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轴箱内、外置车辆轮轴弯曲对轮轨接触的影响

中南大学学报（自然科学版） 2022年第8期53卷 3259-3269页

作者：方凌昊关庆华温泽峰西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

建立三维轮轨接触有限元模型和考虑轮轴弯曲的轮轨空间接触模型,分析轴箱内、外置车辆因轮轴弯曲引起的轮轨接触参数变化规律;采用Hertz接触理论和有限元模型分别求解轮轨接触应力。研究结果表明:随轴重增加,因轮轴弯曲引起的车轮偏角... 详细信息

建立三维轮轨接触有限元模型和考虑轮轴弯曲的轮轨空间接触模型,分析轴箱内、外置车辆因轮轴弯曲引起的轮轨接触参数变化规律;采用Hertz接触理论和有限元模型分别求解轮轨接触应力。研究结果表明:随轴重增加,因轮轴弯曲引起的车轮偏角会不断增加,轮对内侧距会随之发生改变,最大变化量不超过2 mm;当轮对横移量分别为[0,6) mm和(9,12] mm时,轮轴弯曲对轮轨接触参数的影响较小;当轮对横移量为[6,9] mm时,轮轴弯曲会导致轮轨接触点位置、等效锥度发生相对明显的变化;当轮对横移量在[0,6] mm内时,轴箱内置和外置车辆计算得到的接触斑形状都近似为椭圆形,Von-Mises等效应力、接触应力大小基本相等。通过与Hertz接触理论比较可知,有限元模型能反映轮轨接触的实际情况。

关键词：轮轴弯曲轴箱内、外置轮轨接触接触应力 Von-Mises等效应力

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基于Hertz接触理论的法向接触刚度计算方法

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西南交通大学学报 2021年第4期56卷 883-888页

作者：关庆华赵鑫温泽峰金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

轮轨之间的弹性接触变形是车辆-轨道耦合动力学中计算轮轨力的核心,以基于Hertz接触理论的非线性接触刚度来描述轮轨之间的压缩量与轮轨法向力之间的关系.目前的轮轨Hertz接触刚度计算公式为经验公式,来源于20世纪70年代英国铁路技术研... 详细信息

轮轨之间的弹性接触变形是车辆-轨道耦合动力学中计算轮轨力的核心,以基于Hertz接触理论的非线性接触刚度来描述轮轨之间的压缩量与轮轨法向力之间的关系.目前的轮轨Hertz接触刚度计算公式为经验公式,来源于20世纪70年代英国铁路技术研究所的研究工作,分锥形踏面和磨耗型踏面两种类型,局限于特定的轮径范围和钢轨廓形.基于三维弹性体Hertz接触理论,推导了满足Hertz接触条件的弹性体法向接触刚度通用计算公式,并结合轮轨几何外形特点,给出了轮轨接触斑大小及接触刚度参数的直接确定方法和数表,并以LM车轮踏面和CN60钢轨踏面匹配为例,对比分析了典型工况下计算结果与经验公式的差异.分析结果表明:基于本文计算公式制定的Hertz弹性接触数表弥补了现有数表中缺乏接触刚度的不足,可直接用于弹性体接触计算;对于轮轨接触,与本文公式计算结果相比,以往经验公式中磨耗型踏面的接触常数计算结果仅在车轮名义中心圆弧与轨顶中心圆弧接触时的误差较小,约为0.40%~0.44%;其他接触位置时,经验公式计算结果与本文公式计算结果相差较大,误差范围可达−25.97%~131.42%.

关键词： Hertz接触接触刚度接触椭圆接触数表轮轨力

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考虑冲角影响的改进脱轨准则

中国铁道科学 2009年第3期30卷 74-80页

作者：关庆华曾京陈哲明西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

根据轮对的准静态平衡方程确定车轮脱轨的临界条件。定义横向蠕滑力与法向力之比为等效摩擦系数,研究冲角和摩擦系数对脱轨临界状态时等效摩擦系数的影响规律。结果表明:轮缘接触侧和踏面接触侧的等效摩擦系数均与冲角呈现明显的反曲函... 详细信息

根据轮对的准静态平衡方程确定车轮脱轨的临界条件。定义横向蠕滑力与法向力之比为等效摩擦系数,研究冲角和摩擦系数对脱轨临界状态时等效摩擦系数的影响规律。结果表明:轮缘接触侧和踏面接触侧的等效摩擦系数均与冲角呈现明显的反曲函数特征。通过以Boltzmann反曲函数拟和等效摩擦系数与冲角及摩擦系数的关系,提出了考虑冲角、摩擦系数及轮缘角影响的改进脱轨系数判别公式和轮重减载率公式。改进的脱轨系数判别公式不失Nadal脱轨准则的简洁性,改进的轮重减载率公式能够考虑作用于轮对上的横向力和垂向力的影响。改进公式的准确度受轮缘角和摩擦系数的影响不大,对不同的轮轨踏面配合及不同摩擦系数均可提供满意的脱轨判别限值。

关键词：脱轨条件脱轨系数轮重减载率准静态平衡轮对

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高速列车再生制动防滑控制及仿真研究

中国铁道科学 2010年第1期31卷 93-98页

作者：陈哲明曾京关庆华西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为了高速列车在制动过程中获得最佳黏着力,防止车轮打滑或空转,需要对电机输出转矩进行控制。为此建立异步电机的数学模型和1/4车辆纵向动力学模型,采用直接转矩控制策略控制电机;采用改进的递归最小二乘法预测黏滑曲线的斜率,以判断车... 详细信息

为了高速列车在制动过程中获得最佳黏着力,防止车轮打滑或空转,需要对电机输出转矩进行控制。为此建立异步电机的数学模型和1/4车辆纵向动力学模型,采用直接转矩控制策略控制电机;采用改进的递归最小二乘法预测黏滑曲线的斜率,以判断车轮处于黏着还是滑动状态;利用滑模变结构算法获得最佳参考制动力矩。变轨面条件下的仿真结果表明,上述方法能够有效使切线力系数保持在最大值附近,使滑移率保持在最佳值附近,从而防止因车轮打滑而损伤轮轨。

关键词：再生制动防滑异步电机直接转矩控制递归最小二乘法滑模控制高速列车

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轮对蛇行运动的相位同步模态分析

机械工程学报 2021年第24期57卷 279-288页

作者：关庆华温泽峰池茂儒梁树林西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

基于单轮对蛇行运动模型,推导了考虑悬挂系统刚度和阻尼的系统特征根解析式,根据Routh-Hurwitz稳定性判据导出了轮对蛇行运动临界速度和频率公式。应用相位同步模态分析法,消除系统阻尼引起的相位差异,实现了轮对蛇行运动的非保守系统... 详细信息

基于单轮对蛇行运动模型,推导了考虑悬挂系统刚度和阻尼的系统特征根解析式,根据Routh-Hurwitz稳定性判据导出了轮对蛇行运动临界速度和频率公式。应用相位同步模态分析法,消除系统阻尼引起的相位差异,实现了轮对蛇行运动的非保守系统方程实模态解耦。研究表明,减小轮对质量、转动惯量及等效锥度,增大一系横向和纵向定位刚度及阻尼,增大轮径和接触点跨距能够提高蛇行临界速度,蠕滑系数降低不会降低蛇行临界速度;减小轮对质量和转动惯量,增大一系横向和纵向定位刚度,减小接触点跨距会增大临界速度对应的蛇行运动频率,悬挂系统阻尼对临界速度时的蛇行运动频率影响不大,而等效锥度、轮径和蠕滑系数对临界速度时的蛇行频率无影响。通过一系悬挂系统刚度优化可在理论上实现足够大的轮对蛇行运动临界速度。在任意运行速度时,均存在蛇行共振响应,响应幅值和频率随速度提高而增大。轮对蛇行运动中高阻尼模态在所有速度范围内均呈现过阻尼特征,轮对蛇行响应由低阻尼振动模态主导。

关键词：轮对蛇行运动临界速度相位同步模态分析

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高速移动载荷下的轨道振动特性

机械工程学报 2022年第14期58卷 296-307页

作者：关庆华王文波温泽峰金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

考虑高速移动载荷作用下轨道结构的离散轨枕支撑、钢轨剪切变形及转动惯量对轨道振动响应的影响,建立基于Timoshenko梁的双层黏弹性离散支撑轨道振动模型,利用Fourier变换法求解具有周期性支撑的轨道响应,通过与文献中试验结果对比,验... 详细信息

考虑高速移动载荷作用下轨道结构的离散轨枕支撑、钢轨剪切变形及转动惯量对轨道振动响应的影响,建立基于Timoshenko梁的双层黏弹性离散支撑轨道振动模型,利用Fourier变换法求解具有周期性支撑的轨道响应,通过与文献中试验结果对比,验证其在固定简谐载荷下计算结果的正确性。研究表明,轨枕的离散支撑使得轨道刚度呈现周期性变化,跨中最小,轨枕上方最大,形成高速轮轨系统的参数激扰;移动载荷作用使轨道系统呈现以速度为变量的共振特性,载荷原点导纳随车速提高先增大后减小,此外,低速时轨道振动响应最大值出现在载荷点位置,随着速度提高,最大轨道振动响应滞后于载荷点;移动载荷使得轨道系统各阶振动主频出现变化:低阶振动主频随速度提高而降低,达到一定速度时降低为0,之后又随速度提高而上升;高阶振动主频也随速度提高而非线性下降;由于移动载荷的多普勒效应,轨枕离散支撑引起pinned-pinned共振和反共振出现上、下分叉,分叉频率偏移量为轨枕通过频率之半。基于Fourier变换法实现高速移动载荷下的轨道振动响应分析,为高速轨道系统设计提供参考。

关键词：铁路轨道振动高速移动载荷固有频率

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车辆轨道系统的P2共振频率研究

机械工程学报 2019年第8期55卷 118-127页

作者：关庆华周业明李伟温泽峰金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111

将车辆轨道系统的P2共振转化为车辆簧下质量和轨道耦合系统的固有频率问题,讨论了其振型函数和频率特征方程。利用频率特征方程,分别分析了简支端欧拉梁钢轨模型长度、车辆簧下质量、轨道结构质量、轮轨接触刚度、钢轨弯曲刚度、钢轨支... 详细信息

将车辆轨道系统的P2共振转化为车辆簧下质量和轨道耦合系统的固有频率问题,讨论了其振型函数和频率特征方程。利用频率特征方程,分别分析了简支端欧拉梁钢轨模型长度、车辆簧下质量、轨道结构质量、轮轨接触刚度、钢轨弯曲刚度、钢轨支撑刚度以及车速对系统固有频率的影响,尤其对P2共振频率的影响做了仔细分析。通过分析可知,当轨道长度高于25 m时,轨道模型的简支边界效应对系统的第1、2阶振动固有频率的影响可忽略不计;轮轨线性化接触刚度的增大可使P2共振频率(第一阶共振频率)略有提高,但对第2阶固有频率无影响;轨道质量和车辆簧下质量对车辆轨道系统的P2共振频率有显著影响,P2共振频率显著低于轨道系统自身的固有振动频率;当不考虑轨道结构质量影响时,车辆轨道系统P2共振呈现单自由度振系特征。随着轨道刚度的增大,P2共振频率显著提高,轨道参振质量和钢轨抗弯刚度对P2共振频率略有影响,车辆行驶速度对P2共振频率影响较小。对于实际轨道结构,提出了通过轨道自振特性反推钢轨基础弹性系数和P2共振频率的计算方法,并进行了试验验证。

关键词：车辆轨道 P2共振 Laplace变换簧下质量轨道刚度

从管理到治理:基层社会网格化管理的挑战与变革

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理论探讨 2016年第2期 147-152页

作者：吴晓燕关庆华重庆师范大学马克思主义学院重庆400700 西华师范大学政治学研究所四川南充637000

基层社会网格化管理兴起于公共管理难题、基层维稳压力、管理技术革新等综合推动,并体现为划分单元网格、配备管理团队、编码城市部件、理顺管理体制等做法。治理理论兴起给基层社会网格化管理带来了治理理念、治理主体、治理方式、治... 详细信息

基层社会网格化管理兴起于公共管理难题、基层维稳压力、管理技术革新等综合推动,并体现为划分单元网格、配备管理团队、编码城市部件、理顺管理体制等做法。治理理论兴起给基层社会网格化管理带来了治理理念、治理主体、治理方式、治理过程的多元挑战,而多元主体出现、社会组织发展、公民意识觉醒以及政府管理困局又为治理转型提供了现实条件。实现治理理念的服务化、治理主体的多元化、治理方式的协作化、治理机制的参与化是促进基层社会网格化治理转型的必由之路。

关键词：基层社会网格化管理治理挑战变革

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扣件支撑长度对车轮-轨道耦合振动的影响

机械工程学报 2019年第16期55卷 159-169页

作者：关庆华张丹熙王鹏温泽峰金学松西南交通大学牵引动力国家重点实验室

根据轨道结构的链式特征,提出考虑扣件支撑长度的车轮-轨道系统振动的传递矩阵分析方法。对轨道系统的垂向固有振动特性、簧下质量作用时的轮轨垂向振动特性及扣件支撑长度的影响机理进行了分析,结果表明,轨道系统的第1、2固有振动模态... 详细信息

根据轨道结构的链式特征,提出考虑扣件支撑长度的车轮-轨道系统振动的传递矩阵分析方法。对轨道系统的垂向固有振动特性、簧下质量作用时的轮轨垂向振动特性及扣件支撑长度的影响机理进行了分析,结果表明,轨道系统的第1、2固有振动模态分别为钢轨和轨枕的同相和反相共振,其频响特征由钢轨抗弯刚度和分布质量、轨枕质量及扣件和道床的刚度和阻尼决定,不受扣件支撑长度的影响。扣件支撑长度对钢轨pinned-pinned共振和反共振影响显著,随着扣件支撑长度的增加,钢轨的pinned-pinned共振和反共振效应逐渐削弱。簧下质量作用时,轮轨系统的振动主要以P2共振的形式出现,其频率明显低于轨道系统的第1固有频率,轨道系统的振动在pinned-pinned共振区受扣件支撑长度的影响显著。轮轨冲击响应分析表明,轮轨撞击过程中体现了明显的P2共振特征,在撞击初始阶段存在高频P1力波动,显著的轮轨冲击会引起以P2共振频率为基频的高频振动。扣件支撑长度的增加可显著降低pinned-pinned共振区轮轨加速度,但对车轮和轨枕的位移影响不显著。

关键词：轨道扣件支撑长度簧下质量传递矩阵法 P2共振 pinned-pinned共振