低轮轨摩擦因数对高速列车横向运动稳定性影响

针对某高速列车头车出现的车体低频(1Hz^2Hz)横向晃动问题,在SIMPACK软件中建立头车动力学仿真模型,应用数值仿真计算的方法研究头车模型在低轮轨摩擦因数下的横向运动稳定性。经模态分析、动力学响应分析以及安全性和平稳性指标的计算,得出结论:头车出现低频横向晃动的根本原因在于低锥度、低轮轨摩擦因数下车辆模态阻尼和临界速度降低;车辆在低锥度、低轮轨摩擦因数下发生蛇行运动的模态频率为1.3Hz左右,且为一次蛇行;增大摩擦因数在一定程度上有利于提高车辆横向平稳性指标。

脂介质条件下轮轨摩擦因数数值模拟分析

为了对轮轨摩擦因数改善效果进行定量研究,将弹性流体动压润滑理论的基本方程中的Reynolds方程引入到脂介质的Ostwald本构模型,采用无量纲处理和多重网格法对数值模型进行了计算,讨论了脂类摩擦控制剂的黏度、列车轴重及速度对摩擦因数的影响,并进行了试验验证。结果表明:相比于干摩擦下的Hertz分布,在脂介质条件下,脂介质承担的压力在接触区出口附近会出现一个二次尖峰,粗糙峰承担的压力在接触区内变化不大;液膜厚度在出口处有颈缩现象;脂介质的黏度、轮轨滚动速度上升都会引起轮轨间摩擦因数上升,而轴重上升会引起摩擦因数下降;脂介质条件下,处于相同的黏度、轴重、速度情况时,轮轨表面越光滑,轮轨间摩擦因数越大;验证试验结果与数值计算结果基本吻合。

高速铁路钢轨波磨对轮轨系统振动响应的影响分析

通过建立轮轨瞬态滚动接触有限元模型,计算不同车速和不同轮轨摩擦因数下车辆通过波磨区段时的轮轨作用力,并分析其对轮轨系统振动响应的影响。结果表明:车辆通过钢轨波磨区段时,轮轨作用力的波长与波磨的波长基本一致。当车速在200~350 km/h时,随着速度的提升,轮轨作用力增大,在扣件处产生的振动能量也随之增加;当摩擦因数在0.3~0.5时,随着摩擦因数的增加,轮轨纵向力增大。波磨波峰处的轮轨纵向力大于波磨波谷处,因此波磨不会无限制地发展而是逐渐趋于稳定。摩擦因数的改变对轮轨垂向力的影响很小,可以忽略。

基于车轮磨耗寿命预测的轨道参数研究

为研究轨道参数对车轮磨耗寿命的影响,以C80型货车为例在SIMPACK软件中建立车辆-轨道动力学模型,利用傅里叶逆变换将轨道不平顺的功率谱密度从频域转换为时域;基于半赫兹接触理论、FASTSIM算法和Zobory磨耗模型在MATLAB中编制车轮磨耗仿真程序,分析轨道曲线半径、轨距、钢轨轨底坡、钢轨型面、轨道不平顺和轮轨摩擦因数对车轮磨耗的影响。计算结果表明:曲线半径从400 m增加到2 000 m后,段修磨耗寿命增加5.1倍;轮缘磨耗减小13.4倍;当轨距从1 430 mm增加到1 435 mm和1 440 mm时,磨耗寿命分别增加了12.6%和27.5%;轨底坡从1/20减小为1/30,1/40和1/50时,段修磨耗寿命分别增加3.7%,7.4%和6.9%;采用CN75钢轨和UIC60时的磨耗寿命较CN60钢轨分别增加20.1%和13.9%;五级谱、六级谱和三大干线谱时磨耗寿命较四级谱时分别增加21.4%,35.9%和26.0%;轮轨摩擦系数为0.25、0.4和0.55时,磨耗寿命较摩擦因数为0.1分别减少24.2%,24.8%和22.3%。