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车轮多边形对重载机车轮轨相互作用及接触损伤的影响分析

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西南交通大学学报 2023年第6期58卷 1339-1346页

作者：张波杨云帆凌亮王开云中车株洲电力机车有限公司重载快捷大功率电力机车全国重点实验室湖南株洲412001 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031

为了研究重载机车轮轨接触损伤问题,建立重载列车-轨道三维耦合动力学模型,研究车轮多边形与多种轨面摩擦条件下的机车轮轨系统动态相互作用行为.在此基础上,建立基于轮轨系统动力学响应的车轮踏面疲劳损伤预测模型,研究制动工况和轮轨... 详细信息

为了研究重载机车轮轨接触损伤问题,建立重载列车-轨道三维耦合动力学模型,研究车轮多边形与多种轨面摩擦条件下的机车轮轨系统动态相互作用行为.在此基础上,建立基于轮轨系统动力学响应的车轮踏面疲劳损伤预测模型,研究制动工况和轮轨接触表面变摩擦条件下车轮多边形磨耗对车轮表面磨损的影响.结果表明:严重的车轮多边形磨耗不仅加剧轮轨动态相互作用,也会增大轮轨接触界面磨耗损伤;在干燥接触条件下,车轮多边形会加剧车轮踏面疲劳损伤,车轮多边形导致机车第1位轮对和第4位轮对的损伤指数波动范围较正常车轮损伤指数的波动范围增大19.59%和39.43%;在低黏着接触条件下,车轮多边形会加剧车轮磨耗,车轮多边形导致轮轨蠕滑力波动增大5.85倍,使得机车第1位轮对和第4位轮对的磨耗数波动范围增大6.44倍和6.22倍.

关键词：重载机车车轮疲劳损伤车轮多边形车辆-轨道耦合动力学损伤指数

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车轮多边形对高速列车车轴疲劳强度影响研究

机械工程学报 2023年第6期59卷 185-193页

作者：高闯孙守光任尊松任君临北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

车轮多边形是铁道车辆一种常见的非圆化病害,对轮对振动和车辆运行安全有明显的影响。在建立刚柔耦合拖车和动车车辆系统动力学模型基础上,将车轮多边形简化为简谐波并将其考虑为车轮轮径的变化,研究20阶车轮多边形对拖车和动车车轴疲... 详细信息

车轮多边形是铁道车辆一种常见的非圆化病害,对轮对振动和车辆运行安全有明显的影响。在建立刚柔耦合拖车和动车车辆系统动力学模型基础上,将车轮多边形简化为简谐波并将其考虑为车轮轮径的变化,研究20阶车轮多边形对拖车和动车车轴疲劳强度的影响。结果表明,等效应力幅比值与速度呈非线性关系,且拖车和动车峰值出现位置有所不同,拖车峰值位置出现在速度为225 km/h,对应多边形激励频率432.7 Hz;动车不同截面分别在300 km/h、375 km/h时存在峰值,对应多边形激励频率分别为576.5Hz、721.2Hz。在各峰值位置处,多边形幅值的变化对拖车和动车部分截面的等效应力幅比值均有显著影响。拖车和动车车轴等效应力最大值均位于C截面,并且随着车轮多边形幅值的增加,其等效应力显著增大,超过车轴疲劳强度限值,降低车轴使用寿命。研究结果有助于改善20阶车轮多边形对高速列车车轴疲劳强度及弹性振动的影响。

关键词：高速列车车轮多边形疲劳强度动应力等效应力

车轮多边形激扰下轨道几何检测数据偏差规律及限值研究

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振动与冲击 2023年第7期42卷 207-216页

作者：魏子龙孙宪夫杨飞杨国涛罗国伟尤明熙中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国国家铁路集团有限公司科技和信息化部北京100844 中国国家铁路集团有限公司工电部北京100844

某高速综合检测列车出现因车轮失圆引起的轨道几何检测数据偏差问题,对科学评价轨道平顺状态造成不利影响。为此,在深入分析检测数据异常特征的基础上,建立车轮多边形激扰下的车辆-轨道耦合动力学模型,获取车轮多边形的阶数、幅值等参... 详细信息

某高速综合检测列车出现因车轮失圆引起的轨道几何检测数据偏差问题,对科学评价轨道平顺状态造成不利影响。为此,在深入分析检测数据异常特征的基础上,建立车轮多边形激扰下的车辆-轨道耦合动力学模型,获取车轮多边形的阶数、幅值等参数对轨道检测数据偏差的影响规律,并提出适用于高速综合检测列车的车轮低阶多边形限值。结果表明,低阶车轮多边形是引起轨道几何检测数据偏差的重要激扰源,会对轨道高低、水平与扭曲不平顺的检测造成干扰,而轨向与轨距不平顺检测所受的影响很小;车轮镟修与磨耗引起的轮径变化对轨道几何检测精度的影响较小,高速综合检测列车车轮的最小允许轮径可与普通运营动车组保持一致;轨道检测系统所在轮对的车轮多边形径跳值不应超过0.10 mm。

关键词：高速综合检测列车车轮多边形轨道几何检测车辆-轨道耦合动力学

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车轮多边形情况下轮轨接触算法

科学技术与工程 2023年第17期23卷 7533-7538页

作者：洪鹤鹏杨起帆戴源廷朱彬宋天浩祁阅北京市轨道交通运营管理有限公司北京100071 中国铁道科学研究院集团有限公司城市轨道交通中心北京100081

接触斑的法向应力分布是轮轨动力学分析和轮轨磨耗计算的基础。铁路车辆采用的磨耗型踏面出现多边形时,接触点处的轮轨横向曲率和纵向曲率都随接触位置的变化而变化,此时最常用的赫兹接触方法的精度难以保证。非赫兹方法的计算精度高,... 详细信息

接触斑的法向应力分布是轮轨动力学分析和轮轨磨耗计算的基础。铁路车辆采用的磨耗型踏面出现多边形时,接触点处的轮轨横向曲率和纵向曲率都随接触位置的变化而变化,此时最常用的赫兹接触方法的精度难以保证。非赫兹方法的计算精度高,但其效率不能满足工程计算要求。应用非赫兹方法分析了车轮多边形引起的轮轨纵向曲率变化对接触斑的影响,发现当车轮多边形波长大于65 mm时,多边形对接触斑应力分布的影响可忽略不计。然后提出了改进的半赫兹方法,并对不同接触位置的接触斑形状和应力分布进行对比分析,结果表明:多边形波长大于65 mm时,改进的半赫兹方法在与非赫兹方法的结果保持一致的同时,大大缩短了计算时间。

关键词：铁路车辆磨耗型踏面车轮多边形接触算法半赫兹接触

车轮多边形激励下的滚动接触疲劳裂纹瞬态扩展行为研究

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润滑与密封 2022年第5期47卷 60-68页

作者：张笃超赵鑫黄双超温泽峰金学松李伟西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

利用ANSYS/LS-DYNA建立带车轮多边形的三维轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展模型,将真实轮轨间瞬态滚滑和高频动力作用考虑在内,分析车轮多边形和连续钢轨裂纹造成的瞬态接触载荷对钢轨裂纹动态扩展行为的影响。速度250 km/h牵引工况的结果表明... 详细信息

利用ANSYS/LS-DYNA建立带车轮多边形的三维轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展模型,将真实轮轨间瞬态滚滑和高频动力作用考虑在内,分析车轮多边形和连续钢轨裂纹造成的瞬态接触载荷对钢轨裂纹动态扩展行为的影响。速度250 km/h牵引工况的结果表明:零间隙多裂纹对法向轮轨力的影响甚微,但会造成切向轮轨力不可忽略的波动;车轮多边形会造成法向和切向轮轨力显著的周期性波动,如0.1 mm波深23阶多边形会使得各裂纹面最大法向和切向接触力较圆顺工况分别增长19.6%、34.1%;任一裂纹面内法向和切向接触应力在接触斑滚过的0.22 ms内发生了复杂的瞬态变化,进一步导致各裂纹的最大裂尖应力场强度因子的周期性波动,影响裂纹动态扩展行为;随着车轮多边形波深和阶数的增加,上述各种波动的幅度均会变大,加速裂纹扩展。

关键词：滚动接触疲劳裂纹瞬态裂纹扩展车轮多边形裂尖应力场强度因子瞬态接触载荷

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车轮多边形演变及其对车辆动力学影响

机车电传动 2022年第5期 78-83页

作者：徐辉宋冬利田光荣西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 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

车轮多边形演变会影响动车组运行安全,为研究其演变过程以及对车辆振动行为的影响,对国内某动车组车轮进行实际廓形测量和分析。基于车辆动力学理论和滚动接触理论,建立车辆-轨道耦合动力学模型,从时域和频域角度仿真分析多边形磨耗特... 详细信息

车轮多边形演变会影响动车组运行安全,为研究其演变过程以及对车辆振动行为的影响,对国内某动车组车轮进行实际廓形测量和分析。基于车辆动力学理论和滚动接触理论,建立车辆-轨道耦合动力学模型,从时域和频域角度仿真分析多边形磨耗特征。假设车轮横向轮廓和名义车轮半径不发生变化,结合USFD磨耗模型建立长期磨损迭代模型来模拟多边形演变行为,并利用实测不圆顺数据分析对动力学性能的影响。计算结果表明:最终圆周轮廓与初始轮廓存在相位差,车轮磨耗虽增加但波形变化不大。车轮多边形对平稳性指标影响较小,但会影响轮轨动作用力,轮轨垂向力最大值随车轮不圆顺波长的增大而降低,随速度和粗糙度幅值增加而增大。同等行车速度下粗糙度幅值增大,构架垂向加速度幅值相应增大。

关键词：车轮多边形磨损迭代演变行为动力学性能实测廓形动车组轨道不平顺

车轮多边形磨耗对车辆-轨道动态相互作用的影响

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铁道建筑 2023年第3期63卷 15-18,39页

作者：黄珊张涛罗俊王开云国家高速列车技术创新中心山东青岛266111 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

为确保时速400 km下列车安全平稳运行,车辆部件正常使用,以车辆-轨道耦合动力学为理论基础,将车轮多边形磨耗考虑为轨道不平顺激励,针对单阶主导的车轮多边形形式,分析了车轮多边形阶数、幅值对车辆-轨道动态相互作用的影响规律;基于轮... 详细信息

为确保时速400 km下列车安全平稳运行,车辆部件正常使用,以车辆-轨道耦合动力学为理论基础,将车轮多边形磨耗考虑为轨道不平顺激励,针对单阶主导的车轮多边形形式,分析了车轮多边形阶数、幅值对车辆-轨道动态相互作用的影响规律;基于轮轨垂向力170 kN的限值要求,给出了时速400 km行车条件下车轮多边形阶数、幅值组合的安全限值。结果表明:随着车轮多边形阶数增加,轮轨垂向力逐渐出现高频波动,且阶数越高,波动频次越高,波动幅值越大;车轮多边形幅值越大,对轮轨动态相互作用的影响越明显;相比无多边形的正常车轮工况,轮对垂向振动加速度增幅总体上随车轮多边形阶数增大而增大;车轮多边形对车体和构架影响不大。

关键词：高速铁路车辆-轨道耦合动力学车轮多边形轮轨垂向力安全限值

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车轮多边形对地铁转向架的影响研究

城市轨道交通研究 2024年第5期27卷 11-15页

作者：金伟徐步震任明中车南京浦镇车辆有限公司南京210031

[目的]研究车轮多边形对地铁转向架的影响,从而加强车轮多边形的管控要求,提升转向架的运行品质及安全性能。[方法]在介绍车轮多边形概念及多边形的数学表达式的基础上,采用车轮不圆度测试、模态测试、振动测试和应力测试等方法对某型... 详细信息

[目的]研究车轮多边形对地铁转向架的影响,从而加强车轮多边形的管控要求,提升转向架的运行品质及安全性能。[方法]在介绍车轮多边形概念及多边形的数学表达式的基础上,采用车轮不圆度测试、模态测试、振动测试和应力测试等方法对某型地铁转向架进行对比测试。[结果及结论]根据测试数据可知:车轮多边形会引起轴箱位置的主频振动;车轮多边形会放大轴箱振动量级,含明显车轮多边形的试验对象产生的轴箱振动增加18%;当车轮的多边形激励频率与结构模态频率接近时,其结构应力会大幅增加,且关键测点应力增大2倍以上,车轮多边形对结构强度有着较大的影响。

关键词：地铁车辆车轮多边形振动结构强度

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车轮多边形和扁疤对车轴损伤影响研究

车轮多边形和扁疤对车轴损伤影响研究

作者：荆家玉北京交通大学

学位级别：硕士

车轴是高速列车关键承载部件,其疲劳伤损可导致列车脱轨或倾覆等重大事故。随着铁路的高速化,动车组轮对普遍会发生车轮多边形磨耗、车轮扁疤等情况。这些车轮的表面磨损现象不仅仅会导致轮轨间产生较大的冲击力,影响列车运行的稳定性... 详细信息

车轴是高速列车关键承载部件,其疲劳伤损可导致列车脱轨或倾覆等重大事故。随着铁路的高速化,动车组轮对普遍会发生车轮多边形磨耗、车轮扁疤等情况。这些车轮的表面磨损现象不仅仅会导致轮轨间产生较大的冲击力,影响列车运行的稳定性、乘客舒适度,还会使车轴服役环境更加恶劣。本文通过用仿真,研究了车轮多边形和扁疤对车辆动力学及车轴损伤的影响,具体工作如下:(1)通过轮对有限元网格划分、模态计算等步骤,最终在Universal Mechanism中建立某高速列车拖车的刚柔耦合动力学模型,包括柔性轮对、柔性钢轨,并基于实测数据,验证了模型的正确性。(2)基于建立的车辆—轨道刚柔耦合模型,借助Universal Mechanism软件,探究车轮存在多边形和扁疤时,轮轨力、轮重减载率、脱轨系数以及轴箱加速度随着列车运行速度、多边形阶数、幅值以及扁疤长度的变化规律。给出了车轮多边形和扁疤允许限值。(3)基于建立的车辆—轨道刚柔耦合模型,通过仿真计算,获得柔性轮对中的节点应力,以及车轮对存在多边形和扁疤时,车轴的B截面始终为应力最大截面。探究了危险截面动应力与列车运行速度、多边形阶数、幅值以及扁疤长度之间的规律。(4)采用武广线轨道谱,对车轮多边形及扁疤情况下的车轴动应力进行仿真计算,通过雨流计数法得到各工况下危险截面车轴应力谱,结合Miner疲劳损伤理论,计算各工况下车轴等效应力及损伤值。探究在列车运行速度、多边形幅值、阶数以及扁疤长度变化时,等效应力、损伤值的变化规律。通过探究车轮多边形和扁疤对轮轨力、安全性能指标、轴箱加速度的影响规律,以及车轮多边形及扁疤允许限值,可为车辆检修标准提供参考。另外分析车轮多边形及扁疤对车轴疲劳损伤的影响,可为车轴探伤周期优化提供提论支持。图57幅,表23个,参考文献77篇。

关键词：车轮多边形车轮扁疤车轴应力疲劳损伤