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我国铁路车辆空气弹簧试验方法分析

铁道技术监督 2024年第4期52卷 11-15,22页

作者：高志桦朱宁龙原亮明杨欣宋红光侯茂锐中车青岛四方车辆研究所有限公司山东青岛266031 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081

采用TB/T 2841—2019 《铁路车辆空气弹簧》规定的Ⅰ类、Ⅱ类空气弹簧试验方法和Ⅲ类空气弹簧试验方法开展试验,得到的空气弹簧性能指标值存在较大差异。为便于统一铁路车辆空气弹簧试验方法,分析2种空气弹簧试验方法的差异。选定8种主... 详细信息

采用TB/T 2841—2019 《铁路车辆空气弹簧》规定的Ⅰ类、Ⅱ类空气弹簧试验方法和Ⅲ类空气弹簧试验方法开展试验,得到的空气弹簧性能指标值存在较大差异。为便于统一铁路车辆空气弹簧试验方法,分析2种空气弹簧试验方法的差异。选定8种主型动车组空气弹簧,按2种试验方法分别进行试验研究。试验结果表明:Ⅰ类、Ⅱ类空气弹簧试验方法的试验工况更贴近空气弹簧的实际使用条件,比Ⅲ类空气弹簧试验方法更合理。通过统计分析,得到动车组空气弹簧垂向静态刚度、垂向动态刚度、水平静态刚度和水平动态刚度2种试验方法的参考转换系数。

关键词：铁路车辆空气弹簧试验方法刚度转换系数行业标准

基于多因素耦合作用的高速铁路钢轨廓形偏差限值研究

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中国铁道科学 2023年第6期44卷 125-135页

作者：侯茂锐中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081 中国国家铁路集团有限公司铁路安全研究中心北京100081

钢轨廓形偏差对动车组服役稳定性影响显著。针对这一现象,分析不同轮轨廓形及轮轨几何参数对等效锥度的影响,建立动车组拖车动力学仿真模型,计算分析单因素和多因素耦合作用下直线、曲线线路的构架横向振动加速度变化规律,提出钢轨廓形... 详细信息

钢轨廓形偏差对动车组服役稳定性影响显著。针对这一现象,分析不同轮轨廓形及轮轨几何参数对等效锥度的影响,建立动车组拖车动力学仿真模型,计算分析单因素和多因素耦合作用下直线、曲线线路的构架横向振动加速度变化规律,提出钢轨廓形偏差限值建议值。结果表明:对于磨耗车轮,名义等效锥度随钢轨廓形正偏差的增大、轨距的减小、轮对内侧距的增大而增大,名义等效锥度最大达0.59;列车运行速度小于200 km·h^(-1)时,单一因素对构架横向振动加速度影响较小,随着速度和钢轨廓形偏差的增大,轨距、轮对内侧距等单因素的影响逐渐增大;轮轨系统多因素耦合作用使得构架横向振动加速度进一步增大;钢轨廓形偏差小于0.2 mm时,不同工况的构架横向振动加速度均小于失稳限值;钢轨廓形偏差大于0.4 mm时,多因素耦合作用下构架横向振动加速度接近或超过限值;钢轨廓形偏差大于0.8 mm时,单因素或多因素耦合作用均易使得构架横向振动加速度接近或超过限值。因此,应对钢轨廓形偏差进行分级管控,Ⅰ—Ⅲ级管理建议值分别为0.2,0.4和0.8 mm。

关键词：动车组横向稳定性钢轨廓形偏差轮轨关系多因素耦合

高速动车组服役性能与钢轨廓形匹配适应性研究

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铁道学报 2023年第5期45卷 29-39页

作者：侯茂锐杨光陈秉智刘丰收大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所北京100081

动车组在高速铁路不同线路区段上经常出现异常振动问题,为研究动车组服役性能与钢轨廓形匹配的适应性,在不同高速铁路直线及大曲线区段选择200多个典型钢轨断面进行钢轨廓形跟踪测试,得到钢轨廓形偏差分布规律;分析不同偏差钢轨廓形分... 详细信息

动车组在高速铁路不同线路区段上经常出现异常振动问题,为研究动车组服役性能与钢轨廓形匹配的适应性,在不同高速铁路直线及大曲线区段选择200多个典型钢轨断面进行钢轨廓形跟踪测试,得到钢轨廓形偏差分布规律;分析不同偏差钢轨廓形分别与新轮、磨耗车轮匹配时的等效锥度、动车组动力学性能及轮对、构架、车体时频振动特性。结果表明:偏差在-0.2~0.3 mm范围的钢轨廓形占比约34%;与LMa新轮匹配,等效锥度基本保持在0.03,动车组各项动力学性能指标优良;与磨耗车轮匹配,随着钢轨廓形偏差由-0.4 mm增加到0.8 mm,名义等效锥度逐渐由小于0.01增加到0.3,当钢轨廓形偏差大于0.6 mm时,构架横向振动加速度等指标明显增大,动车组动力学性能和运行品质劣化,动车组对于线路的适应性下降。

关键词：高速动车组车辆动力学钢轨廓形偏差轮轨匹配数值仿真

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动车组车辆转臂节点疲劳寿命评估

城市轨道交通研究 2023年第10期26卷 66-70页

作者：宗仁莉侯茂锐铁科院(北京)工程咨询有限公司北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081

目的:动车组车辆在运行过程中,其转臂节点在机械振动和外部环境的影响下,容易产生机械损伤和疲劳失效,需要对动车组车辆转臂节点的疲劳寿命进行评估。方法:针对动车组转臂节点,开展3组载荷、共6个转臂节点的疲劳试验,获得了不同载荷条... 详细信息

目的:动车组车辆在运行过程中,其转臂节点在机械振动和外部环境的影响下,容易产生机械损伤和疲劳失效,需要对动车组车辆转臂节点的疲劳寿命进行评估。方法:针对动车组转臂节点,开展3组载荷、共6个转臂节点的疲劳试验,获得了不同载荷条件下的转臂节点径向刚度变化率;以橡胶材料Ogden为本构模型,建立转臂节点疲劳寿命有限元模型,分析了载荷对转臂节点疲劳损伤和疲劳寿命的影响规律。结果及结论:疲劳试验结果表明:载荷增加到90 kN后,转臂节点径向刚度变化率快速增大;200万次疲劳试验后,转臂节点径向刚度变化率为25.3%,且达到失效限值,橡胶出现部分溶胶现象,但并未出现明显裂纹。仿真计算结果表明:转臂节点橡胶层疲劳损伤的最大位置位于受载侧两端;随着载荷幅值的增加,转臂节点疲劳损伤逐渐向端部扩散,最终汇聚至橡胶层两端内外表面,且转臂节点疲劳寿命逐步减小;载荷由27 kN增大至100 kN时,转臂节点疲劳寿命急剧下降,径向疲劳寿命由790万次降低至88万次,轴向疲劳寿命由948万次降低至133万次。仿真计算结果与试验结果的一致性较好,说明仿真模型准确且可靠。

关键词：轨道交通动车组车辆转臂节点疲劳寿命评估

两种典型动车组车轮磨耗演变规律及其动力学影响研究

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机械工程学报 2022年第4期58卷 191-201页

作者：侯茂锐陈秉智成棣胡晓依孙丽霞中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081 大连交通大学机车车辆工程学院大连116021

为对比不同线路、相同平台动车组车轮磨耗演变规律及其对动车组动力学性能的影响,对速度等级250 km/h的A、B两条高速线路上运行的同平台动车组车轮磨耗进行长期跟踪测试。将实测车轮踏面与实测钢轨廓形匹配,对比分析车轮磨耗对等效锥度... 详细信息

为对比不同线路、相同平台动车组车轮磨耗演变规律及其对动车组动力学性能的影响,对速度等级250 km/h的A、B两条高速线路上运行的同平台动车组车轮磨耗进行长期跟踪测试。将实测车轮踏面与实测钢轨廓形匹配,对比分析车轮磨耗对等效锥度、接触点分布等轮轨接触几何关系的影响。利用多体动力学软件建立动车组拖车动力学仿真模型,研究车轮磨耗演变规律对动车组动力学性能及轮轨滚动接触疲劳损伤的影响。研究结果表明,A线路车轮平均磨耗速率为0.05 mm/万km,踏面磨耗分布在-20~30 mm范围内,呈现凹形磨耗;等效锥度增大速率约为0.006/万km;轮轨接触点逐渐向钢轨轨肩处靠拢,存在明显跳跃现象。B线路车轮平均磨耗速率约为0.025 mm/万km,踏面磨耗分布在-35~50 mm范围内,磨耗分布较均匀;等效锥度稳定在0.03左右,随运营里程的增大没有明显的变化趋势,轮对横移量在10mm以内的轮轨接触点始终保持车轮踏面中部与钢轨轨顶中部接触,轮轨接触点分布均匀。随着运行里程的逐渐增大,A线路的动力学性能略有下降,B线路的动力学性能基本稳定。B线路的车轮表面疲劳指数小于A线路,车轮发生滚动接触疲劳裂纹的可能性较小。

关键词：动车组车轮磨耗轮轨接触关系动力学性能滚动接触疲劳

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动车组转臂节点刚度特性及疲劳寿命研究

北京交通大学学报 2022年第6期46卷 161-168页

作者：侯茂锐李永华陈秉智白肖宁胡晓依中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081 大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028

为探究动车组转臂节点刚度特性变化及其对疲劳寿命的影响,针对CRH3型动车组转臂节点,开展服役120万km后的转臂节点刚度测试,通过假设检验得到转臂节点刚度分布特征.基于单、双轴试验数据拟合橡胶Ogden本构模型,利用有限元软件建立转臂... 详细信息

为探究动车组转臂节点刚度特性变化及其对疲劳寿命的影响,针对CRH3型动车组转臂节点,开展服役120万km后的转臂节点刚度测试,通过假设检验得到转臂节点刚度分布特征.基于单、双轴试验数据拟合橡胶Ogden本构模型,利用有限元软件建立转臂节点有限元模型,分析转臂节点结构应力、应变、位移及刚度变化规律.根据橡胶超弹性特性,利用主应力法结合S-N曲线得到了转臂节点在循环载荷下的疲劳寿命.研究结果表明:服役120万km的转臂节点径向刚度服从N(105.12,7.42)正态分布,轴向刚度服从N(12.95,1.75)正态分布.径向刚度和轴向刚度随载荷增加呈波动下降趋势,刚度变化均具有明显非线性特征.随着载荷的增大,转臂节点疲劳损伤区域逐渐扩大,疲劳寿命逐渐降低,疲劳寿命最小约为114万次,该结果可以为转臂节点设计、优化提供参考依据.

关键词：转臂节点静态刚度本构模型疲劳寿命有限元分析

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钢轨廓形偏差对动车组构架横向振动的影响

铁道建筑 2022年第7期62卷 21-24页

作者：杨光侯茂锐刘丰收俞喆中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心北京100081

基于实测高速铁路轮轨型面数据,分析不同偏差的钢轨廓形分别与新车轮、磨耗车轮匹配时的轮轨匹配状态,通过动力学仿真对比了不同轮轨型面匹配条件下动车组构架横向振动加速度时频特性。结果表明,不同轮轨型面匹配条件下的名义等效锥度... 详细信息

基于实测高速铁路轮轨型面数据,分析不同偏差的钢轨廓形分别与新车轮、磨耗车轮匹配时的轮轨匹配状态,通过动力学仿真对比了不同轮轨型面匹配条件下动车组构架横向振动加速度时频特性。结果表明,不同轮轨型面匹配条件下的名义等效锥度随负偏差减小而增大,随正偏差增大而增大;不同偏差钢轨廓形对应轮轨接触点分布与现场钢轨光带分布特征对应,负偏差钢轨廓形对应轮轨接触范围相对集中,正偏差钢轨廓形对应的轮轨接触范围相对分散;钢轨廓形偏差由-0.4 mm到+0.8 mm,构架横向振动加速度呈现明显增大趋势,较大正偏差钢轨廓形与磨耗车轮匹配时构架横向振动幅值和振动剧烈程度明显增大,正偏差增大可能引起构架蛇行失稳,出现8~10 Hz的抖车频率特征;构架横向振动加速度随车速提高而增大;较大负偏差钢轨廓形与新车轮匹配时,车速提高将增大构架1.5 Hz低频振动幅值,加剧构架横向振动,增加车辆低频失稳风险。

关键词：高速铁路钢轨廓形构架横向振动加速度数值模拟磨耗车轮偏差

基于Newmark-β预测校正积分法的高速车辆垂向—纵向耦合振动研究

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中国铁道科学 2018年第3期39卷 57-62页

作者：侯茂锐胡晓依李海涛中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心北京100081 中国铁道科学研究院高速轮轨关系试验室北京100081 中车青岛四方机车车辆股份有限公司国家工程实验室山东青岛266000

为有效评估轮对动平衡对车辆垂向和纵向振动系统的影响,以CRH_2型动车组为研究对象,建立具有13个自由度的车辆垂向—纵向耦合振动数学模型,基于Newmark-β预测校正积分法,应用Matlab软件求解系统的振动响应,计算结果与传统多体动力学软... 详细信息

为有效评估轮对动平衡对车辆垂向和纵向振动系统的影响,以CRH_2型动车组为研究对象,建立具有13个自由度的车辆垂向—纵向耦合振动数学模型,基于Newmark-β预测校正积分法,应用Matlab软件求解系统的振动响应,计算结果与传统多体动力学软件UM的相一致,验证了数学模型和求解算法的准确可靠。在此基础上,分析轮对动平衡对车辆垂向和纵向振动响应的影响,提出优化措施。结果表明:速度为60和300km·h^(-1)时轮对动平衡引起的激扰力频率与车辆自振频率接近,对应的振动频率为6和31 Hz,车辆运行平稳性降低;采用非线性纵向刚度牵引拉杆,可以有效降低由轮对动平衡引起的6和31 Hz左右的车辆振动,提高乘坐舒适性。

关键词：高速车辆牵引拉杆轮对动平衡转向架耦合振动数值计算

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轮轨关系对高速车辆稳定性影响的应用研究

轮轨关系对高速车辆稳定性影响的应用研究

作者：侯茂锐中国铁道科学研究院

学位级别：硕士

运行稳定性是高速车辆的重要动力学指标,是保证车辆安全运行的基本要求。轮轨关系对高速车辆稳定性影响重大。本文结合武广高速铁路实际运行情况,从轮轨磨耗、车轮镟修、钢轨打磨以及轮轨接触几何关系等方面对CRH2-300、CRH3高速动车组... 详细信息

运行稳定性是高速车辆的重要动力学指标,是保证车辆安全运行的基本要求。轮轨关系对高速车辆稳定性影响重大。本文结合武广高速铁路实际运行情况,从轮轨磨耗、车轮镟修、钢轨打磨以及轮轨接触几何关系等方面对CRH2-300、CRH3高速动车组的稳定性进行了研究。本文所做的主要工作有: (1)综述了高速车辆稳定性的基本特征以及线性稳定性研究方法和非线性稳定性研究方法,并对非线性临界速度的计算方法进行了总结。 (2)概括了CRH2-300以及CRH3高速动车组转向架的特点,建立了单车动力学仿真模型,并对所建立的模型进行了详细的模型验证。 (3)对车轮的设计型面、磨耗型面、镟修型面和钢轨设计廓形、打磨廓形的几何特征分别进行综合比较分析,研究不同轮轨匹配时的等效锥度、滚动圆半径差、接触角差、轮轨接触点分布的特点。 (4)建立了单轮对运动仿真计算模型,研究不同轮轨关系时的单轮对非线性稳定性。 (5)研究了直线、曲线线路上的不同轮轨接触型面、轮轨接触几何关系、轮轨摩擦系数等因素对CRH3横向稳定性的影响。 (6)对CRH2-300、CRH3分别使用初始激励和实测轨道不平顺激励的两种方法计算非线性临界速度,得出结论:横移小于3 mm时,等效锥度呈减小趋势的轮轨匹配形成超临界Hopf分岔,出现小振幅的极限环运动,两种非线性临界速度方法计算结果相差较大。使用Benchmark标准车辆模型[58]对该结论进行验证。最后,对车轮凹磨后的CRH3的非线性临界速度及其运动特点进行了简单说明。

关键词：高速动车组轮轨型面运行稳定性非线性临界速度仿真计算