Effect of wheelset flexibility on wheel–rail contact behavior and a specific coupling of wheel–rail contact to flexible wheelset

The fexibility of a train＇s wheelset can have a large effect on vehicle–track dynamic responses in the medium to high frequency range.To investigate the effects of wheelset bending and axial deformation of the wheel web,a specifi coupling of wheel–rail contact with a fexible wheelset is presented and integrated into a conventional vehicle–track dynamic system model.Both conventional and the proposed dynamic system models are used to carry out numerical analyses on the effects of wheelset bending and axial deformation of the wheel web on wheel–rail rolling contact behaviors.Excitations with various irregularities and speeds were considered.The irregularities included measured track irregularity and harmonic irregularities with two different wavelengths.The speeds ranged from 200 to400km/h.The results show that the proposed model can characterize the effects of fexible wheelset deformation on the wheel–rail rolling contact behavior very well.

基于高速动车组实测轮轨力的轨道缺陷评价方法

高速铁路轨面低塌、波磨以及各类轮轨型面匹配不良问题均会影响旅客乘坐舒适度,甚至威胁动车组运行安全。上述轨道缺陷在实践运用中不易发现,但长期存在会造成轮轨接触关系极度恶化,严重影响车辆及轨道结构使用寿命。文中基于安装有连续测力轮对的高速铁路综合检测列车,在日常巡检中取得的覆盖全国高速线路的轮轨力实测数据,进行了深入的统计分析及现场对照,提出了一种全新的轨道缺陷评价方案,能够准确给出轨道缺陷类型、缺陷严重程度、具体里程等信息,为工务部门日常检修和维护提供了重要依据,在实践运用中效果良好。

两种刀具下进给速度对ER8车轮表面完整性的影响

研究了菱形和Φ25硬质合金两种刀具下进给速度对ER8车轮表面完整性的影响,并用X射线残余应力仪、硬度仪、扫描电子显微镜和三维表面轮廓仪检测不同进给速度加工车轮轮缘的残余应力值、硬度值、表面微观形貌及粗糙度值。结果表明:在进给速度从0.05 mm/r增加到0.1 mm/r,再增加到0.2 mm/r的过程中,菱形刀片加工后产生的残余应力值分别增长了179%和164%。在进给速度从0.2 mm/r增加到0.4 mm/r的过程中,Φ25硬质合金刀片加工后产生的残余应力值增长了397%。两种刀具加工后的硬度值在200~300 HV之间。在相同进给速度下,菱形刀片加工后的表面纹理宽度和深度均比Φ25硬质合金刀片加工后的表面纹理宽度和深度要大,且进给速度越大,纹理宽度和深度相差越大。

柔性轮对及车轮多边形对高速铁路轮轨系统动力响应的影响

基于刚柔耦合动力学理论建立柔性轮对车辆-轨道刚柔耦合动力学模型,结合现场实测轴箱加速度验证了模型的可靠性。采用谐波叠加法模拟车轮多边形,对比了有无车轮多边形对轮对振动加速度的影响。在此基础上,分析了车轮多边形参数(如多边形阶次、幅值变化)对轮轨系统振动的影响。结果表明,车轮多边形将导致柔性轮对垂向加速度显著增大;与刚性轮对模型相比,柔性轮对及转向架的垂向加速度显著增大,此时多边形激振频率(674 Hz)成为影响其垂向振动的主要因素;轮对垂向加速度随多边形阶次的增加先增大再减小,当车轮多边形阶次为20阶时,轮对垂向加速度达到最大值;钢轨垂向加速度随多边形阶次的增加而增大;轮对垂向加速度、钢轨垂向加速度随多边形幅值的增大而增大。

轮对横移对高速轮轨稳态滚动接触蠕滑力和蠕滑率的影响

运用有限元软件ABAQUS的非线性功能,基于轮轨滚动接触理论,采用mixed Lagrangian/Eulerian方法建立高速轮轨稳态滚动接触的大规模有限元模型,分析CRH2型动车组在CHN60钢轨直线线路上运行且其轮对横移量在0～6 mm范围变化时的蠕滑力和蠕滑率.结果表明：随着轮对横移量的增大,车轮接触斑内纵向蠕滑力合力的最大值约为最小值的24.4倍,列车总的纵向蠕滑力几乎是呈线性急剧减小,表明轮对横移量的增大会降低列车的牵引性能;横向蠕滑力合力的最大值与最小值相差约42.4％,变化趋势低于纵向蠕滑力合力,列车左轮与右轮总的横向蠕滑力随着轮对横移量的增大而减小,从而影响列车的横向稳定性与脱轨系数;纵向蠕滑率的最大值与最小值相差约124.8％;与纵向蠕滑率相比,横向蠕滑率很小且几乎不随轮对横移发生变化,表明轮对横移对横向蠕滑率的影响很小.

高速铁路道岔尖轨降低值对行车平稳性影响机理研究

结合京沪高速铁路黄渡线路所2号岔位42号无砟道岔处发生的"晃车"问题,运用多体动力学分析软件NUCARS进行列车—道岔耦合系统的仿真分析,研究高速铁路道岔尖轨降低值对高速列车运行平稳性的影响机理。研究表明:高速列车过岔时出现晃车的原因是该道岔尖轨的实际降低值超差(比设计值偏大2.3mm);当道岔尖轨降低值超差时,高速列车直向过岔时的轮对横移量显著增大,导致轮缘持续贴靠尖轨工作边运行,使得轮轨水平力显著增大,导致车体的横向加速度显著增大,从而发生"晃车"现象。现场通过更换合适厚度的基本轨下橡胶垫板和尖轨下滑床台调整尖轨降低值,使之满足高速铁路无砟轨道道岔铺设技术条件的规定,解决了"晃车"问题,进而使动车组从限速160km·h-1恢复常速运行。

高速车辆运行过程中轮轨接触点的测试研究

轮轨接触点对深化分析轮对运行动态行为、安全性、轮轨接触状态及作用力等起着关键的作用。基于传统车轮辐板应力测量车轮垂向力与横向力方法,考虑车轮磨耗影响,提出一种提高识别轮轨接触点准确度的改进测试方法。通过FEM程序ANSYS软件分析沿车轮踏面不同位置分别作用垂向、横向和纵向力时,车轮辐板表面的应力分布状态。由计算结果可知,沿辐板孔横向表面的径向应力分布随作用载荷位置(接触点)呈现特定的变化规律,为测试轮轨接触点位置提供了可行性。研究表明,在车轮辐板特定区域存在着对横向力和纵向力不敏感的应力区域,可消除由横向力和纵向力引起的干扰影响。根据计算和试验结果,找出车轮上应变片识别精度最佳的布置位置、方向和测试组桥方式,针对在线测试,完善测量桥路的可靠性和抗干扰性,使测试精度更高,接触点位置的确定更准确。分析因车轮踏面磨耗与镟修导致对车轮辐板表面应力分布产生影响的问题,推导出测试修正矩阵,扩展测量识别接触点的适用范围。完成测试轮对的研制,进行线路测试,获取了多种运行条件下接触点的测试结果。

高速轮轨接触几何关系的比较分析

高速轮轨接触几何关系研究涉及诸多因素。选择中国车轮踏面LMA与钢轨CHN60、日本新干线圆弧车轮踏面JP-ARC与钢轨JIS60和欧洲标准车轮踏面S1002与钢轨UIS60,比较这3种轮轨关系的几何参数差异,编制了轮轨接触几何的数值分析软件,计算不同轮对内侧距情况下的轮轨接触几何关系,比较在轮对内侧距为1353和1360mm情况下,轮对横移时的滚动圆接触半径差和接触角差的数值计算结果,探讨适应于我国高速车轮踏面形状和轮对内侧距,为高速轮轨关系的深入研究提供基础。

轮轨力测量在高速铁路轨道检测中的应用研究

随着世界高速铁路的快速发展,高速铁路轨道检测技术已突破传统的轨道几何检测,朝着综合检测的方向发展。结合安装在我国新一代高速综合检测列车CRH380B-002的轮轨力检测系统在高速铁路轨道检测中的实际应用情况,介绍了我国在高速铁路轨道综合检测领域的最新研究进展———基于轮轨力测量的高速铁路轨道检测技术,并提出了一种基于轮轨力测量的高速铁路轨道状态评判方法。基于轮轨力测量的轨道检测技术通过安装在固定车辆(一般为轨道检查车)的连续测量测力轮对测量轮轨之间的相互作用力,从对车辆运行安全性和轨道疲劳寿命影响的角度对轨道状态进行检测,指导轨道日常养护。该技术是高速铁路轨道综合检测的重要组成部分,是对传统轨道几何检测的有效补充和完善,它的投入运用将更好的保障高速铁路的安全运营。

高速铁路轮轨噪声预测方法、特性规律及控制措施

基于轮轨相互作用原理和振动声辐射理论,阐述轮轨噪声发声机理。根据轮轨噪声发声机理,阐述轮轨噪声预测流程及涉及到的轮轨粗糙度、旋转轮对和无限长周期轨道结构声振特性、轮轨力特性以及它们的计算方法。结合现场测试数据和模型预测结果,揭示轮轨噪声特性规律、影响因素以及常用轮轨噪声控制措施。在阐述上述内容的同时,提出需要进一步深入研究的问题。

高速铁路典型轨道病害下轮轨力响应特性试验研究

借助我国铁路自主创新的基于连续测量测力轮对技术的轮轨力检测系统,对多年积累的高速铁路轮轨力检测数据进行分析,研究高速铁路轨道病害与轮轨力异常响应特征的关联关系,以及轮轨力动态特征变化规律。结果表明:钢轨表面低塌或凸起引起大幅值轮轨垂向冲击力,钢轨波磨引起连续大幅值高频轮轨垂向力,道岔结构变异引起大幅值轮轨横向冲击力,道岔区钢轨结构和刚度变化引起连续轮轨垂向力,钢轨廓形欠佳引起轮轨横向力和构架横向加速度的周期性波动。对于引起轮轨冲击力响应的轨道病害,可采用轮轨力瞬时峰值进行评价和识别,而对于引起连续大幅值轮轨力作用的轨道病害,可从能量累积角度进行评价和识别。研究结论为开展基于轮轨力动态特性的轨道状态评价方法和标准研究、科学评价高铁线路的服役状态提供技术支持。

高铁轮对状态采集与监测系统设计

针对高铁轮对在线监测手段不足的问题,设计了基于STM32的轮对状态采集与监控系统。该系统采集一节列车每组轮对的温度、振动和速度信号,通过WiFi模块上传至云服务器进行存储与监控。该系统可以实现轮对状态的在线监测,为列车的安全运行提供保障,同时为维护和维修提供数据支持,减少过保养、过维修。

高速动车组车轮磨耗对动态性能的影响

基于数字孪生技术,对CRH380BL型动车组轮对的动态性能与磨耗之间的关系进行研究。采用参数化建模方法,建立了轮对的三维数字孪生模型。通过有限元模态分析,得出轮对前25阶固有频率和振型。基于车轮磨耗类型特征以及磨耗规律,对轮对模型进行磨耗仿真。研究了踏面磨耗和轮缘磨耗对轮对动态性能的影响,得出磨耗前后固有频率、振型、最大位移、最大应力的变化,总结出踏面磨耗和轮缘磨耗对轮对动态性能的影响规律。

高铁联调联试车辆动力学响应轮轨垂向力评判方法研究

随着我国高速铁路的快速发展,车辆运营速度越来越高,利用轮轨作用力检测技术评价轨道状态成为一种新兴的技术手段。轮轨垂向力检测在发现轨道缺陷、降低轮轨疲劳伤损、延长车辆和轨道相关部件服役寿命等方面具有重要意义。通过高速铁路联调联试轮轨垂向力检测典型案例研究和大量数据统计分析,并参考借鉴国内外相关标准,提出高速铁路联调联试车辆动力学响应轮轨垂向力评判方法,该评判方法在高速铁路联调联试中的应用效果表明,轮轨垂向力相关评价指标能够准确检测轨道缺陷,更科学地指导线路养护维修。

高速动车组轮轨载荷分布特征

轮轨载荷对高速动车组/轨道系统动力学性能和结构可靠性有十分重要的影响.目前研究主要给出了轮轨力峰值或者幅值,对其载荷分布规律很少涉及.本文制作了某型高速动车组测力轮对,实际线路上测试并获得了该型高速动车组运行过程中轮轨力引起的应变信号,最高测试速度368 km/h.对测试数据进行处理和分析,获得了列车高速直线和曲线运行工况下的轮轨力时间历程.统计了轮轨载荷峰谷值和频次,获得了不同速度等级下轮轨力分布规律.结果表明,轮轨垂向力总体上呈正态分布,而横向力呈威布尔分布;一般列车运行速度越高,轮轨力波动范围越大;列车350 km/h直线运行时的最大轮轨垂向力约为156.6 kN、最大轮轨横向力为26 kN;曲线半径和列车曲线通过速度对轮轨力幅值有明显影响.本文给出的轮轨载荷统计特征,为高速轮轴结构设计和轨道系统结构损伤研究等提供了重要帮助.

轮对前2阶弯曲模态对动力学行为的影响(英文)

研究目的:扩展动力学模型的分析频域,建立能考虑轮对柔性的车辆轨道耦合动力学系统模型,为研究轮轨磨耗的形成和发展以及轮轨噪声的来源提供基础。创新要点:利用欧拉梁横向弯曲模型,建立轮轴在垂直于轨道平面和平行于轨道平面内的弯曲振动模型;建立考虑轮轴弯曲的轮对模型与轮轨接触模块之间的耦合关系,进而研究轮轨接触行为受轮轴弯曲变形的影响。研究方法:1.把轮轴模拟为欧拉梁,左右车轮模拟为固结于轮轴上的质量块;2.假设左右车轮始终垂直于轮轴,引入虚拟的两个半边刚性轮对模型,建立轮轨接触模型和柔性轮对耦合的关系;3.基于多刚体车辆-轨道耦合动力学模型,利用以上柔性轮对模型和此耦合关系,建立考虑轮轴柔性的车辆-轨道耦合动力学模型。重要结论:1.建立的刚柔耦合的车辆-轨道耦合动力学模型能够有效地描述轮轴弯曲对轮轨接触行为的影响;2.在0–150 Hz的随机不平顺激励下,多刚体模型和考虑轮对柔性的模型受到的轮轨力和轮轨接触点轨迹不同;这主要是由第1阶弯曲模态被激发导致。