高铁轴承钢的技术质量特性识别及重点研制方向

从相关标准规范、主要故障模式及在用轴承技术状态等多个维度对高铁轴箱轴承用钢的技术性能要求进行了梳理,进而对其核心技术质量特性进行了识别,即“强韧性、抗疲劳、耐磨性”,并对自主化研制高铁轴承钢的技术路线及改进方向给出了建议。在现阶段,集成渗碳钢与“真空脱气+电渣重熔”冶炼方法的优势,是最具合理性与可行性的解决方案。

考虑轨道不平顺激励的轴箱轴承振动特性分析

轴箱轴承在运行工况下的振动特性对于保障行车安全具有重要意义。首先,基于Ansys与Simpack联合仿真平台,分别建立了轨道-车辆系统动力学模型和考虑外圈局部故障的轴承座-轴承有限元模型;其次,对动力学模型施加轨道不平顺激励,输出轴箱径向载荷作为有限元模型的外载荷;然后,将仿真值与理论值进行对比,证明了所建立的轴箱轴承联合仿真模型的有效性;最后,基于此模型分析了轨道不平顺激励时不同宽度故障以及不同故障边缘对轴承振动特性的影响。结果表明:随着故障宽度的增加,轴箱轴承整体振动加速度RMS逐渐变大,故障冲击的幅值以及包络谱的特征能量值先增大后减小;随着故障边缘平缓程度的增加,轴箱轴承整体振动加速度RMS值、故障冲击的幅值以及包络谱的特征能量值逐渐降低;轨道不平顺激励增加了轴承的振动。

动车组轴箱轴承保持架动力响应与寿命分析

建立动车组整车动力学模型,通过仿真得到轴箱轴承在列车运行中所受的外载荷。建立轴箱轴承动力学和有限元模型,分析了径向载荷、转速以及轨道激扰对滚子和保持架之间的作用力、保持架应力的影响,基于Miner线性累积损伤理论预测保持架寿命,并基于ISO 281∶2007预测了整套轴承的寿命,结果表明:径向载荷对保持架应力的影响最小,随径向载荷增大,滚子和保持架之间的作用力及保持架应力稍有增加;转速对保持架应力的影响最为显著,随转速升高,滚子和保持架之间的作用力及保持架应力增大;轨道激扰的加入增加了滚子和保持架之间的作用力及保持架应力;轴箱轴承保持架寿命约为1241.5×10^(4)km,满足使用要求。

轴承磨损的切片式半解耦损伤数值模拟方法

轴箱轴承是高速动车组(EMU)走行部的关键部件,往往处于高速甚至超高速的运行状态,其轴承的磨损是一个非常突出的问题。建立转向架轴承的磨损模型,模拟在轨道激励载荷因素作用下滚动轴承的磨损状态,进行轴承的磨损损伤分析具有重要意义。针对动车组转向架轴箱轴承磨损监测难、分析难的问题,基于数值模拟方法,对轴箱轴承的磨损损伤分析方法进行了探究,为降低有限元模型的分析计算时间成本,提出了一种轴承切片式半解耦损伤分析方法。首先,将轴承三维模型径向等距切分成有限数量的二维切片,对二维轴承切片模型进行了磨损分析;然后,基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)自适应网格偏移技术以及UMESHMOTION子程序,提出了轴承模型磨损有限元分析方法(流程);最后,利用高斯过程非线性拟合完成了三维轴承磨损状态复现,得到了轴承内圈的磨损分布规律,并对该模型的高效性与收敛性进行了对比分析。研究结果表明:利用二维切片拟合磨损分析方法的计算效率获得了大幅提高,同时该方法的准确性也较为可靠,与传统方法相比,其误差在10%以内;另外,轴承内圈磨损较为严重的区域出现在滚子与内滚道接触的边缘位置,而接触区域中心位置的磨损程度与边缘相比较轻。

商用车用轮毂轴承单元的应用与发展趋势

介绍了商用车用轮毂轴承单元3种典型结构的特点及其选型应用,传统轮毂轴承单元因其制造工艺成熟,成本低而被广泛应用,脂润滑轮毂轴承单元、油润滑轮毂轴承单元性能可靠,成本高,主要应用于高端商用车。研究了轴承游隙对其寿命及摩擦力矩的影响,工作游隙为微负值时轴承寿命最长,可精确控制轴承游隙。提供了根据车辆使用工况选择轮毂轴承单元润滑剂的方案。分析了轮毂轴承单元在安装应用过程中不良的注油、注脂、压装、拧紧工艺等对轴承寿命的影响,提出使用专用设备安装的解决方案。最后指出单元化是未来商用车用轮毂轴承单元结构的发展趋势。

轨道列车轴箱轴承状态监测方法

基于快速谱峭度的轴承诊断方法在恒转速工况和信号高信噪比下具有较好的诊断效果,但在轨道列车处于变转速工况、强噪声干扰以及轮轨冲击环境下难以适用。提出一套基于阶次分析和相关谱峭度方法的诊断流程:首先同步采集振动信号和转速信号,通过阶次分析对信号进行平稳化处理;然后计算信号相关谱峭度得到最优解调频带及其对应的解调谱;最后从解调谱中识别轴承的故障频率。模拟试验台以及实车数据验证了该方法可以在变转速、强干扰噪声及轮轨冲击下准确提取轴承的故障特征频率,实现轴承故障诊断。

动车组滚动轴承非线性动力学特性分析

基于转子动力学和非线性动力学理论,建立了CRH1型动车组滚动轴承-车轴耦合系统非线性动力学模型,采用数值方法分析了不同工况下动车组轴承-车轴耦合系统的动力学响应与非线性特性,得到了加、减速过程中该系统的时域图、轴心轨迹、相图及Poincare映射图。仿真结果表明:动车组在加、减速过程中,轴承-车轴耦合系统处于混沌状态,振动比较剧烈,轴心轨迹表现为一种类随机运动,并且不同速度下系统的振动特性有所差异。

高速列车轴箱轴承多故障滚动体振动模型及其缺陷定位方法

针对传统时域分析方法识别滚动轴承故障滚动体数量和相位信息容易失效的问题,建立了存在多个故障滚动体的滚动轴承振动模型,并提出了基于包络谱和卷积平均思想的故障滚动体定位方法。所提模型综合考虑了包括轴承几何结构、轴转速、轴承载荷分布、传递函数、振动的指数衰减和滚动体随机滑动等多个因素。结合所提模型,推导出不同滚动体缺陷激发的最大冲击的时间间隔受缺陷在滚动体上的位置分布的影响,导致该时间间隔存在较大波动。阐述了传统时域分析中,采用最大冲击间隔定位故障滚动体容易失效的原因。应用高速列车轴箱轴承试验数据验证了所提模型的准确性和所提缺陷定位方法的有效性,结果表明,所提模型对理解滚动体故障轴承的振动机理和对设计具体的分析和诊断工具有所帮助,所提缺陷定位方法能有效识别故障滚动体的数量和间隔信息,相比传统时域分析方法,缺陷定位的效率和抗噪声干扰能力得到了显著提高。

高速动车组轴箱轴承外圈滚道面变色原因分析

针对某型动车组轴箱轴承外圈滚道面变色问题,从轴承精度、游隙及变色区硬度、金相组织、表面成分等方面进行检测,分析滚道面变色原因。通过检测分析确定,轴承外圈滚道面变色原因是少量润滑脂油膜沉积所致,不影响轴承继续使用。

基于灰色BP神经网络的高速列车轴箱轴承温度预测方法

结合灰色模型所需数据量少和BP神经网络非线性映射能力较强的特点,建立了一种基于灰色BP神经网络的高速列车轴箱轴承温度预测模型。首先,用粒子群算法优化的灰色模型对轴温进行预测,并计算出预测值与实测值的残差;然后,以轴温、列车速度、运行时间、环境温度为BP神经网络的输入对残差序列进行校正;最后,将灰色预测值与残差校正值求和,得到灰色BP神经网络模型的轴温预测值。基于某型高速列车的履历轴箱轴承温度数据,采用灰色BP神经网络模型对轴温进行预测,并根据预测评价指标对模型进行评估,结果表明该模型较单一模型的预测精度得到有效改善。

滚动轴承故障的模糊诊断

将模糊数学方法引入到旋转机械故障诊断中,提出了由历史数据及专家优序数综合确定模糊隶属度方法,建立了模糊诊断模型,解决了针对数种故障征兆,如何准确、快速地找到引起故障的真正原因,从而为旋转机械,尤其是滚动轴承故障的诊断维修工作提供了一种科学、可行的新方法。

我国关节式集装箱平车设计方案探讨

论述了研制关节式集装箱平车的必要性，提出适合我国现状的二联关节式集装箱平车的设计方案及技术参数，与普通集装箱平车作了对比，并解决了转向架的均载问题。

铁路货车轴箱轴承的二维稳态温度场分析

建立圆柱滚子轴承生热计算模型,并基于传热学中的Fourier导热定律,通过MATLAB完成了轴承中各温度节点的划分及各节点热平衡方程创建,实现了利用理论计算铁路货车轴箱轴承二维稳态温度场。以某机车用双列圆柱滚子轴承为例,利用理论计算模型对轴承温度场进行分析。经试验验证,轴承温度分布与理论计算结果相符合,说明了理论计算模型的正确性。

货车滚动轴承燃切轴原因分析及防范措施(待续)

对货车滚动轴承突发性燃轴、热切轴和渐变式燃轴的原因进行了综合分析，并提出防范措施。介绍了滚动轴承货车段修轴承故障１６字判定法和列车检查“四五三七”作业法。

高速铁路动车组轴箱轴承故障分析

高速铁路动车组轴箱轴承故障分析是识别故障风险和预防故障发生的重要依据。阐述了高速铁路动车组轴承的应用工况及其类型,归纳了轴箱轴承的主要故障类型,分析了轴箱轴承故障的主要原因,提出了基于全生命周期的故障风险防范措施,为我国轴箱轴承设计、制造和使用阶段的故障风险防范提供决策参考。

高速机车轴箱轴承温度场分析

采用改进切片法建立双列圆柱滚子轴承摩擦功耗计算模型,在此基础上建立双列圆柱滚子轴承传热模型,基于有限元方法分析轴承温度场分布,并用试验法进行验证。某机车用双列圆柱滚子轴承的分析结果表明:轴承温度分布的仿真结果与试验误差不超过10%;外圈温度随速度增加而升高;纯径向载荷下,越靠近承载区,外圈温度越高。

高阶频率加权能量算子在列车轴箱轴承故障诊断中的应用

针对轴箱轴承振动信号中微弱故障冲击难以识别的问题,提出了高阶频率加权能量算子的信号解调方法,进而完成轴箱轴承的故障诊断。频率加权能量算子(FWEO)通过在解调时加入信号中瞬时频率的权重,从而提高了干扰情况下解调的鲁棒性,但是当干扰信号能量较大时,FWEO依然无法有效解调轴承的故障冲击信息。因此,在FWEO基础上通过高阶的导数运算,形成了高阶频率加权能量算子(HFWEO)。HFWEO通过高阶导数运算提高了瞬时频率的权重,从而有效提高了HFWEO对干扰信号的抑制作用;使用相关峭度准则确定合适的阶次,保证HFWEO在提高抗干扰性的同时又引入较少的高频噪声,从而实现更可靠的轴箱轴承故障诊断。使用所提出的解调方法对仿真信号与轴箱轴承振动信号进行解调,并与传统解调方法进行对比,结果表明,提出的HFWEO能量算子对干扰具有很好的抑制作用,可以在较低信号干扰比情况下具有良好的解调效果,同时所提的相关峭度准则可以准确地确定最佳的HFWEO阶次,在复杂干扰情况下依然可以有效提取轴承故障冲击,克服了传统解调方法在干扰严重时的局限性,抑制了干扰的影响,对信号中故障冲击识别更加有效,为更准确、快速判断轴承故障类型提供了可靠保证。

我国铁路重载运输发展研究

针对我国铁路货运发展方向,结合铁路车辆和既有线路、桥梁现状,通过对国内外重载运输发展现状和相关试验研究资料的调研,从车辆技术进步、线路桥梁与轴重和载荷密度的匹配、既有桥梁整体和局部承载能力、设计理论差异、速度与线路桥梁和轴重的匹配、车长与站线长度匹配等方面对我国铁路重载运输发展条件进行了分析,说明我国既有铁路能满足27～30t轴重重载运输要求.提出了在我国既有铁路路网应发展27～30t轴重重载运输,重载煤运专线应发展32.5t轴重重载运输,矿石和钢铁重载专线应发展35～40t轴重重载运输,重载列车运行速度宜取80～90km/h;应制定轴重27t、30t级通用车辆和轴重32.5t专用车辆标准,同时应结合车辆技术进步和动力学性能改进以及国内外规范对工程规范进行修编,加强工程与车辆装备各行业技术交流的等意见.

双列圆锥滚子轴承支承的车辆驱动桥主减速器轴系固有特性分析

车辆驱动桥主动轴采用双列圆锥滚子轴承的支承结构将引起轴系固有特性发生变化,基于赫兹接触及有限元理论建立了双列圆锥滚子轴承刚度模型及支承轴系动力学模型,对比分析了支承结构改变前后的轴系固有特性及轴向载荷对轴系固有特性的影响。分析结果表明:采用双列圆锥滚子轴承支承结构后,减速器主动轴的轴系固有频率较原支承结构有所减小;随着轴向载荷增加,轴承径向刚度增大,进而导致轴系固有频率增大。

基于尺度优化形态学滤波的滚动轴承故障诊断

为高效提取轴承振动信号中的冲击故障特征,提出了一种改进形态学帽乘积算子(IMHPO);同时,提出了一种新的结构元素长度选择策略,根据振动信号的极值点确定结构元素的长度范围并采用Hoyer测度评估形态滤波信号中的故障特征信息来选择最优结构元素长度。此外,将对角切片谱(DSS)应用于形态学帽乘积算子的滤波信号,以解决宽带噪声污染并进一步消除故障无关分量。仿真分析和轴箱轴承试验结果表明,所提出的IMHPO-DSS方法能够增强故障相关冲击特征并有效诊断轴承故障。