A dynamic simulation of the wheel–rail impact caused by a wheel flat using a 3D rolling contact model

A three-dimensional （3-D） wheel-rail rolling contact model with a wheel fiat was built using commercial software Hypermesh, and the dynamic finite element simulation was conducted using LS-DYNA 3D/explicit code. Influences of the train speed, flat length and axle load on the vertical wheel-rail impact response were discussed, respectively. The results show that the maximum vertical wheel-rail impact force induced by the wheel flat is higher than that generated by the perfect wheel, and these two dynamic impact forces are much greater than the static axle load. Besides, the maximum von Mises equivalent stress and maximum equivalent plastic strain are observed on the wheel-rail contact surface, and both of them as well as the maximum wheel-rail impact force are sensitive to train speed, fiat length and axle load.

可自动转向重载轨道运输平板车的设计

为了解决重载轨道运输平板车在弧线段轨道运送重物时所引起的车轮轮缘与轨道侧面的剧烈磨损及啃轨问题,文中通过分析平板车的主要结构及在弧线段轨道运行时的现状,提出一种可自动转向重载轨道运输平板车的设计改进方法,即利用直线驱动装置和车轮转角测距机构联调联动,使前后4个车轮在弧线段轨道运行时根据测距传感器输出的车轮与轨道的间距信号,自动将车轮沿顶部的回转轴转动一定的角度,以使车轮轮缘与轨道侧面基本无摩擦。

轮轨冲击对提速客车轴箱轴承系统的影响分析

将铁路车轮踏面扁疤运动模型模拟得到的冲击载荷引入双列圆柱滚子轴承轴箱系统力矩平衡模型,数值分析不同扁疤参数在铁路运行工况下导致的轴箱中组配的圆柱滚子轴承内部接触变形、偏转与局部极限接触应力的影响,进而评估轴箱中组配的圆柱滚子轴承系统的接触疲劳损坏与轮轨冲击接触的相关性,建议扁疤长度控制在40 mm以内。

基于置信水平的钢轨焊接接头设备状态评定方法

[目的]为解决我国无缝线路钢轨设备状态评定体系不完善的问题,需要建立基于置信水平的钢轨焊接接头设备状态评定方法。[方法]阐述了目前我国规定的高速铁路钢轨平直度允许偏差、焊接接头平直度允许偏差。以我国某条已开通运营13年的高速铁路为案例,对该线钢轨焊接接头平直度数据进行分析,认为钢轨接头平直度检测数据总体服从正态分布。根据正态分布及置信区间原理,对均值和标准差评定法、置信水平评定法进行对比,提出了基于置信水平的钢轨焊接接头设备状态评定方法,得到高速铁路钢轨设备状态的评定标准。[结果及结论]该方法能够客观、直观地反映出钢轨焊接接头的设备状态,可以准确地掌握钢轨设备状态。该方法可为分析钢轨设备变化规律,以及制定大中修的标准、计划及方案等提供很好的理论依据。

车轮扁疤引起的轮轨冲击分析

为了研究高速列车车轮扁疤引起的动力学问题,根据多体动力学理论和等效轨道激扰法,建立了我国某型高速车辆的动力学模型及车轮新、旧两种扁疤模型.应用车轮轮径变化扁疤模拟法对车轮扁疤进行模拟,并对高速车辆轮轨冲击动力效应进行仿真分析.结果表明:新、旧扁疤轮轨冲击力规律不同,旧扁疤产生轮轨垂向冲击力随车速的增大而增大,在高速运行条件下,远大于新扁疤产生的垂向冲击力;当车速分别高于200和250 km/h时,车轮扁疤长度需要限制在35和30 mm以内.

车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响

在高速列车运行过程中,车轮踏面常因制动或空转打滑而造成局部擦伤。车轮擦伤将产生异常的轮轨冲击力,从而加剧车辆轨道结构的疲劳破坏。为调查车轮擦伤对高速轮轨接触行为的影响,建立考虑车轮擦伤的高速轮轨动力学模型,对新、旧两种车轮擦伤扁疤的几何形状及作用机理进行数值描述和动力学建模。基于动力学仿真计算,对新、旧车轮擦伤激扰下高速车辆的动力学响应进行详细调查,着重分析车轮擦伤对轮轨法向作用力及轮对垂向振动加速度的影响,并系统调查了车速、车轮擦伤扁疤深度及长度对高速轮轨冲击的影响,提出了高速车轮擦伤维修界限的计算方法。

钢轨焊接接头平直度测量控制系统的设计

高速铁路的发展对无缝线路平直度提出了更高要求,传统钢轨焊接接头平直度测量方法已不能满足高速铁路快速发展的需要,因此,研究钢轨焊接接头平直度测量新装置具有重要意义。在此设计的测量系统硬件部分以工控机为上位机,以PLC为下位机,软件部分采集及分析程序采用VB6.0作为开发平台。经调试表明,所设计的系统合理,能快速准确地测量钢轨焊接接头平直度数据,绘制平直度曲线,形象反映出钢轨焊接接头分布,对钢轨焊接接头的校直和打磨具有一定的指导意义。

钢轨焊接接头平直度研究

钢轨焊接接头是无缝线路的重要组成部分,其平直度情况对于列车行车速度、运行平稳性和旅客乘坐舒适性具有重要影响。采用型尺测量方法,对某线路现场新铺钢轨焊接接头平直度进行了测量、统计及分析,结果表明现役钢轨焊接接头平直度与TB/T1632-2005《钢轨焊接》关于平直度的要求差距很大。结合轨道平顺性控制特点,总结了钢轨焊接接头平直度控制的主要措施,对钢轨焊接接头平直度研究方向提出了建议,指出全面系统研究钢轨焊接接头平直度,对于发展我国高速重载无缝线路、加快经济建设等具有重要意义。

现场钢轨焊接接头平直度影响因素探讨

高速铁路的快速发展对无缝线路焊接质量提出了更高要求,近年来对各种钢轨焊接接头内在质量的研究已取得初步成果,如何有效确保钢轨焊接接头外观质量成为了当前无缝线路发展中的重要课题。平直度作为钢轨焊接接头外观质量的重要指标,其合格与否直接关系到列车运行平稳性及乘坐舒适性。在此采用直钢尺测量方法,通过测量、跟踪某新修线路焊接接头,对该线路钢轨和焊接接头平直度进行了大量测试,统计和分析接头平直度数据,评价了该线路焊接接头平直度情况,分析了钢轨焊接接头平直度现场影响因素,探讨了影响平直度内在因素的控制方法,定性指出各个因素对平直度的影响,提出发展高速铁路必须全面系统地研究钢轨焊接接头平直度,这对发展我国高速重载无缝线路以及加快经济建设具有重要意义。

钢轨焊接接头平直度数据库管理系统设计与开发

高速铁路快速发展对无缝线路质量的要求越来越高,对线路平直度的要求越来越严格,如何管理大量繁琐的平直度数据成为了无缝线路平直度测量后的一个重要课题。传统方法依靠人工记录和后期评判加以管理,其工作量大、效率低。基于可视化开发工具Visual Basic6.0中文企业版,以《钢轨焊接》(TB/T1632.1-2005)为标准,设计开发了钢轨焊接接头平直度数据库管理系统。该系统能实现对钢轨焊接接头平直度的综合评判,能够对不同焊接方法、不同运行速度、不同焊接工况情况下的焊接接头平直度进行对比,能够生成平直度评判的综合报表,减少了人工记录及分析的工作量,提高了平直度数据分析的效率。经多次调试表明,该系统运行可靠,具有较强的应用价值和市场价值。

扁疤-路桥过渡段不均匀沉降与刚度变异联合作用下车辆动力特性分析

轨道服役状态劣化、轮轨病害频发是高速铁路长期运营必然存在的现象。基于Archard磨耗理论计算得到几种不同状态的扁疤,并提出一种考虑轨道结构变形的沉降预测方法;将轨道结构有限元(FE)模型和车辆系统多体动力学(MBD)模型耦合,探究扁疤与路桥过渡段不均匀沉降和刚度变异多重轮轨病害的联合作用机理以及车辆动力性能演化规律。结果表明,该预测方法能够准确计算轨道-基础结构沉降变形;FE-MBD模型能够有效体现路桥过渡段不均匀沉降和刚度差异;沉降演化对系统动力响应的影响大于扁疤大于刚度变异。建议严格控制过渡段沉降量,保障过渡段行车安全。

车轮扁疤激起的轮轨冲击噪声机理分析

为了预测和控制快速和准高速线路上车轮扁疤激起的轮轨冲击噪声,应用车辆-轨道耦合动力学理论和声辐射理论,建立了基于车辆-轨道相互作用的轮轨冲击噪声预测模型,编制轮轨噪声仿真程序计算分析了车轮扁疤激扰下轮轨冲击噪声的特性。结果表明:(1)车轮扁疤是造成轮轨冲击噪声的重要源泉;(2)车轮扁疤引起的冲击噪声主要集中在250 Hz以上频段;(3)车轮扁疤引起的轮轨冲击噪声跟扁疤长度、扁疤个数以及列车运行速度有很大的关系;(4)车轮新扁疤比旧扁疤激起的轮轨冲击噪声大2 dB(A)～3 dB(A)。

一种高精度的钢轨焊接接头仿形打磨系统

高速铁路的快速发展对无缝线路钢轨焊接接头的平直度提出了更高的要求,钢轨焊接接头的打磨质量直接影响了其平直度情况。现有的现场仿形打磨系统已经不能满足高速铁路的发展需要,因此,研究高精度的焊接接头仿形打磨设备对于提高钢轨打磨质量相当必要。在此设计的钢轨焊接接头仿形打磨系统,采用靠模仿形机构、电机驱动、工控机为上位机,PLC为下位机的一体化进程,经过调试表明,所设计系统合理,其打磨效果能达到《钢轨焊接》TB/T1632-2005的标准规定,在实际工程应用中具有现实意义。

钢轨焊接接头平直度测量方法及分析

直尺+塞尺法测量焊接接头平直度有一定的局限性,有时不能真实反映焊接接头的实际平顺程度。采用SEC(Straight Edge Compact)电子平直尺(仪)测量钢轨焊接接头平直度,通过分析1m范围内的平直度曲线,得出4种典型曲线。根据不同类型的平直度曲线,可找出造成超差的原因,并制定出有效的改进焊接和打磨工艺措施。

钢轨闪光对焊接头灰斑性质研究

利用扫描电子显微镜分析钢轨闪光对焊接头灰斑断口试样和垂直灰斑断口的金相剖面试样,探究灰斑的形貌和成分,并对灰斑内夹杂物的空间分布进行研究。得出灰斑区域的宏观形貌较周围基体平坦,呈暗灰色;微观形貌由许多大小不等、排列交替的塑坑组成,而周围集体呈现出河流花样。灰斑的空间形态为扁平形,大量的硅酸盐夹杂物在其内部聚集,而且只在灰斑区域内出现。可见硅酸盐夹杂物非母材本身的氧化物,而是在焊接过程中形成的。硅酸盐夹杂物呈散乱状无规则地镶嵌于基体上,与周围基体的结合不牢固,易引起接头开裂,成为起裂源。

车轮扁疤伤损对高速列车轮对动力学性能影响

车轮扁疤是铁道车辆车轮踏面的缺陷形式之一,对轮轨动力和运用安全有明显的影响.本文建立了弹性车辆系统动力学模型,且将车轮扁疤伤损考虑为车轮轮径变化.利用数值仿真,研究了车轮扁疤伤损对高速列车轮轨冲击力、轮对振动及轮轨接触性能等的影响,并结合列车运行安全性指标得到了不同速度等级下车轮扁疤长度安全限值.结果表明,弹性车辆系统模型可以准确体现轮对旋转运动特征.车轮扁疤伤损对轮轨系统垂向和横向均产生冲击作用,对轮轨系统垂向冲击作用尤为明显,将显著增大轮对旋转振动频率及其倍频对应的振动能量,且会激起轮对中高频弹性共振.车轮出现40mm扁疤时,随着车轮旋转运动,轮轨接触点向轮背侧出现周期性横移,轮轨接触斑面积最大可达142mm2,轮轨纵向和横向蠕滑率分别增大4%和16%.轮轨力、轮对振动加速度及轮轨磨耗指数均会随车轮扁疤长度的增加而增大.当列车运行速度在300km/h及以下时,车轮扁疤长度需限制在30mm;当列车运行速度达到350km/h时,车轮扁疤长度需限定在25mm.

基于三维弹性体滚动接触理论的轮轨非平面接触算法

基于Kalker的三维弹性体滚动接触理论,结合轮轨非平面接触几何关系,提出了最小余能方程中影响系数的修正公式。考虑轮轨非平面接触时法向与切向存在的相互作用,对最小余能方程进行离散化。以总余能最小为目标,将离散方程的求解转化为非线性规划问题,并提出了求解算法。利用有限元方法验证了所提算法的准确性。最后,研究了钢轨在不同磨耗状态下的轮轨接触特性。结果表明,在不同磨耗、相同横移量条件下,随着磨耗的增加,轮轨的轨距角接触由两点接触过渡至共形接触,最大接触应力减小,接触斑变得狭长,接触面积增大。

基于Cowper-Symonds本构模型铁路车轮扁疤激发的轮轨冲击仿真分析

轮轨关系是高速铁路工程领域最重要的研究课题之一,车轮扁疤作为一种主要的轮轨失效形式,严重影响了高速列车运行的平稳性和安全性。利用Hypermesh软件建立了带有扁疤的三维轮轨滚动接触模型,并基于轮、轨钢Cowper-Symonds本构模型,采用LS-DYNA3D显式算法进行了相应的有限元仿真分析,重点研究了车速、扁疤长度和轴重对轮轨冲击响应的影响。仿真结果表明:车轮扁疤缺陷引起的最大轮轨垂向冲击力显著大于相应的准静态垂向载荷,最大von Mises等效应力和最大等效塑性应变通常发生在轮轨接触表面;轮、轨钢的应变率效应对轮轨垂向冲击力没有影响,但由于应变率的强化效应,与不计应变率效应的结果相比,基于Cowper-Symonds模型得到的最大von Mises等效应力明显增大,而最大等效塑性应变略有降低;车速、扁疤长度和轴重对轮轨冲击响应均有显著的影响。研究结果可为轮轨系统的安全性设计与评估提供技术支持。

75m长钢轨采用普通平车运输方案研究

依据《铁路货物装载加固规则》,针对75 m长钢轨的截面特性和长度规格,结合车辆选择和装载加固装置设计,通过基本力学计算、座架有限元强度计算、装载加固强度计算和车辆动力学计算,研究制定75 m长钢轨普通平车运输装载加固方案。试验结果表明,方案满足实际运输要求。

400 km/h高速铁路无砟轨道列车竖向设计荷载动力学研究

随着高速铁路设计速度的提高,轮轨相互作用加剧,对无砟轨道结构设计也提出了更高的要求。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,针对400 km/h高速铁路开展了无砟轨道竖向设计荷载研究。以冲击速度与轮心轨迹两种方法描述扁疤,以短波不平顺描述焊缝,分别考察车轮扁疤和钢轨焊缝两种特殊工况,并结合其动力学计算结果,建议了竖向设计荷载动载系数取值。计算结果表明:(1)400 km/h高速铁路无砟轨道竖向设计荷载动载系数可取3.0;(2)在更高速度下,焊缝引起冲击作用力增大,且轮轨系统动态相互作用对焊缝不平顺幅值变化敏感,因此应严格控制钢轨焊缝不平顺幅值。研究成果可为400 km/h高速铁路无砟轨道设计提供理论指导。