轴盘制动对高速列车车轮多边形磨耗的影响

目的 研究高速列车轴盘制动引起车轮多边形磨耗的形成机理,并提出相应的抑制措施。方法 基于摩擦自激振动引起车轮多边形磨耗的观点,建立高速列车拖车轮对-轴盘制动-轨道系统的有限元模型。采用复特征值法,分析制动工况下制动盘和制动片摩擦激励的振动。根据等效阻尼比判断摩擦自激振动的不稳定性,等效阻尼比越小,则不稳定振动发生趋势越强。当等效阻尼比小于–0.001时,不稳定振动的振幅会克服系统阻尼逐渐增大。为了考虑模型中非线性因素的影响,采用瞬时动态仿真,获得制动时轮轨间的法向接触力,通过功率谱密度分析,获得轮轨振动主频。此外,分析轴盘制动系统安装位置和3种类型的制动片对车轮多边形磨耗的影响。结果 轴盘制动系统摩擦制动容易激励出637 Hz左右的不稳定振动,由于复特征值分析与瞬时动态分析求解方法不同,因此该不稳定振动频率的计算结果存在6%左右的相对误差。轴盘制动系统的安装位置对于不稳定振动的发生趋势具有重要影响,考虑到轴盘制动系统实际安装空间,当制动压力角为–10°-10°时,637Hz左右的振动对应的等效阻尼比随压力角的增大而减小。采用多个蜂窝状制动单元组成的制动片,在制动时可引起602 Hz左右的不稳定振动。当制动片表面存在复合沟槽结构时,在550-650 Hz内,没有等效阻尼比小于–0.001的不稳定振动。结论 当高速列车运行速度为300 km/h时,轴盘摩擦制动引起的637 Hz左右的不稳定振动可通过轮对传导至轮轨系统中,引起轮轨摩擦功周期性波动,从而导致拖车车轮发生22-23阶多边形磨耗。在满足制动系统安装要求的条件下,适当增大压力角,可减轻由轴盘制动引起的车轮多边形磨耗。采用多个蜂窝状制动单元组成的制动片,容易导致拖车车轮发生20-21阶多边形磨耗。在制动片表面添加复合沟槽结构,可抑制由轴盘制动引起的19-23阶车轮多边形磨耗。

激光诱导击穿光谱技术对高铁车轮硬度检测模型优化研究

我国铁路跨度长、运营时间长、运行环境变化较大,故对于车轮的磨损较大,为保障高速铁路的安全运行,高速列车车轮表面硬度就成为了一项重要参考指标。激光诱导击穿光谱(LIBS)实验平台对8块不同硬度的HS7高铁车轮用钢样品进行击穿获取LIBS光谱数据,发现基体元素(Fe)和合金元素(Cr,Mo,W)的谱线强度、离子与原子线的强度比值(Ⅱ/Ⅰ)以及合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比值(A/M),分别与样品硬度有着不同程度的相关关系。利用此相关关系分别建立了以谱线强度和谱线强度结合谱线强度比值为变量的偏最小二乘法(PLS)定量分析模型,在建立模型前采用标准正态变量变换(SNV)、Savitzky-Golay卷积二阶导和高斯滤波(Gaussian filter)三种预处理方法来减小实验误差。结果表明,以谱线强度为变量的模型中采用SNV预处理后建立的PLS模型效果最佳,校正集的确定系数为0.98,均方根误差为1.30,预测集的确定系数为0.90,均方根误差为2.43;以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型中采用原始数据建立的PLS模型效果最佳,校正集的确定系数为0.99,均方根误差为0.79,预测集的确定系数为0.94,均方根误差为2.44,且通过对比发现以谱线强度结合谱线强度比值为变量的模型其预测精确度及其稳定性相比于以谱线强度为变量的模型均有所提升。该结果表明,利用谱线强度和离子与原子线的强度比、合金元素谱线强度与基体元素谱线强度的强度比相结合的结果作为模型变量,能显著提升PLS模型对于金属材料表面硬度预测的能力,可以构建一种相关性更强的定量分析模型。研究表明,采用激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘法定量分析高铁车轮硬度具有一定可行性,可将该技术应用于现场诊断、估算高速列车车轮表面硬度,为维持高速列车安全运行提供一定的保障。

车轮多边形磨耗统计规律及关键影响因素分析

针对列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于轨道交通运输领域,会导致车辆/轨道系统产生高频的振动冲击,严重影响车辆和轨道系统零部件的使用寿命,危及行车安全这一问题,调查了大量车轮的多边形磨耗情况并进行统计分析,掌握了高速列车车轮多边形磨耗问题的现状和特点。以18~20阶多边形磨耗车辆为例,通过理论研究和试验分析(试验分析包括车辆系统振动特性测试和转向架模态特性测试),对车轮多边形磨耗的根本原因及诱导因素进行研究。研究发现,轮轨系统在580 Hz频率附近存在固有模态是导致车辆发生18~20阶多边形磨耗的根本原因,轮轨表面的各种不平顺能激发或者加剧轮轨系统在580 Hz频率附近的模态共振,从而诱发车轮多边形磨耗的产生。该结果可为高速列车车轮多边形磨耗问题的防止和进一步研究提供参考。