车轮踏面并行反求设计方法

对轮轨接触几何关系进行详细推导,找出轮轨型面、轮径差和轮轨接触点分布状态之间的关系,开发基于轮径差反求车轮踏面的并行数值计算程序。根据某线路上实测的高速列车踏面磨耗情况,分析计算车轮磨耗对踏面等效锥度及临界速度的影响,并得出临界速度随等效锥度的变化规律。对磨耗踏面的梯度进行比较分析,找出抑制踏面产生凹形磨耗的方法。根据实测踏面磨耗状态对车轮踏面的初始等效锥度进行合理调整,用反求设计方法对踏面进行设计,并对设计前后踏面的接触几何特性、轮轨接触力学特性及车辆的动力学性能进行比较分析。研究结果表明,该设计方法计算效率高,可以较好地保证其收敛性;设计踏面轮轨接触性能及动力学性能良好,可以满足车辆的高速运行需求;新设计踏面磨耗后具有较好的动力学性能,可以有效延长车轮的镟修周期。

铁路车轮踏面外形的逆向设计方法

提出一种基于逆向工程概念的铁路车辆轮踏面外形的设计新概念,导出以轮径差和接触角差相对于轮对横移量的函数为设计目标的逆向设计数值算法,实现了通过轮径差或接触角差函数将车辆动力学要求与车轮踏面外形设计的直接沟通,可以指定需要的等效斜度和轮径差等信息反求踏面外形,并且还能同时计及钢轨的实际外形、轨底坡和接触点的分布位置、并研制相应的计算机程序。基于轮径差函数的算法适用于刚性轮对的踏面外形设计,可以设计出不同速度要求与曲线通过导向性能要求的踏面外形;基于接触角差的算法适用于独立轮对的踏面外形设计,可以设计出具有不同重力复原刚度的踏面外形。通过几个算例验证了这种方法及其软件的可行性。

铁道车辆车轮踏面反向优化设计方法

根据不同类型踏面外形、轮径差的变化和接触点分布特征,给出一种标准踏面反向优化设计方法。由给定轮轨初始接触点位置和轮对在不同横移量下的轮径差信息,结合参考的踏面外形,建立踏面反向设计的最优化模型,并通过了S1002CN和LMA踏面反向设计验证。验证结果表明,不同优化参数下得到的不同设计踏面外形,均满足初始接触点位置和轮径差的要求,但不同轮对横移量下的轮轨接触点分布不一致。分析设计踏面和参考踏面外形的误差及其接触点分布,得到最优踏面优化参数。在最优踏面优化参数下,设计的S1002CN踏面外形最大误差0.26mm,设计的LMA踏面外形最大误差0.2mm。在最优踏面优化参数的基础上,可任意修改轮径差曲线和轮轨初始接触点位置,得到修改后的车轮踏面外形,从而验证踏面反向设计方法的准确性和适应性,可为新型踏面设计提供参考和指导。

低地板车辆的踏面外形设计及动力学仿真

针对一实际运行中的低地板面轻轨车辆及其轮轨磨耗问题 ,采用接触角反推法设计了优化的独立轮踏面外形 ,并建立了多车体的整列车动态仿真模型及基于SIMULINK的计算模块 ,分析了踏面外形及轮对内侧距对车辆动力学性能的影响 .通过实际运用证明了用接触角设计方法获得的新踏面外形的有效性 .在仿真计算模型中对带摩擦旁承的摇枕模型进行了改进 。

独立旋转车轮踏面外形优化设计方法

车轮的踏面外形对有轨电车的动力学性能、轮轨接触疲劳特性以及轮轨磨耗有着重要影响。对于装有独立旋转车轮的车辆,轮轨接触角差曲线是一关键的动力学参数,它关系到轮对重力复原力的大小。重力复原力提供了独立轮对直线对中运行和曲线导向时所需要的导向力。为了改善有轨电车的动力学性能,提出了一种基于接触角差曲线为设计目标的车轮踏面外形设计方法,并开发了相应的计算机辅助设计程序。利用该程序对某型有轨电车采用的踏面外形Lma-30进行了优化,结果表明优化后的踏面外形具有良好的轮轨几何接触特性和动力学性能。

基于逆向法的变轨距列车踏面优化设计

通过研究中俄变轨距列车动力学问题发现,一种车轮踏面可能无法适配多种轨道,可能造成低锥度晃车、临界速度降低、磨耗性能变差等问题。为此,基于轮轨接触关系、车辆动力学理论、车轮型面逆向设计递推算法,提出了匹配多种钢轨的均良化踏面设计方法,并在此基础上对LMA踏面进行优化,得到LMAopt踏面,LMAopt踏面匹配P65钢轨等效锥度从0.026提高至0.04,匹配CHN60钢轨等效锥度维持在0.038,保留了匹配两种钢轨交错的接触区,有利于减轻凹磨。LMAopt踏面与俄罗斯P65钢轨匹配时,低锥度晃车现象得到有效抑制,横向平稳性指标明显得到改善,车辆临界速度提高22%;LMAopt踏面与中国标准CHN60钢轨匹配时,其动力学性能与LMA踏面处于同一水平。在两种钢轨共同作用下,LMAopt的磨耗性能也有所改善,可以确保车辆服役周期内的动力学性能。综上,LMAopt踏面是更适合变轨距列车应用的优化踏面。

高速列车LM_(B_10)型车轮踏面经济型薄轮缘外形优化

为实现延长动车组车轮使用寿命,降低检修维护成本,对改进的LM_(B_10)型车轮踏面进行薄轮缘经济旋修方案优化设计。以既有动车组车轮踏面经济性旋修方案为参考,在不改变原型踏面常工作区域的前提下,仅对轮缘及其与踏面连接过渡部分进行优化调整。根据轮缘厚度从原型32 mm至26 mm,每隔0.5 mm一个方案,共计13个方案。对各方案进行了动力学性能计算,蛇行稳定性、运行平稳性和运行安全性等指标均表现优异。线路测试阶段,进行磨耗跟踪测试和转向架振动跟踪测试,在旋修初期和后期的等效锥度、踏面磨耗量、轮缘磨耗量基本相当,未发现明显差异;车辆运行平稳性指标均小于2.5,构架横向振动加速度最大值均小于车载失稳报警监控限值0.8 g,运行平稳性和稳定性满足要求,实际应用效果良好。

地铁车轮踏面的运用分析及优化途径研究

重点论述了车轮踏面外形设计的改进对地铁车辆运行品质的作用。从上海轨道交通车轮踏面的运用经验分析出发,对目前地铁系统的车轮踏面现状进行了理性评判。跟踪研究了国际上先进的踏面优化设计动向,提出了今后地铁车辆踏面设计优化、运用管理和合理选型的建议:设计出的踏面外形标准应具有安全性与动力性能兼顾的特点,能够满足不同地铁车辆的需求,使踏面外形系列与不同钢轨外形和轨底坡对应起来,使地铁也可采用不同等级的钢轨。

轮轨外形及接触问题的进一步研究

介绍了新近研制的轮轨踏面外形设计和分析软件系统WDesign的原理、功能和应用例子。主要功能包括采用接触角函数法CAF的踏面外形设计、条状法STRIP的轮轨接触应力分析、圆弧曲线拟合法计算接触点的曲率、任意离散点法的轮轨几何匹配分析等。

跨座式单轨列车走行轮胎磨损控制方法研究

为控制曲线工况下跨座式单轨列车走行轮胎的磨损,通过胎面橡胶摩擦特性试验提出修正的衰减指数摩擦模型,并采用有限元分析方法研究走行轮双胎的磨损特性,提出采用虚拟外倾方法控制走行轮胎磨损,采用构建曲面走行踏面的方法对虚拟外倾方法进行优化,研究表明:虚拟外倾方法使内、外走行轮胎总的摩擦功降低3.4%,但外侧走行轮胎的摩擦功偏度值增加了25%;相对于虚拟外倾方法,曲面走行踏面方法使走行轮胎总的摩擦功降低了12.9 J,外侧走行轮胎的摩擦功偏度值降低了5.17%,内侧走行轮胎的摩擦功偏度值降低了8.87%,有效降低了走行轮胎的磨损并改善了其磨损均匀分布程度。

高速列车轮轨匹配关系改进研究

针对某型动车组运营过程中出现的转向架蛇行失稳报警和车体低频晃动等问题,结合S1002CN型车轮踏面与实测钢轨打磨前和打磨后轨面的轮轨接触特征,将车轮踏面接触区分为踏面喉根圆接触区、常工作区和踏面端部接触区三部分,并对其外形进行改进设计（称为LMB10型车轮踏面）。改进的LMB10型车轮踏面保持工作区的轮轨接触关系,减小轮缘厚度并平缓轮缘根部,降低了由于高等效锥度带来的转向架蛇行失稳报警风险;同时增大踏面端部斜率,降低了由于低等效锥度带来的车体低频晃动风险。仿真分析和线路试验结果表明,改进的LMB10型车轮踏面与标准CH60型轨面匹配的等效锥度降低至0.105,增大了轮轨间隙,与打磨前后轨面匹配适应性增强,改善了车辆的蛇行运动稳定性、运行平稳性和曲线通过性能。在线路运营考核中,改进的LMB10型车轮踏面镟轮周期最长达39万公里,在整个运行过程中始终具有良好的动力学性能。

轮轨系统的现状与展望

总结了现有传统钢轮钢轨式轮轨系统的工程问题、研究现状和工程处理方法;分析了钢轨波磨和车轮不圆的形成和发展机理,对困扰高铁的踏面凹磨问题提出了创新性治理设想;拟通过轮轨系统的廓形设计-磨损评价-磨损治理的系统化革新思路,获得既安全又经济的线路条件个性最优化方案;总结和展望了目前轮轨系统的打磨和镟轮,讨论了轮轨系统的检测方法;提出了避免过度检测的新思路,并预测了轮轨系统的未来发展前景。分析结果表明:钢轨波磨和车轮失圆的机理都出于轮轨系统的参激振动与切向轮轨磨损的耦合,在交变正压力和切向磨损同相位作用下,使凸起区域的磨损低于凹下区域的磨损;高铁的凹磨问题是轮轨在高速直线上和超大半径曲线上,轮轨处于非常微小的横向扰动,又在非常平顺的线路下发生镶嵌磨损,即轮轨接触部分廓形发生相互拷贝式磨损;低速城轨系统轮缘侧面磨损是由于在较小曲线半径上运行时,在较大的横向蠕滑作用下引起轮缘的导向作用而为,其踏面不易发生凹磨;钢轨和道岔的各种病害与轴重和冲击载荷有关,其疲劳破坏以局部应力过大下的低周疲劳为主;随着车辆速度和轴重的提高,轮轨系统仅在车辆侧和轨道侧进行优化已达到极限,只有相互联合优化才能深入发掘潜力,继续维持轮轨交通的应用价值。