不同制动工况下地铁车轮踏面磨耗研究

为研究不同制动方式对地铁车轮踏面磨耗的影响规律,联合ANSYS和SIMPACK软件,建立了车轮-闸瓦热机耦合有限元模型和含有柔性轮对的车辆动力学模型,同时考虑不同制动初速度和制动减速度对车轮踏面温度、踏面硬度、踏面与闸瓦间接触应力及制动距离的影响,分析了不同制动方式下车轮-闸瓦磨耗、车轮-钢轨磨耗和踏面总磨耗的变化规律。结果表明:踏面磨耗随着制动初速度的增大而增大;随着制动减速度的增大,车轮-闸瓦磨耗和总磨耗增大,车轮-钢轨磨耗减小;制动时踏面总磨耗主要受车轮-闸瓦磨耗影响。

基于振动响应的高速动车车轮踏面磨耗状态识别

针对高速动车车轮踏面磨耗状态识别问题,融合车辆振动响应及其幅值滑动平均值特征,提出一种基于双向门控循环单元(Bi-directional Gated Recurrent Unit,Bi-GRU)网络的车轮踏面磨耗状态识别方法。首先,以国内某型高速动车为对象,采用SIMPACK进行车辆动力学仿真,定义五类不同等效锥度磨耗状态的车轮踏面,考虑悬挂结构参数、轮轨接触状态等随机因素,获取车体与构架横向振动加速度;其次,结合横向加速度及其幅值滑动平均值,使用特征融合技术建立不同磨耗踏面的多维特征融合数据集;最后,采用Bi-GRU网络建立踏面磨耗状态识别模型,训练模型结构参数并验证其识别效果。结果表明:该模型能够有效识别高速动车车轮踏面磨耗状态,识别准确率优于传统最近邻、决策树和支持向量机模型,并具备一定抗噪能力。对于线路实测数据集,迁移模型准确率超过98%,证明模型具有良好的泛化性能。

车轮踏面磨耗对齿轨列车齿轮齿条接触状态影响研究

针对齿轨列车车轮踏面磨耗情况下难以探究齿轮齿条接触状态规律的问题,提出了一种基于Hertz接触理论的考虑车轮踏面磨耗情况的齿轮齿条齿面接触应力计算模型。首先,分析了磨耗情况下齿轮齿条的接触关系,获得了接触应力计算关键参数随车轮磨耗的变化规律,并结合Hertz接触理论构建了考虑车轮磨耗的齿轮齿条接触应力计算模型;然后,选取某工程齿轮齿条参数进行计算,获得了磨耗周期内的齿面接触应力分布,并通过27组有限元仿真试验获得了不同磨耗量、不同接触位置的齿轮齿条接触应力数据,与上述计算模型结果进行了对比;最后,运用上述计算模型进一步分析了车轮磨耗影响接触应力规律的内在机制和关键因素。结果表明,模型结果与仿真计算结果的最大相对误差为7.71%,验证了计算模型的准确性;车轮踏面磨耗量越大,齿轮齿条啮入点附近的接触应力越大,其影响机制是车轮磨耗导致啮入点附近驱动齿轮曲率半径急剧减小;增大初始中心距和齿条齿顶圆角影响系数,可降低车轮踏面磨耗对接触应力的影响,并可通过减小高度调整周期来优化接触状态情况。

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。

灰色变权组合模型的货车车轮踏面磨耗预测

为探讨变权组合模型在货运专线车轮踏面磨耗趋势预测中的应用,采用基于灰色新息GM(1,1)模型、灰色离散GM(1,1)模型和指数平滑模型为一体的变权组合方法研究货运专线车轮踏面随走行公里的磨耗趋势,并与各单项模型预测结果和定权组合预测结果作对比,研究结果表明:应用组合方法比单纯应用单项预测模型方法更合理,预测结果更可靠,且变权组合预测模型优于定权组合预测模型,预测精度较高。本文所提出的变权组合预测方法能够很好地预测货运专线上车轮踏面的磨耗趋势,是一种研究运输专线上车辆轮对维护决策的有效方法。

车轮踏面磨耗预告

西门子公司开发了一种可用来预告铁路机车车辆在因磨耗而必须进行旋轮之前的可能最大走行公里的新方法。该方法的最大优点是能够用很少的计算时间来模拟不同的运用情况,同时,与以往的方法相比,可考虑更多的参数。在首次成功地应用于一台机车之后,该方法拟将尽快得到推广。

铁路货车车轮踏面圆周磨耗及轮缘磨耗的原因分析及改进措施

随着我国铁路高速和重载的发展,轮轨磨耗问题日趋严重,每年都给铁路运输业造成巨大的经济损失,其解决与否直接影响到铁路的快速发展。为了进一步了解车轮磨耗的原因,从而提出降低磨耗的有效措施,本文分别从转向架形式、车轮位数、轮瓦磨耗、轮轨磨耗等方面对车轮磨耗进行调研,并将影响铁路货车车轮磨耗的主要因素归结为货车轴重、货物周转量、闸瓦质量、车轮硬度、制动形式、闸调器作用影响及基础制动装置制造尺寸等方面。通过对段修车检修轮对磨耗情况的调研、分析,总结了磨耗规律,提出了改进措施,结论表明,推广应用新型车轮以提高车轮踏面及轮辋硬度、进一步提高制动梁、闸瓦托制造、检修质量,严格控制各项尺寸在公差范围之内、加强对闸调器在运用中正确使用、控制同一轮对两车轮的轮径差使车轮踏面磨耗均匀化的有效途径;铁路货车采用状态修的维修管理办法是控制和降低轮缘磨耗发生的有效手段。提出的建议可为改善车轮磨耗,降低检修劳动量,确保运输安全具有实际意义。

车轮踏面下凹磨耗危害大应旋修

放任车轮磨耗出下凹踏面 ,虽可将轮对的成本减到最小 ,但是踏面下凹磨耗的车轮将增加整个系统的费用 ,导致滚动阻力和能源消耗增加 ,钢轨磨耗加剧 ,为此必须根据运用条件旋修踏面下凹磨耗的车轮 。

基于恒等映射多层极限学习机的高速列车踏面磨耗预测模型

针对高速列车车轮踏面磨耗单一模型无法对各种复杂工况下列车车轮踏面磨耗进行定量计算的问题,提出一种基于恒等映射多层极限学习机的高速列车车轮踏面磨耗测量方法.首先将恒等映射引入到多层极限学习机中,提出一种基于恒等映射的多层极限学习机模型(identity multilayer extreme learning machine,I-MLELM),采用机器学习公共数据集对该模型进行性能验证,数值结果表明I-ML-ELM模型具有较好的准确性与泛化性;然后基于车辆-轨道耦合动力学理论建立高速列车的车辆-轨道耦合动力学模型,模拟列车运行的不同工况,观测和分析高速列车的车轮踏面磨耗情况,并通过I-ML-ELM预测模型对高速列车车轮踏面磨耗量进行学习及预测;最后应用高速列车车轮踏面磨耗的实际测量值对I-ML-ELM预测模型进行进一步的验证,结果表明:I-ML-ELM预测模型的各项性能参数指标在整体上优于以下五种网络:ELM,FLN,ML-ELM,ML-KELM和DLSFLN,通过高速列车线路实测数据的进一步验证表明,本文提出的基于I-ML-ELM的高速列车车轮踏面磨耗预测模型能较好地反映不同参数对高速列车车轮踏面磨耗值的影响规律.

基于SQPSO优化DELM的踏面磨耗测量模型

针对难以建立轮轨磨耗的单一模型和无法对各种工况下车轮踏面磨耗进行定量计算的问题,提出一种基于SQPSO优化DELM的踏面磨耗测量方法(SQPSO-DELM).首先将衍生特性引入到极限学习机中,提出一种衍生极限学习机模型(DELM).然后引入序列二次规划(SQP)方法和量子粒子群优化(QPSO)算法,对DELM的参数进行优化.通过SQPSO-DELM预测模型,对车辆动力学模型模拟不同试验参数下的车轮踏面最大磨耗量以及对现场列车踏面磨耗程度的实际测量值进行训练和预测.结果表明:SQPSO-DELM预测模型的性能参数指标均优于LSSVM、ELM、PSO-ELM和QPSO-ELM,能较好地反映不同参数对车轮踏面磨耗值的影响规律.

动车组车轮踏面凹形磨耗发展规律及其对车辆稳定性的影响

分析了某型动车组运行过程中发生的异常抖车现象。掌握了镟修周期内车轮型面磨耗特征和轮轨接触关系的演变规律。提出了车轮等效斜度与踏面凹形磨耗之间的估算关系式。通过建立刚柔耦合车辆动力学模型研究了车轮踏面凹形磨耗发展对车辆稳定性的影响。结果表明,随着列车车轮踏面凹形磨耗的增加,使得车轮与钢轨接触的范围变窄,容易发生接触点跳跃现象;同时,车轮踏面等效斜度也会增大,车辆的临界速度会显著下降,使列车运行的稳定性降低。因此,当线路存在较大的激扰时,较大等效斜度工况下的车辆就可能发生车体的异常振动。通过对车轮踏面进行镟修来改善轮轨匹配关系,可解决动车组异常振动的问题。

标准动车组车轮磨耗特征研究

通过对标准动车组车轮踏面磨耗进行跟踪测试,分析总结实测车轮踏面外形和与标准TB60钢轨匹配的轮轨接触几何关系变化规律。讨论不同速度和线路条件下车轮多边形发展演变规律。结果表明:车轮踏面磨耗深度与运营里程基本呈线性关系;轮缘损失量达到2.7mm后,轮缘不再发生磨损。镟后27.3万公里在名义滚动圆处出现大于0.2mm的凹坑磨损现象。凹坑磨损会导致接触点对分布在凹坑两侧,轮对的等效锥度增大较快。在580Hz附近,转向架轮对和构架存在模态耦合共振问题,在350km/h和300km/h速度工况下分别形成16、17边形和19、20边形,在哈大线运行时形成的12、14、22和23边形对应351 Hz、410 Hz、643 Hz和672 Hz的振动频率,可能与轨道系统固有特性有关。

车轮踏面凹形磨耗对轮轨相互作用的影响研究

为了研究踏面凹形磨耗车轮的动力学行为,改进Kik-Piotrowski方法提出一种可考虑轮对摇头和轮轨多点接触的非Hertz接触模型,结合车辆—轨道耦合动力学理论计算具有实测踏面凹形磨耗车轮的CRH2高速动车组在钢轨上运行时的轮轨动态相互作用行为。计算结果表明,改进的Kik-Piotrowski方法可以很好地模拟磨耗车轮与钢轨的多点接触和非Hertz接触行为,轮轨法向力、轮轨蠕滑力以及接触斑形状都与CONTACT计算结果比较接近。对于踏面凹形磨耗的车轮,接触区域分布在车轮磨耗边缘的两个孤立位置,当接触斑从一个区域向另一区域转换时存在瞬时的两点接触。由于两点接触的过渡,接触区域在两个位置转换时造成的冲击效应并不明显。与无磨耗车轮的动力学响应对比,该类车轮踏面凹形磨耗对轮轨力的影响从总体上来说不大,对轮轨横向力的影响略大于对轮轨垂向力的影响,磨耗会增加轮轨垂向力和轮轨横向力的高频成分。

ST_2型踏面车轮在DF_(11)型机车上的应用

根据轮轨几何的理论分析 ,ST2 型踏面轮对与 6 0kg/m轨相匹配 ,它的等效斜度λe 在横向位移yw=1～ 7mm时是 0 1,而yw>7mm时λe=0 3。这一特性表明 ,ST2 型踏面车轮不但具有好的曲线减磨效果 ,并且能以较高速度在直线上平稳运行 ,适合于提速机车的运行要求。上海机务段自 1999年 3月开始至今 ,已在沪宁、沪蚌线运行的 4 7台DF11型机车上先后装用ST2 型磨耗形踏面车轮 ,用以牵引快速列车 ,机车振动情况正常。为了实际测定DF11型机车装用ST2 型踏面车轮的振动性能 ,经用英国生产的MKⅡA型测振仪在司机室中央地板处测得它的横向振动平衡性指标W2 ,在 90～ 14 0km/h范围内 ,处于优良及合格水平。理论和实践均证明 ,ST2 型踏面车轮 ,用于14 0km/h的提速机车上是合适的 (由于运转时分限制 ,测试的最大速度为 14 0km/h)。值得指出的是 ,采用ST2 型踏面车轮牵引快速列车 ,有减缓车轮踏面剥离及轮缘磨耗的好处 ,而踏面剥离及轮缘过早磨耗正是提速机车落轮修的主要原因。

轮轨多点接触计算方法研究

在迹线法基础上进行轮轨接触几何关系计算,结合插值法获得轮轨间距离函数,对其求解一阶和二阶导数,根据该导数的极值点性质以及轮轨间弹性压缩量,导出轮轨多点接触计算与判定方法。以LMA型踏面与CHN60钢轨配合为实例,将新轮、新轨的接触情况与磨耗后的轮轨接触相对比,验证多点接触计算方法的可行性和有效性。研究结果表明:车轮踏面外形磨耗后,轮轨间易发生两点接触。

轮对自稳定性及提速轨道车辆MBS仿真研究

提速轨道车辆需要开展轮轨关系改进与提速转向架动态设计MBS协同仿真研究,正确处理(非)线性的辩证关系,努力维系轮对自稳定理想状态。CRH5转向架仅凭XP55踏面就实现了轨底坡由1∶20到1∶40的轨道参数转变,因而安全稳定裕度不充裕是其引进转化所遗留的1个固有技术问题。但是改用XP55踏面也带来了诸多技术效果,如低磨耗区域拓宽至16 mm并使磨耗轮轨局部密贴型接触的发生概率降低。在经常性的横风扰动下,轮轨匹配及动态仿真分析表明:钢轨轨头打磨修型至60N处理削弱了因上述轮轨关系改进设计所带来的技术效果,进而成为了防风沙动车组CRH5G产生磨耗振动的直接原因。为了增强抵御极端气候影响的稳定鲁棒性能,制订了抗蛇行参数优配方案,明确了CRH5的技改方向。

高速动车组线路运行适应性

建立了高速动车组车辆系统非线性动力学仿真模型,采用数值仿真方法,结合线路实际运营情况,分别从车轮型面磨耗与轮轨关系匹配、一系定位刚度与等效锥度匹配角度,研究了高速动车组运动稳定性和线路运行适应性。分析结果表明:轮轨匹配关系和车辆悬挂参数是影响高速动车组线路运行适应性最重要的2种因素;车轮踏面凹形磨耗比同等深度的均匀磨耗对稳定性的影响更大;一系定位刚度大的转向架易发生低锥度失稳,而一系定位刚度小的转向架在磨耗等效锥度变大时稳定性不足;在设计动车组时,需要根据运营线路对动力学性能的要求,选择合理的轮轨匹配关系和与之适应的悬挂参数;对一系定位刚度较小的转向架,可以采用初始锥度很小的LMA踏面;对一系定位刚度很大的转向架,需要采用等效锥度大于0.10的轮轨匹配;在动车组运营过程中,需要防止车轮踏面凹形磨耗,并通过打磨等手段维护合理的钢轨型面。