水介质条件下轮轨黏着特性研究

以Carter二维滚滚接触理论和粗糙面间的稳态部分弹流理论为基础,在考虑轮轨接触表面有相对滑动情况下,应用数值分析方法对水介质条件下轮轨黏着特性进行研究,研究滚动速度、轴重对黏着的影响。研究发现:在水介质条件下,轮轨接触区的区域要比干接触时大,流体动压入口约在Hertz接触半宽的2倍处;相同轴重条件下,随着滚动速度增大,流体动压力值增大,而相应的微凸峰接触压力值减小,导致其与总压力的比值减小,引起轮轨之间的黏着系数下降;相同速度条件下,随着轴重的增大,微凸峰接触压力与总压力的比值增大,引起轮轨之间的黏着系数增大。

油介质下高速轮轨低黏着特性和撒砂试验研究

在车轮-钢轨高速滚动接触疲劳试验机上进行油介质下高速轮轨低黏着特性和增黏试验,研究油介质条件下不同速度、蠕滑率、轴质量以及撒砂对黏着系数的影响,最高试验线速度200 km/h。结果表明:黏着系数随蠕滑率的增加先增大、再微降随后趋于平稳,在蠕滑率3%左右达到最大;随着速度的增加,黏着系数呈快速下降趋势,如速度从50 km/h增加至200 km/h时,最大黏着系数从0.092下降至0.049;当轴质量由12 t增至16 t时,黏着系数仅略微增加了0.01;撒砂后,黏着系数约为未撒砂时的3倍左右,且依然随速度增加而降低;撒砂会使得试验后轮轨表面产生很多麻坑,从而增大了表面粗糙度,对增黏起到了一定作用,但增黏砂会对接触表面造成显著损伤,在极端条件下会促进滚动接触疲劳的萌生,威胁运行安全。

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(一)--水介质条件下黏着特性

300~400 km·h^(-1)速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法,探究100~400 km·h^(-1)速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平(Ra为0.4~0.6µm)且有水介质条件下纵向蠕滑率为0~30%时的制动黏着特性。结果表明:在纵向蠕滑率从0.5%增至5%~8%过程中,黏着力系数出现了减小的现象,此阶段不利于黏着的利用;纵向蠕滑率增至一定数值后(一般为5%~8%),若继续增加,则出现黏着力系数再上升的现象;试验速度为200 km·h^(-1)时,当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰,在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”;试验速度在300~400 km·h^(-1)范围内,当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰,此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍;加载和卸载过程中的黏着力系数再上升阶段都属于稳定阶段,有利于提高轮轨黏着的利用。

时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(二)——水介质条件下纵向蠕滑控制模式对黏着特性影响

利用1∶1高速轮轨关系试验台,研究试验速度从200 km·h-1提高至400 km·h-1后轮轨间水介质条件下在不同的黏着阶段施加不同纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制对大蠕滑黏着特性的影响,重点分析200,300和400 km·h-1速度时在黏着再上升阶段施加不同的蠕滑控制使黏着进一步上升的特点和规律。结果表明:在黏着力系数第1个峰值点至“低谷点”的不稳定阶段,施加纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制均会导致黏着力系数下降;速度为200和300 km·h-1时在黏着力系数“低谷点”至第2个峰值点的稳定阶段,施加纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制一般会使黏着力系数进一步上升,并出现“卸载峰”;时速为400 km时在黏着力系数“低谷点”至第2个峰值点稳定阶段的中间位置(纵向蠕滑率为12.5%附近),施加纵向蠕滑率卸载控制或蠕滑率保持4 s控制更易导致黏着力系数再上升,并出现“卸载峰”;在黏着再上升阶段施加纵向蠕滑率保持4 s控制将使黏着力系数进一步上升,非常有利于提高轮轨黏着利用率。

基于全尺寸试验台的水介质条件下高速轮轨黏着特性试验研究

基于全尺寸高速轮轨关系试验台,模拟轮轨接触界面在水介质条件下的轮轨黏着特性,研究喷水量、轮轨接触表面粗糙度、喷水温度、轴重和运行速度对水介质条件下高速轮轨黏着系数的影响规律。结果表明:水介质条件下,喷水量、轮轨接触表面粗糙度、运行速度对轮轨黏着系数影响较大,喷水温度和轴重对其影响较小;随喷水量的增加轮轨黏着系数逐渐减小,但当喷水量达到200mL·min-1后黏着系数不再减小;随着表面粗糙度的增加,运行速度对轮轨黏着系数的影响逐渐减弱,表面粗糙度增至1.0～1.1μm时运行速度对轮轨黏着系数的影响很小;在40～200km·h-1速度范围内,轮轨黏着系数随速度的增加减小得较快,而在200～400km·h-1速度范围内减小得较为缓慢;轮轨黏着系数随喷水温度的升高而增大,喷水温度为0℃(下雪)时的轮轨黏着系数较常温时下降11%～15%;轮轨黏着系数随轴重的增加而减小,在动车组常用轴重10～16t范围内轴重对轮轨黏着系数的影响只有10%左右。

自然环境条件下轮轨接触黏着特性研究进展

轮轨黏着是铁路运输中的关键基础性科学问题之一,而轮轨接触界面良好的黏着状态是列车安全和高品质运行的根本保障.轮轨系统作为1个开放的系统,受到各种自然环境因素的影响,如湿度、温度、水、风沙甚至铁氧化物,而所有的这些环境因素都会影响轮轨接触界面的黏着状态和损伤行为.本文中综述了水、湿度、温度和风沙等自然环境因素对轮轨黏着特性影响规律的研究进展,分析了自然环境因素下轮轨界面铁氧化物特征,重点探讨了自然环境因素对铁氧化物形成的影响及其对轮轨接触黏着特性的影响规律和作用机理,并提出了轮轨黏着的未来研究方向.

基于横向蠕滑特性的轮轨黏着试验研究

为提高列车的横向稳定性,研究了轮轨横向黏着特性。利用自主设计加工的横向轮轨滚动振动试验台,在不同介质工况下进行轮轨横向黏着特性试验,分析水、油介质条件以及轴重力、速度对轮轨横向黏着特性的影响。结果表明:相比干态条件,水、油介质条件下会使轮轨横向黏着系数降低;不同介质工况下随着轴重力的增加,横向黏着系数均增加;在干态与水介质下横向黏着系数随着速度的增大而降低,而在油介质下横向黏着系数随着速度的增大而增大,但变化幅度不是很大;在轮轨接触面撒砂能提高横向黏着系数,但对轮轨损伤有一定的影响。

基于轮轨切向力的防空转/滑行效率计算方法研究

地铁车辆在完成防空转/滑行试验后,通常通过计算防空转/滑行效率来评价车辆防空转/滑行的性能,目前地铁车辆关于防空转/滑行效率缺少统一的计算方法。为解决该问题,文章系统介绍了轮轨黏着机理及特性,对比分析了既有车辆黏着控制策略和防空转/滑行效率计算方法,建立了车辆牵引和制动工况力学模型并提出了一种基于轮轨切向力的防空转/滑行效率计算方法。与现有防空转/滑行效率计算方法相比,该方法同时适用于防空转试验和防滑行试验效率计算,排除了车辆运行阻力对计算结果的影响,在不同试验工况下的计算结果一致性较好。

高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用

轮轨黏着影响列车牵引和制动,对铁路运营效率和行车安全至关重要。论述国内外高速轮轨黏着的研究成果,包括仿真研究和试验研究进展情况。在仿真研究方面,介绍国内外轮轨黏着的理论模型发展和数值方法;在试验研究方面,介绍国内外的试验方法和试验结果。通过对轮轨黏着机理进行研究,揭示影响轮轨黏着的因素及其影响规律。分析现场存在的轮轨黏着方面的问题以及国内外轮轨黏着的控制与利用情况,包括最新的轮轨增黏措施和防滑防空转技术,并对高速轮轨黏着机理未来的研究方向进行展望。

单轮对滚动试验台轮轨黏着-蠕滑虚拟试验系统

单轮对滚动试验台是模拟轮轨关系多项复杂性能试验的高精度试验系统,轨道车辆轮轨黏着-蠕滑特性受多种变量综合作用影响,试验过程复杂、设计难度大、试验结果不稳定。该文研发一种滚动基于Unity3D和UM联合仿真的滚动试验台虚拟试验系统。该系统中单轮对滚动试验台动力学仿真模型通过UM建立,应用Unity3D建立虚拟仿真环境,利用MATLAB、C#完成数据的处理与传输,在虚拟环境下设计并实现多变量作用的滚动试验台黏着-蠕滑性能虚拟试验。结果表明,该系统不仅可实现多变量作用的黏着-蠕滑特性试验设计和实验结果分析,且交互性好、试验沉浸感强,能模拟多项重要的性能试验,从而降低试验成本。

和谐号动车组制动计算方法

为满足轨道交通列车制动系统的设计需要,研究了和谐号动车组制动计算方法。制动计算方法以黏着特性曲线为边界条件,充分考虑了电制动和运行阻力对制动系统的影响,而且结合试验数据计算不同速度阶段和不同载荷下的瞬态参数。基于和谐号动车组制动计算方法,自主开发了制动计算软件,并计算分析了8辆编组动车组的紧急制动性能。

基于仿真技术的防滑试验方法研究

防滑试验台是防滑控制装置进行功能测试及相关理论研究的有效验证平台。通过对防滑试验仿真技术的研究,提出利用数学建模方法建立试验台的各项测试功能,形成一套快捷的低成本实现方案。防滑试验仿真系统按功能分为黏着模块,旋转动力学模块,气动模块和试验控制模块,论述了各模块的理论技术及仿真建模方法。以CRH3动车组制动系统各项参数为例,利用ES1000实时仿真系统建立了防滑仿真试验台,并进行了干轨和湿轨的防滑仿真试验。仿真试验结果表明,防滑系统在轮对滑行过程中能有效调节制动缸压力,使得实际施加于轮对的制动力未超过轮轨最大黏着力,避免了轮对滑行,验证了该仿真试验台方案的可行性和各功能模块建模的正确性。

轨顶摩擦改进剂对车辆动力学性能的影响

通过对轨顶涂覆摩擦改进剂对轮轨黏着特性影响的分析,发现摩擦改进剂不仅会改变轨面摩擦因数,并且会改变Kalker权重系数,这与通常认为的摩擦改进剂只改变摩擦因数不同。考虑摩擦改进剂对摩擦因数和Kalker权重系数的影响,研究货车车辆在轨顶涂覆摩擦改进剂的轨道上运行时的动力学性能。利用SIMPACK软件包建立货车车辆模型,包括车体、摇枕、侧架、轴箱、轮对等部件,分析车辆在轨顶涂覆摩擦改进剂的轨道上直线和曲线运行时的平稳性和安全性。计算结果表明,摩擦改进剂可以明显改善车体的横向平稳性,而对车体的垂向平稳性影响较小;摩擦改进剂会使车辆的脱轨系数和轮重减载率小幅增加,但是均小于国标规定的安全限值,不会影响行车安全。

基于模糊控制策略的高速列车防滑控制研究

防滑控制是高速列车制动控制中的关键技术。提高防滑控制中轮轨黏着的利用率,保障安全可靠是高速列车制动控制的核心。文章通过建立单轮对动力学模型,基于轮轨黏着特性的Polach模型对轮轨特性进行深入分析,提出单轴滑行导致全轴滑行的问题。其次,基于模糊控制算法建立控制模型,对滑移率、减速度、减速度微分3个变量进行综合考虑。最后,在Matlab/Simulink仿真平台上对其进行仿真分析。仿真结果表明:单轴滑行不及时处理会导致全轴滑行;通过基于模糊控制算法建立的控制模型,使得滑行控制的切入点选择更加精准,具有更好的防滑控制效果。

复杂轨面接触条件下轮轨动态相互作用研究

表面接触状态对轮轨摩擦系数和黏着特性影响显著。基于车辆—轨道耦合动力学理论,建立了考虑轮轨防空转控制的重载列车—轨道耦合动力学模型。利用该数值模型分析了接触状态对轮轨动态相互作用的影响,系统地对比研究了不同防空转控制策略对轮轨黏着性能的影响。分析结果表明:轨面接触状态和防空转控制阈值对轮轨法向相互作用及黏着特性影响显著;相比于定阈值的PID轮轨防空转控制,当采用最优转矩控制策略时牵引效率更高。