车轮扁疤引起的轮轨冲击分析

为了研究高速列车车轮扁疤引起的动力学问题,根据多体动力学理论和等效轨道激扰法,建立了我国某型高速车辆的动力学模型及车轮新、旧两种扁疤模型.应用车轮轮径变化扁疤模拟法对车轮扁疤进行模拟,并对高速车辆轮轨冲击动力效应进行仿真分析.结果表明:新、旧扁疤轮轨冲击力规律不同,旧扁疤产生轮轨垂向冲击力随车速的增大而增大,在高速运行条件下,远大于新扁疤产生的垂向冲击力;当车速分别高于200和250 km/h时,车轮扁疤长度需要限制在35和30 mm以内.

轮轨冲击对构架疲劳的影响

以三轴机车转向架构架为例,建立其轮轨冲击的运动微分方程,通过龙格-库塔积分法得到了轮轨冲击的载荷时间历程,分析了轮轨动态冲击对构架疲劳寿命的影响。利用有限单元法建立了轮对、构架、车体的整体有限元模型,采用瞬态动力学分析得到构架危险点的应力时间历程,结合材料的S-N曲线以及疲劳损伤累积准则,进行了构架的疲劳寿命计算,得到轮轨低接头冲击下构架疲劳寿命。分析结果表明:构架的应力响应并不与轮轨处的激励同时达到最大,且在激励结束后有一较长的响应过程;轮轨冲击对构架的疲劳影响较大,尤其对轴箱弹簧座处的侧梁下盖板的寿命影响最为显著,在25·0m轨长的错牙接头作用下,其疲劳寿命为5·15×106km。

轨道刚度变化对轮轨冲击荷载的动力影响

从英国Derby铁路研究中心提出的P1和P2 力计算公式入手 ,对列车以 16 0km·h-1速度通过 6 0kg·m-1钢轨接头时轨道刚度变化对轮轨冲击荷载的动力影响进行了计算 ,并用车辆 -轨道垂向系统统一模型对比验证 .结果表明 ,公式计算和仿真模拟具有较好的一致性 .同时轨道刚度变化对轮轨高频冲击荷载影响不大 ,但对低频冲击荷载影响较大 .随着轨道整体刚度的增大 ,P2 力的增长幅度远远超过P1力 ,并逐渐逼近P1力 .由于低频冲击荷载对轨下部件的破坏较大 ,因此建议轨道结构须采用弹性设计的思想 .

车轮滚过钢轨错牙接头处产生的轮轨冲击噪声机理分析

当列车通过钢轨错牙接头时,会产生强烈的冲击并引起冲击噪声。为了探明铁路线上列车通过钢轨错牙接头处产生的轮轨冲击噪声,建立了基于车轮-轨道相互作用的轮轨冲击噪声预测模型,计算分析了钢轨错牙接头激扰下轮轨冲击力和冲击噪声的特性。结果表明:车轮通过钢轨错牙接头时会产生剧烈的冲击力和冲击噪声;迎轮错牙引起的轮轨冲击力峰值比送轮错牙接头要大210.5 kN,而引起的冲击噪声比送轮错牙接头大10～20 dB(A)。错牙高度越大其引起的轮轨冲击力和轮轨冲击噪声也越大。钢轨错牙高度增加0.5 mm时,轮轨冲击力最大峰值约增大60～90 kN,而轮轨冲击噪声在全频段都会增加1～3 dB(A),钢轨错牙引起的轮轨冲击力与冲击噪声成正比关系。随着车轮运行速度的增加,其激发的轮轨冲击力相应地增加,P1力变化比P2力明显,车轮速度在100 km/h以上钢轨错牙引起的轮轨冲击噪声变化十分显著。

基于SIMPACK的扁疤车轮轮轨冲击力学特性分析

为研究高速列车车轮多处扁疤引起的动力学问题,建立了CRH2型动车组的车辆-轨道动力学模型及车轮扁疤模型。采用变轮径扁疤模拟法,分析单处和两处扁疤的车轮引起的轮轨冲击响应,确定车轮两处扁疤时的扁疤长度、车速及扁疤间夹角变化对轮轨冲击的影响,进而确定CRH2型动车组安全运行时车轮扁疤限值,为高速动车组列车的行车安全提供了依据。

基于Cowper-Symonds本构模型铁路车轮扁疤激发的轮轨冲击仿真分析

轮轨关系是高速铁路工程领域最重要的研究课题之一,车轮扁疤作为一种主要的轮轨失效形式,严重影响了高速列车运行的平稳性和安全性。利用Hypermesh软件建立了带有扁疤的三维轮轨滚动接触模型,并基于轮、轨钢Cowper-Symonds本构模型,采用LS-DYNA3D显式算法进行了相应的有限元仿真分析,重点研究了车速、扁疤长度和轴重对轮轨冲击响应的影响。仿真结果表明:车轮扁疤缺陷引起的最大轮轨垂向冲击力显著大于相应的准静态垂向载荷,最大von Mises等效应力和最大等效塑性应变通常发生在轮轨接触表面;轮、轨钢的应变率效应对轮轨垂向冲击力没有影响,但由于应变率的强化效应,与不计应变率效应的结果相比,基于Cowper-Symonds模型得到的最大von Mises等效应力明显增大,而最大等效塑性应变略有降低;车速、扁疤长度和轴重对轮轨冲击响应均有显著的影响。研究结果可为轮轨系统的安全性设计与评估提供技术支持。

考虑轮轨材料等效疲劳损伤车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应

车轮扁疤是车轮踏面缺陷常见形式之一,会产生较大的轮轨冲击,影响列车运行的平稳性和安全性。该研究建立了三维轮轨滚动接触有限元模型,采用显式有限元法研究了车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应,描述了车轮扁疤冲击钢轨整个过程中轮轨接触状态的变化,着重分析了轮轨材料疲劳损伤与应变率效应对轮轨冲击响应的影响,并讨论了列车速度、扁疤长度、轴重等关键参数的影响规律。结果表明:车轮扁疤引起的最大轮轨垂向接触力约为准静态轮轨垂向接触力的2.6~4.3倍;在研究范围内,轮轨材料疲劳损伤和应变率效应对轮轨垂向接触力、接触斑、接触压力无明显影响,但对von Mises等效应力、纵向应力、垂向应力、横向应力和等效塑性应变影响显著;列车速度、扁疤长度和轴重对轮轨冲击力学响应均有较大的影响。研究结果可为轮轨系统优化设计和列车运行安全提供有益的技术支持。

轨道故障引发的轮轨冲击特征研究

通过对不同轨道故障引发的轮轨冲击进行动力学仿真研究,得到了轨道断裂引发的冲击特征主要表现为多簇形式,轨道内部裂纹引发的则为一簇冲击,而轨道平直度故障引发的冲击特征为明显两簇冲击;仿真分析了车轮转速对各类故障冲击幅值的影响。现场监测结果验证了仿真结果的正确性。

车轮扁疤对轮轨冲击的影响分析

为探究列车车轮旧扁疤对轮轨冲击的影响规律,建立了考虑柔性轮对的高速动车刚柔耦合模型和有限元扁疤损伤接触模型。分析了不同位置分布的单或双扁疤对轮轨冲击的影响,以避免车辆运行状态下发生跳轨冲击,保证运营安全,并为高速动车组安全运行时车轮损伤限值确定提供依据。分析结果表明:旧单扁疤产生的轮轨垂向冲击力随车速的增大先增大后减小,在100 km/h处达到峰值;速度为100~200 km/h时,当双扁疤间隔70°以下时,第一旧扁疤对第二旧扁疤有增益作用,当间隔70°以上时,增益明显减少,可视作独立扁疤;当车轮存在长度为30 mm的双扁疤时,车轮发生跳轨后最大冲击应力可以达到1059 MPa。

轮轨冲击对提速客车轴箱轴承系统的影响分析

将铁路车轮踏面扁疤运动模型模拟得到的冲击载荷引入双列圆柱滚子轴承轴箱系统力矩平衡模型,数值分析不同扁疤参数在铁路运行工况下导致的轴箱中组配的圆柱滚子轴承内部接触变形、偏转与局部极限接触应力的影响,进而评估轴箱中组配的圆柱滚子轴承系统的接触疲劳损坏与轮轨冲击接触的相关性,建议扁疤长度控制在40 mm以内。

嵌入式轨道三维滚动接触模型冲击特性研究

嵌入式轨道在城市轨道交通领域得到广泛运用,在高速铁路方面,国内外也有少量的相关报道和理论研究。嵌入式轨道对减缓轮轨冲击有显著效果,其中焊接接头是引起轮轨冲击的重要原因之一,对于时速400公里以及更高运行速度的列车,焊接接头冲击激励引起的轮轨力变化十分显著,目前对于高速工况下嵌入式轨道的研究尚不充分。基于显式动力学有限元方法,采用三维高速轮轨瞬态滚动接触模型对轮轨冲击过程进行数值模拟,并探究时速400公里速度下的嵌入式轨道的冲击特性。得出以下结论:嵌入式轨道与扣件式轨道在受到不同波长冲击时均能够减小垂向轮轨力变化幅值,焊接接头波长越长,垂向轮轨冲击力越能快速趋于平缓;车轮在受到焊接接头长波冲击时,嵌入式轨道能明显降低纵向轮轨力。研究结果可为嵌入式轨道在高速铁路的运用提供参考。

高速铁路三维轮轨瞬态滚动接触-冲击模型参数研究

为进一步研究车辆轨道接触特性和钢轨损伤,采用显式有限元法建立适用于三维轮轨瞬态滚动接触分析的有限元模型,将轮轨间黏着系数、牵引系数、列车速度等考虑在内,研究不同模型参数对轮轨瞬态滚动接触计算的影响。通过详细对比分析扣件系统、钢轨长度、轨道板及参数对轮轨瞬态接触解的影响,并结合车轮模态分析结果,引入不同波长的轨面几何不平顺以表征激励频率,明确了全轮对模型的适用范围,为高速轮轨滚动接触问题的精细化建模提供参考。结果表明:(1)添加扣件系统可使滚动接触在更短时间内趋于稳定,钢轨长度并不能影响瞬态模型的计算结果,轨道板结构更能使瞬态求解趋于稳定;(2)模拟轮轨冲击的工况下,需建立全轮对模型求解,以保证结果的可靠真实性。

轮轨接触面损伤时冲击力作用下热弹塑性分析

轮轨接触面发生剥离断裂等损伤时轮轨冲击力是无损伤时的数倍,不同损伤,不同速度,不同环境温度,轮轨冲击区域温度不同.由于轮轨损伤而产生的极大的轮轨冲击力导致损伤部位应力应变极大,损伤部位温度升高,损伤附近更容易发生较大的弹/塑性变形,使损伤发生扩展.

轮轨垂向冲击力地面测试方法适用性研究

轮轨垂向冲击荷载会使轨道结构产生较大的振动、噪声、应力,严重影响行车安全及车轮、轨道使用寿命,是铁路运输领域的一项重要研究课题。现场对轮轨冲击力的测量多使用准静态的测试方法,但其测试准确性有待验证,外加测试方法不统一,难以对轮轨冲击理论分析结果提供有效的现场数据支持。运用LS-Dyna软件建立轨道结构落轴冲击模型,对轨道冲击行为进行仿真计算,比较不同地面测试方法得到的轮轨冲击力“当量值”,并结合室内实尺试验测试结果对仿真进行验证。仿真分析及试验结果表明:仿真结果与试验结果具有较好的一致性,利用动力学软件对轮轨冲击接触行为仿真准确性较高。剪应力法与轨腰压缩法可以识别轮轨高频冲击力,但适用范围及测量准确性略有不同。剪应力法属“范围测量”适用于现场测量,如果设置得当可以测得车轮行驶在跨中最大约12 cm范围内轮轨垂向冲击力,但测得的高频冲击力略低于实际值。轨腰压缩属“定点测量”,适合测量实验室内单点冲击轮轨接触力,测得的高频冲击力与实际值较符合。

冲击载荷对铁路轴箱轴承塑料保持架动态性能影响研究

铁路客车轴箱轴承除了承受来自于一系悬挂之上车体及构架的直接压力,还承受因为轨道不平顺轮对冲击传递而来的冲击作用,由于冲击而造成的保持架过梁断裂是轴承提前失效的主要因素之一。分析车轮扁疤对车系统产生的冲击并将其作为轴承动力学的边界条件输入,采用离散单元法建立柔性保持架,研究了冲击载荷对铁路轴箱轴承保持架动态性能、滚子与保持架之间作用力以及保持架应力分布的影响。研究结果表明:随着冲击加速度的增加,滚子与保持架之间碰撞作用力和频次显著增加,加速保持架的疲劳失效。通过对保持架过梁的强度分析可以判断,较大的轮轨冲击加速度会造成保持架过梁的直接断裂。

道岔区轮轨接触几何关系研究

该文以12号可动心轨式单开高速道岔为例,在对道岔区相关走行轨线轨顶外形离散基础上,依据其空间布置关系,详细研究了道岔区轮轨接触特点,给出了轮/岔两点接触判定和计算方法,确定了道岔尖轨区和心轨区在现有空间结构下发生多点接触位置,给出了轮轨力在相关轨线上的转移与分配特性,分析了道岔区轮轨接触点在走行轨线上的不连续性和跳跃性,揭示了轮/岔间产生横向和垂向冲击振动机理,这为进一步优化高速道岔各股轨线空间结构奠定了基础。该文的研究结果是目前轮/岔接触几何关系研究方面的重要突破。

重载机车车轮擦伤下的轮轨动态响应

车轮踏面擦伤会造成剧烈的轮轨冲击作用,加剧车辆和轨道结构部件的疲劳破坏。为揭示实际车轮擦伤状态下的重载机车-轨道耦合振动响应特征,基于车轮擦伤的现场实测数据,拟合出了车轮擦伤模型。采用重载机车-轨道耦合动力学模型,详细考虑了钢轨垫层与扣件弹条相互作用,分别从时域和频域角度仿真计算了机车车轮擦伤引起的轮轨动态响应。研究结果表明:实际车轮擦伤呈不对称的几何形状;车轮擦伤激起的冲击力对轨道部件影响较大;车轮擦伤可能引发钢轨与扣件系统的短暂分离。研究结果可为踏面损伤识别、轨道部件检修提供理论参考。

踏面擦伤弹性车轮冲击影响因素的研究

踏面擦伤车轮在平滑轨道上滚动引起轮轨冲击。为研究轮轨冲击的影响因素,以某弹性车轮为研究对象,建立踏面擦伤深度不同的弹性车轮有限元模型和简化轨道有限元模型,利用LS-Dyna软件对擦伤深度为2mm的弹性车轮在不同速度运行的工况和不同擦伤深度弹性车轮模型在120km/h速度的工况进行了仿真分析,研究了速度和擦伤深度对轮轨冲击力的影响。将弹性车轮与普通钢轮在相同的工况下产生的轮轨接触力进行对比,结果表明弹性车轮可有效降低车轮过擦伤时产生的轮轨冲击。

轮对扁疤动态冲击激励对车辆垂向振动特性的影响

在轨道车辆高速运行过程中,由于紧急制动或者轮对打滑空转等原因造成的踏面局部擦伤和剥离统称为轮对扁疤。基于计算多体动力学和轮轨接触理论,建立了考虑扁疤冲击的动车组动力学模型,模拟车辆的动态响应特性。在该模型的基础上研究了高速列车轮对新旧扁疤以及几何尺寸对车辆系统动态行为的影响,给出不同速度下车体、构架、轴箱垂向振动等振动状况,确定高速行车条件下轮对扁疤对动力学性能的影响。结果表明:轮对扁疤对高速动车组轮轨接触及轴箱垂向激扰有着极大的影响,在轮对扁疤作用下,轮轨冲击和轴箱振动情况比正常轮对情况要严重得多;另一方面由于一系钢簧和二系空气弹簧低频滤波作用的存在,削弱了扁疤振动激扰对构架和车体的影响。

道岔区轮轨间隙动态变化特性研究

轮轨间隙对车辆顺利通过道岔具有十分重要的作用.在车辆-道岔系统动力学模型基础上,利用道岔区钢轨空间布置和轮轨接触几何关系,分析了护轨对轮轨间隙的限制作用和对轮对冲击心轨的防护机理,研究了道岔区轮轨间隙动态变化特性,轮轨间隙与轮对横移量、轮轨横向冲击力、轮轨接触角之间的关系,以及轮轨间隙变化对车辆过岔运行安全性和道岔系统稳定性的影响特性.结果表明,轮轨间隙不仅与轨距和钢轨动态横移量有关,而且与轮对横移量密切相关,且当间隙过小时轮轨间将发生横向冲击振动;设置护轨有利于防止轮对冲击心轨,并使得轮对能够顺利通过岔心;另外,为使车辆能够顺利通过道岔,在允许的情况下可以适当增大转辙区轨距,但心轨区轨距最好保持标准值.