中轮轨接触状态的变化规律和黏着特性曲线。在重载大功率机车从制动、惰行到牵引的过程中,轮轨纵向摩擦力由反方向饱和状态逐渐转变成牵引方向饱和状态,而轮轨横向摩擦力始终呈反对称性分布,其最大值位置先是逐渐靠近接触斑中心,然后又逐渐远离之;摩擦力矢量呈旋转分布,其方向从与运动方向相反逐渐变为与运动方向相同,其旋转中心从轮缘附近逐渐进入接触斑,随后又逐渐向轮缘一侧移动;当轮轨纵向蠕滑率较小(≤0.003)时,黏着力随纵向蠕滑率的增加而近似线性增加,但运行速度对此影响不大;进入大蠕滑率(>0.003)区域后,黏着力随蠕滑率的增加而减小,并且速度越高,黏着力降低得越快。

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.

车轮型面磨耗诱发高速铁路轮轨接触几何参数时变的规律

将轨道系统视为无质量的黏弹性力元,运用多体动力学软件UM建立CRH2型高速列车单个车体的车辆—轨道耦合动力学模型,并结合轮轨非椭圆滚动接触模型和车轮型面磨耗演变模型,以车轮最大磨耗深度为0.1mm作为车轮型面更新的条件,通过动力学仿真研究轨道系统振动、车辆悬挂力元非线性和轮轨接触几何非线性特性等影响下滚动圆半径差、等效锥度、接触角和接触点分布等轮轨接触几何参数的时变规律。结果表明:通过不同运营里程下车轮型面磨耗和名义滚动圆半径处磨耗仿真与实测的对比结果,验证了模型的准确性;随着运营时间的推移和运营里程的增加,车轮型面磨耗会对轮轨接触几何参数产生明显的影响:其中,等效锥度、滚动圆半径差和接触角在运营里程从0逐渐增加到10万km的过程中变化明显,而从10万km逐渐增加到20万km时变化渐缓,然后在从20万km逐渐增加到25万km的过程中车轮型面磨耗又进一步加剧,等效锥度、滚动圆半径差和接触角的变化幅度又急剧增加,轮轨接触点分布则随着运营里程的增加由一点接触逐渐向两点接触演变,车辆的动力学性能也随之下降。

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.

重载货车侧向通过固定辙叉的动力学响应

针对大秦(大同—秦皇岛)重载铁路高锰钢固定辙叉磨耗严重问题,建立车辆-道岔系统动力学模型,比较车轮不同磨耗程度下重载货车侧向通过固定辙叉时的车轮滚动圆半径、轮轨垂向力、轮轨横向和纵向蠕滑力、货车过叉平顺性等动力学响应,分析不同轮叉型面的匹配规律。结果表明:当车辆由翼轨向心轨过渡时,标准车轮与磨耗初期车轮滚动圆半径突变值在4.3～6.5 mm,磨耗中后期车轮滚动圆半径突变值降低50%,减小了对辙叉的磨损,同时磨耗中后期车轮的轮轨垂向力较标准型车轮减小近1/2,降低了对心轨的垂向冲击;标准车轮与磨耗初期车轮对标准辙叉磨损较大,磨耗中后期车轮通过辙叉时各动力学性能指标均较理想,有利于改善轮叉间的相互作用。