均载组合式小轮径货车转向架车轮型面优化设计研究

小轮径转向架技术是驼背运输车辆的关键技术,小轮径低地板驮背车车轮型面磨耗问题严重,对其动力学性能造成严重影响,为了进一步提升其服役性能,对小轮径低地板驮背车车轮型面进行优化设计。首先建立小轮径低地板驮背车动力学模型,然后利用轮径差反向设计方法对车轮型面进行优化,最后利用车辆动力学模型对优化后型面的车辆动力学性能和磨耗特性进行验证分析。结果表明,优化后型面进一步降低了车轮等效锥度,同时减小了轮轨法向接触应力。通过对比优化前后动力学特性,优化后车轮型面有效提升了空重车状态下的临界速度,空车临界速度较LM踏面提高23.3%,重车临界速度较LM踏面增大17.54%。同时优化后型面有效提升了车辆的平稳性和曲线通过性能,最后利用车轮磨耗模型计算了直线段和曲线段的车轮磨耗,优化后曲线外侧车轮磨耗最大深度减小54.8%,曲线内侧车轮磨耗最大深度减小48.13%,型面优化可以有效减小小轮径低地板驮背车直线段和曲线段的车轮磨耗,为抑制车轮磨耗,提升服役性能具有重要作用。

铁路货车轮轴类部件故障状态多维度评估建模研究

铁路货车轮轴类部件故障种类较多,工作时处于高速旋转状态,特征频率获取难度较大,且部件正常运行时也会产生一定振动,从而导致故障信号呈现多维状态,对故障判断会产生干扰;为了有效解决这一问题,提出铁路货车轮轴类部件故障状态多维度评估建模方法;根据铁路货车轮轴类部件结构,通过考虑滚子数、接触角、径向间隙等因素,计算各个单元特征频率;基于此,构建多维度综合评价模型,对轮轴类部件故障状态完成多维度等级评估,以此确定出相应的故障等级,实现铁路货车轮轴类部件故障状态多维度评估;实验结果表明,该方法的评估精度高,且评估耗时低于2 s。

铁路货车转向架旋转部件故障诊断方法研究

利用振动信号监测铁路货车轴承和车轮的故障极易受到轮轨接触振动和周围环境噪声的影响,故障特征信号被外界干扰噪声淹没,难以提取,并且车辆频繁变速带来振动信号频率扰动。文章针对以上问题,提出了一种基于信号平稳化条件下的自适应滤波解调技术的轴承故障诊断方法,能够在列车变速工况和随机冲击干扰下实现对轴承故障的准确识别。转K6型转向架实车线路测试结果表明,文章提出的方法能够准确有效地诊断轴承剥离以及车轮踏面擦伤故障,可为后续铁路货车故障诊断与监测提供技术基础。

基于车体协同的铁路运输轮式货物轮挡设计

目的为保证运输安全,轮式货物在铁路运输过程中需要用轮挡限位。针对我国铁路运输轮式货物的现状及存在的问题,提出车体与加固装置协同设计的理念,设计一种轮挡可调式,适用于多种规格的轮式货物,存用一体、可靠性高、使用快捷。方法利用SolidWorks建立轮挡三维模型,通过铁路运输加固强度计算,确定在最不利状况下对轮挡的强度要求,进行载荷和约束分析,利用有限元分析软件SolidWorks simulation进行仿真计算及强度分析。结果得到该轮挡在最不利工况下的应力及位移情况。最大应力出现在轮挡底面与活动销连接部位,最大应力值为499.9 MPa,不超出设计所用材料的许用应力(585 MPa);最大位移为0.99 mm,在允许范围内。结论该轮挡的强度满足安全运输的要求,用于多种轮式货物铁路运输装载加固,可有效提高加固效率。

轮轨接触关系对货运小半径曲线钢轨磨耗和疲劳伤损的影响

针对货运小半径曲线钢轨的磨耗和疲劳伤损问题,通过长期跟踪测试获得小半径曲线钢轨的廓形和表面状态演变规律,建立基于实测轮轨参数的货运车辆-曲线轨道系统耦合动力学模型;利用动力学仿真手段,研究小半径曲线钢轨不同磨耗阶段的轮轨接触关系变化规律,以及轮轨蠕滑作用变化对钢轨磨耗、接触疲劳伤损的影响,并分析小半径曲线钢轨的合理润滑时机。结果表明:曲线上股钢轨磨耗在服役初期以垂磨为主,后期以侧磨为主;曲线下股钢轨以垂磨为主,垂磨速率与上股钢轨基本相当;随着钢轨磨耗的增大,轮对横移量、轮轨接触范围和钢轨光带宽度均逐渐增大,曲线上股钢轨的工作边轮轨蠕滑作用也逐渐增大且磨耗占主导地位,不易出现接触疲劳伤损,曲线下股钢轨的表面伤损程度不断减轻;曲线上股钢轨出现侧磨后再进行润滑作业,既能降低侧磨速率,又能降低接触疲劳损伤发生的概率。

车轮硬度对重载铁路货车车轮磨耗的影响

为研究车轮硬度变化对铁道重载车轮磨耗的影响,分析降低车轮磨耗的低成本方式,建立了装配转K6转向架的C80货车的车辆-轨道耦合系统动力学模型,并基于CONTACT程序与Archard磨耗模型建立了车轮踏面磨耗的仿真模型。通过建立的仿真模型来预测重载铁路货车车轮硬度对车轮踏面磨耗深度和车轮踏面外形的影响,结果表明适当增加车轮硬度会有效减小车轮磨耗深度,因此适当提高车轮磨耗区域内的车轮硬度可以有效降低车轮踏面磨耗,提高车轮的使用寿命。

多边形车轮对六轴重载货运机车动力学性能影响分析

随着重载机车载货重量的增加和运行速度的提高,车轮磨耗越来越严重,加剧了车轮多边形的形成。以某型六轴重载宽轨货运机车为研究对象,以ГОСТ标准为主要参考,将轮对柔性化处理,采用多体动力学软件建立刚柔耦合模型,基于谐波函数描述车轮不圆顺,分析多边形车轮的阶数和不圆度幅值对不同车速下机车车辆动力学性能的影响。研究结果表明,多边形车轮会使车辆临界车速降低;在120km/h设计速度范围内,车轮多边形对机车运行平稳性影响很小,对机车运行安全性和车辆动态特性的影响与车辆系统的模态特性密切相关。

用带宽图统计方法对铁路货车车轮磨耗评价的分析

常规动力学仿真计算无法预测车轮磨耗状态。以C80型敞车为例,通过建立整车系统动力学模型,提取轮轨接触点在车轮上的位置累加带宽图,比较不同车轮踏面的磨耗状态,并与实际运用情况对比。采用带宽图统计方法评价结果与大秦线和神朔线车轮磨耗实际调研结果一致。采用带宽图可以分析车轮磨耗的具体位置,评价车轮不同位置的磨耗速率,能比较准确地评价车轮长期运用的磨耗状态。

铁路货车注油孔车轮精加工工艺研究

车轮是铁路货车转向架的一个关键零部件,车轮的制造质量直接关系到铁路货车的运行安全和运行品质。本文简要阐述了某型出口铁路货车注油孔车轮精加工工艺,并针对其在加工过程中出现的相关问题进行了分析,从刀具性能、产品结构、加工工艺参数等方面进行分析研究,并提出了工艺优化方案。

两种轨道谱激励下某宽轨货运机车动力学研究

以某宽轨货运机车为研究对象建立动力学分析模型,采用美国AAR5级谱和AAR6级谱作为轨道随机激励,研究了其相关动力学性能。通过在直线轨道上施加两种不同轨道谱激励仿真计算出不同的非线性临界速度并加以对比分析;采用Sperling指标评价该机车的平稳性;采用轮重减载率、脱轨系数和轮轨横向力来评价该机车的曲线通过能力。结果表明:两种轨道谱激励下该机车仿真非线性临界速度均远大于实际最高限速,具有良好的运行稳定性;其垂向和横向平稳性指标均满足相关标准,机车具有良好的运行平稳性;三个曲线通过性能指标说明该机车具有良好的运行安全性。

长大货物车动力学评定标准研究

长大货物车动力学试验评定所依据的GB/T 17426—1998《铁道特种车辆和轨行机械动力学性能评定及试验方法》发布实施已经20余年,长期的运用实践表明,该标准基本满足我国长大货物车的线路动力学试验评定的需要,但也暴露出振动加速度限度值、轮重减载率限度值、数据处理方法等方面还存在一些问题。文章针对有关问题进行了研究,并提出了相应的修改建议,以期为将来修订GB/T 17426—1998提供技术基础。

重载货车车轮温度场与应力场研究

研究了重载货车车轮三维有限元模型的边界条件和各种相关参数的确定方法。运用有限元软件ANSYS,分别进行了23t和25t轴重货车踏面制动时车轮的三维瞬态温度场的仿真与分析。同时对直线制动和曲线制动两种工况进行应力分析,并对计算结果进行了评定。分析结果表明:在制动开始阶段,车轮温度迅速上升,高温区出现在闸瓦与踏面摩擦面表层;制动过程结束后,温度下降缓慢。

典型制动条件下货车车轮温度场和热应力场的有限元仿真

根据车辆的运行情况,确定车轮的典型制动载荷条件;采用摩擦功率法建立了制动过程的热量输入方法,运用有限元分析软件ANSYS,数值模拟了典型制动工况下温度场的分布。采用双线形随动强化弹塑性模型,通过间接耦合法将温度场的模拟结果作为应力场分析的边界条件,数值模拟了典型制动工况下车轮辐板孔边的热应力场分布规律,并与试验结果相比较,验证了仿真结果的有效性。以上分析结果为车轮疲劳强度评定和疲劳寿命估算提供了载荷条件。

基于橡胶弹簧非线性模型的重载车辆轮轨动力特征分析

针对重载车辆一系悬挂橡胶弹性元件,采用分数阶导数理论建立具有历史依赖性的橡胶弹簧非线性力学模型,并将该模型应用于重载车辆-轨道耦合动力分析系统中,比较了传统的Kelvin-Voigt线性模型与该非线性模型在车轮扁疤冲击荷载与实测轨道随机不平顺作用下轮轨动力响应的差异。计算结果表明：在车轮扁疤冲击荷载条件下,传统线性模型与非线性模型得到的轮轨垂向力在低于200Hz频率范围内存在明显的差异,采用线性模型会低估10-80Hz频率范围内的轮轨垂向力,且会高估80~200Hz频率范围内的轮轨垂向力;在轨道随机不平顺作用下,非线性模型得到的轮轨垂向力变化范围更大,且侧架加速度与车体加速度较线性模型均有所下降。

基于轮轨蠕滑机理的货车车轮磨耗寿命预测

为对货车车轮磨耗寿命进行预测,在SIMPACK中建立车辆-轨道多体动力学模型,基于轮轨半赫兹接触理论和Zobory车轮磨耗模型编制车轮磨耗数值仿真程序.对C80型货车等在环形线和大秦线上运行时的车轮磨耗行为进行仿真,并根据实测结果和仿真结果对Zobory车轮磨耗模型进行修正,最后利用修正后的Zobory模型对C80型货车在国内某重载线路上运行时的车轮磨耗寿命进行预测.结果表明:车辆在环形线和大秦线上运行时,仿真得到的车轮磨耗分布范围以及圆周磨耗深度和轮缘厚度随运行里程的变化趋势均与现场实测结果较为接近,但车轮圆周磨耗率分别为实测结果的1.394～1.842倍和2.172～3.658倍,主要原因是仿真中采用了轮轨半赫兹接触理论,考虑了弹性剪切变形对滑动速度的影响,并且国内货车采用的CL60钢的硬度大于国外BS11钢的硬度;C80型货车在国内某重载线路上运行时,利用修正后的Zobory模型仿真得到的车轮段修磨耗寿命为39×105km,运用磨耗寿命为65×105km,与现场统计结果较为吻合.

铁道货车车轮CL60钢在450℃时的低循环疲劳行为

铁道货车车轮产生损伤失效的主要原因是承受了复杂的热载荷和机械载荷的联合作用,而高温低循环疲劳是车轮踏面区域产生损伤的重要机理之一.针对铁道货车车轮CL60钢进行了450℃时的高温低循环疲劳实验.研究发现:在整个循环过程中,应力-应变关系曲线的变化趋势基本一致;随着循环周次的进行,拉压应力峰值呈现出连续的降低态势,压应力峰值减幅略大于拉应力峰值减幅,表现了低循环疲劳的典型特性;试样断口上出现了较为严重的氧化现象,断口裂纹扩展以穿晶为主.

840D货车车轮CL60钢在300℃下的低周疲劳特性

以货车车轮CL60钢为研究对象,进行了300℃下的高温低周疲劳实验.研究发现:在循环初期,试样承受的拉压应力幅基本对称;循环末期,拉应力急剧降低,试样产生了失稳断裂;终了时的循环应力-应变曲线反映出了典型的瞬断特征.因此,有必要从断口处进一步研究其微观断裂机理.

重载货车车轮辐板疲劳损伤研究

为了揭示重载货车车轮在热处理过程中产生的残余应力对车轮辐板损伤的影响规律,采用有限元软件ANSYS模拟C80型敞车车轮热处理过程中的残余应力分布,发现车轮轮辋外圆角处的残余应力为拉应力;轮辋内圆角、轮毂外圆角和轮毂内圆角处的残余应力为压应力;将热处理产生的残余应力作为初始应力,综合考虑重载货车车轮在大秦线全程运行中产生的踏面制动热应力和轮轨机械应力,基于疲劳损伤累计理论计算车轮辐板的疲劳损伤量。结果表明:与不考虑残余应力相比,考虑残余应力时,车轮轮辋内圆角、轮毂外圆角和轮毂内圆角处的疲劳损伤量小,而轮辋外圆角处的疲劳损伤量大,前者说明热处理过程中形成的残余压应力与制动过程中产生的压应力叠加后可以有效抑制轮轨机械应力引起的车轮辐板疲劳损伤,后者说明热处理过程中形成的残余拉应力则会加速车轮辐板的损伤;轮辋外圆角处是车轮辐板的相对薄弱位置。

重载货车踏面制动时车轮温度场与应力场研究

通过对重载货车不同制动工况下的制动过程进行分析研究,建立了重载货车车轮的三维有限元模型,对车轮在不同轴重、不同制动初速度、不同制动减速度时的三维瞬态温度场及应力场进行了仿真分析,并从车轮材料所能承受的屈服极限方面研究了车轮温度场及应力场分布,分析了制动过程中车轮温度场及应力场分布规律,得出了能够满足重载货车行车安全要求的制动初速度、制动减速度条件,为重载货车的运行提供一定的依据。

铁路货车参数对车轮磨耗影响的仿真研究

为研究铁路货车参数对车轮磨耗的影响,在确定车轮磨耗仿真原理的基础上,采用轮轨半赫兹接触模型、FASTSIM算法和修正后的Zobory车轮磨耗模型以及车辆—轨道系统动力学模型建立车轮磨耗预测模型,仿真研究转向架结构型式、一系定位刚度和轴距以及车轮直径、车速对车轮磨耗的影响。结果表明:与装用摆动式和交叉支撑转向架相比,装用径向转向架能有效地减轻轮缘磨耗,并能增加车轮段修磨耗寿命;一系纵向定位刚度从9MN·m-1增加到21MN·m-1后,车轮段修磨耗寿命减少33%,轮缘磨耗增加124.7%;轴距从1.6m增大到2.4m后,车轮段修磨耗寿命减少36.6%,轮缘磨耗增加180.2%;车速从60km·h-1增加到120km·h-1时,车轮段修磨耗寿命降低45.0%,磨耗面积增加74.2%;车轮直径从800mm增加到915mm后,车轮段修磨耗寿命增加30.5%,轮缘磨耗减小20.1%,因此增大车轮直径可以减小大轴重货车的车轮磨耗。