铁道轮轨黏着系数

铁道轮轨黏着限制对铁道列车安全运行至关重要,尤其现代高速列车速度已达350—360 km/h,并有向400 km/h甚或以上推进的趋势,所以高速轮轨黏着条件能否支持高速牵引力与制动力就是一个现实课题。时至今日,尚无法用理论方法推算轮轨黏着系数公式格式和数值范围,只能用纯经验方法处理。本文推荐常规列车中不同型式机车(牵引)计算黏着系数的实用公式,并提供3种核算利用黏着系数的方法,基于核算、分析与讨论若干类别的高速列车利用的黏着系数范围与少数既有的高速黏着系数公式之间的位置与关系,最终推荐中国湿轨黏着系数的实用公式(μ_j=0.04+13.7/120+v),作为高速列车(牵引与制动)统一的计算黏着系数公式以及常规列车的(制动)计算黏着系数公式。

空气湿度对轮轨黏着系数影响研究综述

良好的轮轨黏着是列车安全、高品质运行的重要保证,而轮轨黏着又遭受许多外在因素的影响,其中,空气湿度就是其中之一。空气湿度作为轮轨间的第三介质,通过改变轮轨接触表面特性而直接影响轮轨间的黏着,国内外学者就此开展了大量的试验研究、机制分析和数值计算。针对已有的研究成果,阐述空气湿度对轮轨黏着系数影响的试验研究、机制分析和数值计算的研究现状,指出在目前研究中存在未考虑是否形成水膜、试验速度范围较小等问题,并提出今后研究的重点。

基于奇异值分解强跟踪滤波的机车黏着系数估计

提出一种基于奇异值分解的改进强跟踪滤波算法,并将其用于机车黏着系数的在线估计。针对传统的强跟踪滤波算法由于引入了渐消矩阵,在递推更新预测误差方差阵时变成不对称,可能导致滤波发散的现象,研究了基于奇异值分解的更新算法,保证其收敛性。利用改进算法在线估计机车运行过程中的干扰转矩,进而估计黏着系数。仿真试验表明,该方法能有效在线估计机车黏着系数并具有较好的鲁棒性。

车轮表面宏观形貌取向对高速轮轨水润滑黏着系数的影响

轮胎和沥青都属于低弹性模量材料,即使运动速度较低,流体动压导致的水膜也足以产生润滑作用.对于列车轮轨这类高弹性模量材料,只有当运行速度达到200 km/h以上,水的润滑作用才体现出来,使轮轨黏着系数大幅降低,给高速列车运行带来重大安全隐患.增大表面粗糙度一般能够提高轮轨黏着系数,然而研究表明,在表面粗糙度基本相同的条件下,表面形貌取向对混合润滑状态下的黏着系数有显著影响.文中用统一雷诺方程模型,计算了在水润滑状态下,具有纵纹、横纹、菱形等特定形貌取向的车轮在高速运动时(最高500 km/h)对黏着系数的影响,并将计算结果与平均流量模型计算的结果和已有的实验结果进行了比较.结果表明:各种形貌下,轮轨黏着系数都随速度的增大而减小,其中菱形的黏着系数大于横纹的,而横纹的黏着系数又大于纵纹的,影响黏着系数的主要因素是固体接触压力与总压力之比.在轮轨点接触椭圆率k<1时,接触区的侧流效应不可忽略,用平均流量模型计算会导致谬误.

时速400 km速度级内轮轨间水介质条件下牵引黏着系数试验研究

在试验条件基本相同的情况下,全尺寸高速轮轨关系试验台与线路实车在160~300 km·h^(-1)速度范围内轮轨牵引黏着系数试验结果有较好的一致性。利用全尺寸高速轮轨关系试验台,测试时速400 km速度级内水介质条件下车轮表面在低、中、高粗糙度水平时牵引黏着系数随速度的变化规律,并将车轮在中等粗糙度水平时的试验结果与日本新干线的试验结果进行比较,提出我国高速轮轨间水介质条件下牵引黏着系数与速度的关系表达式。结果表明:在水介质条件下,轮轨接触表面状态相同时,牵引黏着系数随速度的增加而减小,速度较低时(40~200 km·h^(-1))随速度的增加减小得较快,而速度较高时(200~440 km·h^(-1))随速度的增加减小得较慢;40~440 km·h^(-1)速度范围内各个速度级下,车轮高粗糙度水平(Ra为0.7~0.8μm)时牵引黏着系数较中等粗糙度水平(Ra为0.4~0.6μm)时增加0.036左右。

地铁车辆计算黏着系数的取值探讨

介绍了地铁车辆计算黏着系数取值的影响因素及计算方法,并根据广州地铁二号线车辆的情况举实例进行说明。

基于观测器的货运列车黏着系数检测研究

货运列车是一种重要的的轨道交通运输工具,针对行车过程中车轮易在轨面条件跃变时发生打滑、空转且轮轨间的黏着状态无法直接测量的问题。从轮轨动力学角度出发,首先构建轮轨黏着数学模型,再设计滑模观测器估计车辆当前的黏着系数,为进一步的黏着有效控制奠定基础;针对特定状况观测器跟踪不准确、响应慢的现象,设计了基于积分滑模面的黏着系数观测器。仿真结果表明,所提方法能够实时快速地在线估计轮轨粘系数。

基于列车制动综合试验台的黏着系数测试方法研究

本文以1:1列车制动综合试验台为研究对象,详细分析了制动工况下黏着特性相关的特征参数的测试方法,主要包括滑移率、黏着力以及正压力。最后利用试验台进行同一工况下的重复试验,通过数据整理及分析得出黏着滑移率关系曲线,证实了该1:1列车制动系统综合试验台能满足对制动过程中轮轨间黏着系数的测试。

基于轮轨黏着大滑移机理的防滑黏着利用控制策略研究

随着列车运行速度的提高,轮轨界面湿滑条件下存在制动黏着利用需求与黏着系数下降的矛盾,因此急需突破制动防滑及黏着利用关键技术瓶颈。在深入分析高速制动黏着-滑移特性规律以及黏着再上升影响因素的基础上,提出一种基于分层滑动速度判据的黏着大滑移机理的防滑黏着利用控制策略。该策略通过维持一定的滑动速度获得滑动能量进而改善轮轨黏着系数,并根据测量的轮轨接触点切向力和防滑阀下游的制动缸压力实时计算滑行过程的轮轨可用黏着系数判断轮轨黏着改善程度。在此基础上,进行基于1∶1高速轮轨关系试验台的不同黏着条件下的高速防滑模拟试验,结果表明:该控制策略可自适应地追踪不同轮轨黏着条件下(水、防冻液)的可用黏着,提高了防滑控制系统对铁路复杂运用环境和轮轨黏着特性的适应性。

激光毛化形貌对高速轮轨冰润滑黏着系数的影响

轮轨黏着系数对于列车运行的安全性与稳定性具有决定性的影响。在冬季,钢轮表面的薄冰会大幅降低轮轨黏着系数。根据水的相图和压力融化原理,将轮轨接触区域划分为钢-冰固体接触区和钢-水混合润滑接触区,基于统一雷诺方程模型,研究了温度在-21℃至0℃,运动速度为100~500 km/h范围内,高速轮轨黏着系数随速度的变化规律,并提出采用激光毛化技术在车轮表面形成规则形貌(纵纹、横纹、菱形),将有助于提高冰水混合润滑状态下的轮轨黏着系数,为高速列车黏着控制技术提供理论基础。

暖湿气流对不同服役温度下轮轨界面黏着与损伤的响应行为研究

为研究不同服役温度下高湿度暖湿气流对车轮材料黏着与损伤的影响,为列车轮轨的安全可靠服役提供理论参考.本文作者利用轮轨滚动接触磨损/疲劳试验机模拟宽温环境(-55~60℃)下,着重考察间歇暖湿气流对高速轮轨界面黏着与车轮表面损伤的响应行为.结果表明:同种暖湿气流(RH 99%)作用下,环境温度对轮轨滚动接触界面的黏着与损伤存在显著影响;在低温环境下,轮轨间的黏着系数会瞬时大幅度下跌,而高温环境下反而出现轻微上升的现象.在低温工况下暖湿气流诱导下的车轮损伤(如塑性变形和表面疲劳裂纹等)明显高于高温环境,磨损机制由低温环境下的疲劳磨损和磨粒磨损为主逐渐转变为高温环境下的氧化磨损、黏着磨损和疲劳磨损.因此,为进一步保障高寒地区列车通过隧道等湿热环境时的安全可靠运行,暖湿气流诱导列车轮轨低黏着状态的行为须予以关注和引起重视.

采用径向转向架的大轴重内燃机车曲线通过研究

为探究径向转向架在33 t轴重内燃机车的可行性,从径向转向架的概念、结构和原理出发,为大轴重内燃机车提供了一种径向转向架方案。在多体动力学软件中建立动力学模型,对比研究了采用径向转向架和传统转向架的重载机车通过曲线时导向轮对的黏着系数、蠕滑率和磨耗功。通过计算分析发现,与传统转向架相比,径向转向架可以减少车轮的滑动量,提高机车通过曲线时的黏着利用率,降低轮轨磨耗和左右车轮的不一致磨耗,降低轮对镟修频率,该结论可为今后我国研制大轴重高黏着内燃机车提供一定参考。

轮轨黏着特性试验研究

利用JD-1轮轨模拟试验机研究了干态工况下蠕滑率、速度和轴重等参数对轮轨黏着系数的影响。结果表明:蠕滑率是影响轮轨黏着系数的主要因素;当蠕滑率为0时,黏着系数很小大约为0.02;当蠕滑率在0～1%时,轮轨黏着系数快速增加;蠕滑率在1%时黏着系数达到最大值,随后随蠕滑率的增加黏着系数出现下降趋势并逐渐趋于稳定,此时表现为轮轨宏观滑动。轮轨黏着系数随着速度增加而降低,随着轴重的增大呈现增加趋势。

水介质条件下轮轨黏着特性试验研究

在JD—1轮轨模拟试验机上进行轮轨在干态工况突然加水和水介质条件下的黏着特性试验,着重研究水介质条件下不同速度、轴重以及蠕滑率对轮轨黏着的影响。结果表明：在相同的蠕滑率下,干态工况加水之后轮轨间的黏着系数较干态时的黏着系数降低了50%-60%;在水介质条件下,不论是最大黏着值还是稳定黏着值（机车实际运行黏着区）,受车轮速度影响较大,黏着系数随着车轮速度的上升而降低,轴重对黏着系数的影响较小;黏着系数在达到最大值（饱和值）之前随蠕滑率的增加而线性增加,而后随蠕滑率的增加而下降,最后逐渐趋于稳定。最大黏着系数所对应的蠕滑率为0.5%左右。

环境条件对轮轨黏着特性影响的试验研究

摘要：利用JD-1轮轨模拟试验机研究新与旧模拟轮、新与生锈模拟轮和冲角等参数对轮轨黏着系数的影响。结果表明：干态和有水工况下，随着冲角的增加，轮轨纵向黏着系数均有所下降，而横向黏着系数均呈现上升趋势。对比干态和有水工况，发现有水下工况纵向黏着系数下降较多，下降了50％～60％，但横向黏着系数下降不明显。新模拟轮与模拟轨转动产生的黏着系数要小于旧的模拟轮与模拟轨转动产生的黏着系数；新模拟轮与模拟轨转动产生的黏着系数与生锈的模拟轮与模拟轨转动产生的黏着系数相差无几。

电机车轮轨黏着摩擦特性研究

矿用电机车在井下的使用中,机车轨道往往受到水分、煤泥等因素的影响,黏着系数大大降低.本文在实验室建立了电机车的模拟实验台,分别在干燥、水分、煤泥、撒砂等工况下,在不同电动机转速下对轮轨间的临界黏着系数进行研究,并对车轮“打滑”状态时的车轮实际转速进行了测量.实验结果表明,临界黏着系数从大到小的工况顺序为:撒砂、干燥、水分和煤泥状态,而且其大小基本和电动机转速无关.车轮和轨道之间的相对滑动速度,煤泥状态时速度最大,其次为有水分状态、黄砂状态,干燥状态最小.现场实验中也得到了类似结果.

高速轮轨黏着机制进展及模拟试验研究

列车的运行要借助于轮轨之间的黏着和制动,轮轨之间的最大黏着力受到接触斑上黏着系数的限制,因此轮轨关系中的黏着问题是与高速铁路运营密切关联的带有基础性的研究课题。综述国内外高速轮轨黏着的进展及现状,指出研究面临的主要问题。介绍轮轨模拟试验机开展的轮轨黏着试验,结果表明:油水砂介质下的轮轨黏着系数最大,油水介质下的轮轨黏着系数最小,利用此模拟试验机可开展轮轨黏着特性研究。

油介质下轮轨黏着特性数值分析

基于二维滚动接触理论和部分弹流理论,建立了微凸体接触情况下的稳态部分弹流数值模型,运用多重网格法对油介质工况下的轮轨黏着特性进行数值仿真研究。利用所建立的数值仿真模型研究了轮轨接触压力分布情况,分析了滚动速度、载荷、轮轨表面粗糙度等参数对轮轨黏着特性的影响。结果表明:油介质条件下轮轨接触区的宽度比干态下要宽,是干态下接触区宽度的1.5倍左右;油介质下的轮轨黏着系数明显小于干态下的黏着系数;轮轨黏着系数随着速度的增加逐渐减小,随接触压力的增加而降低,随轮轨表面粗糙度的增加而增大。

制动系统黏着探讨

介绍世界各国制动系统黏着限制设置及增黏方式,通过对制动系统黏着系数设置的探讨,对我国高速动车组利用黏着系数的方法进行研究,并介绍几种车辆有效增黏的方法。

油介质条件下轮轨黏着特性的试验研究

利用JD—1轮轨模拟试验机研究轮轨受污油、污油水混合物和污油水砂子混合物3种油介质污染工况下,不同轴重和车轮速度对轮轨黏着系数的影响。结果表明:当车速为90km·h-1时,污油和污油水混合物工况时的轮轨蠕滑特性相差不大(加水之后黏着系数减小);污油和污油水混合物工况下21和23t轴重时轮轨黏着系数相差较小,而25t轴重时的黏着系数明显比21和23t轴重时的大,但轮轨表面均未出现严重的磨损;在污油水砂子混合物工况下,轮轨黏着系数显著提高,但同时大大加重了轮轨表面伤损;当轮轨受到污油和污油水污染时,轮轨黏着系数均随着车速的提高而减小。