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轨底坡耦合车轮动态型面下地铁轮轨接触特性

铁道建筑 2024年第7期64卷 50-56页

作者：朱爱华李嘉祺孟宇轩杨建伟白堂博北京建筑大学城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室北京100044

为探究地铁车轮型面动态变化与轨底坡设置的关系,跟踪测试了运行里程5万、8万、14万公里车轮磨耗型面,研究轨底坡耦合车轮动态型面时的轮轨接触特性;以车辆动力学理论为依据,根据实测地铁车辆参数,建立了车辆系统动力学模型;基于轮轨接... 详细信息

为探究地铁车轮型面动态变化与轨底坡设置的关系,跟踪测试了运行里程5万、8万、14万公里车轮磨耗型面,研究轨底坡耦合车轮动态型面时的轮轨接触特性;以车辆动力学理论为依据,根据实测地铁车辆参数,建立了车辆系统动力学模型;基于轮轨接触几何关系和非赫兹滚动接触理论,建立了轮轨滚动接触计算模型;以轮轨接触点和接触位置、滚动圆半径差、接触角、等效锥度、蠕滑率、接触斑面积和最大接触压力作为轮轨接触几何和力学性能指标,分析轨底坡耦合车轮动态型面对轮轨接触特性的影响规律。结果表明:LM标准型面和5万公里车轮磨耗型面与1/20轨底坡匹配时轮轨接触点分布均匀;随着运行里程增加,车轮磨耗型面变化,轮轨接触恶化,轮对横移量4 mm下,8万和14万公里车轮磨耗型面与1/20轨底坡匹配时各指标出现断点。

关键词：地铁轮轨接触特性模型试验轨底坡车轮型面动态变化

轨底坡耦合轮径差对地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响

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现代制造工程 2024年第3期 45-53页

作者：李欣朱爱华孟宇轩杨建伟白堂博北京建筑大学城市轨道交通车辆服役性能保障北京市重点实验室北京100044

为了研究轨底坡耦合轮径差对于地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响规律,设置了3种轨底坡工况(1/20、1/30和1/40)和5种轮径差工况,通过建立地铁车辆动力学仿真模型和轮轨接触三维弹性有限元模型,分析轨底坡耦合轮径差对地铁车辆直... 详细信息

为了研究轨底坡耦合轮径差对于地铁车辆动力学性能及轮轨接触特性的影响规律,设置了3种轨底坡工况(1/20、1/30和1/40)和5种轮径差工况,通过建立地铁车辆动力学仿真模型和轮轨接触三维弹性有限元模型,分析轨底坡耦合轮径差对地铁车辆直线平稳性和曲线通过性能的影响。结果表明:直线路段车辆平稳性指标受到轮径差变化的影响大于轨底坡变化的影响,轮轨等效应力和接触应力会随着轮径差的增加而增大;曲线路段的各个动力学指标会随着轮径差的增加而增大;综合考虑动力学指标和轮轨接触特性,直线路段下尽量减少使用1/20轨底坡;曲线路段下,可以选择1/30轨底坡,减少轮径差对车辆的影响。

关键词：地铁车轮轨底坡轮径差动力学性能轮轨接触特性

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复合载荷作用下轮轨接触特性有限元分析

机床与液压 2021年第12期49卷 146-152页

作者：涂文兵项云鹏杨锦雯刘思雨华东交通大学机电与车辆工程学院江西南昌330013

侧风及弯道情况下的横向力对轮轨接触特性产生重要影响,从而影响轮轨的使用寿命。同时考虑轮轨所受的垂向力和横向力,建立轮轨接触有限元模型。轮轨的材料本构模型选择弹塑性,采用罚函数法模拟车轮和轨道之间的接触关系。对不同垂向力... 详细信息

侧风及弯道情况下的横向力对轮轨接触特性产生重要影响,从而影响轮轨的使用寿命。同时考虑轮轨所受的垂向力和横向力,建立轮轨接触有限元模型。轮轨的材料本构模型选择弹塑性,采用罚函数法模拟车轮和轨道之间的接触关系。对不同垂向力及横向力作用的轮轨接触进行有限元仿真,分析轮轨接触部位的接触变形、等效应力以及塑性应变等随垂向力和横向力的变化规律。结果表明:轮轨最大接触压力、接触斑面积、最大Mises等效应力和最大Mises等效塑性应变都随垂向力近似呈线性增加,但垂向力主要影响接触斑面积和最大Mises等效塑性应变;轮轨Mises等效塑性应变最大值随横向力的增加近似呈线性增长,且塑性变形主要集中在钢轨的接触部位。

关键词：复合载荷轮轨接触特性垂向力横向力有限元法

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滑动状态下地基刚度对轮轨接触特性的影响

铁道建筑 2017年第2期57卷 116-119页

作者：王海新吴亚平刘振兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

高速铁路作为国民经济的基础设施,沿线分布长、区域广,因各地区土质不同造成地基刚度也不一样。本文通过建立轮对三维有限元热机耦合分析模型,参照合理地基刚度,研究分析了全滑动状态下地基刚度的改变对轮轨接触特性的影响。结果表明:... 详细信息

高速铁路作为国民经济的基础设施,沿线分布长、区域广,因各地区土质不同造成地基刚度也不一样。本文通过建立轮对三维有限元热机耦合分析模型,参照合理地基刚度,研究分析了全滑动状态下地基刚度的改变对轮轨接触特性的影响。结果表明:地基刚度的改变对轮轨接触区域的温升影响并不明显;全滑动状态下轮轨接触区热量较为集中,使得接触斑的面积相对于静态分析时增加了2.2倍左右;全滑动状态下的等效应力由机械应力、热应力叠加而成,并且热应力居于主导地位。

关键词：轮轨滑动地基刚度轮轨接触特性有限元数值模拟

摩擦因数对地铁小半径曲线轮轨接触特性的影响

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铁道建筑 2020年第8期60卷 130-134页

作者：温静于浩陈嵘西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室成都610031 西南交通大学土木工程学院成都610031

建立车辆-轨道系统耦合动力学模型,结合Kalker三维非赫兹弹性体滚动接触理论及其数值程序CONTACT,分析轮轨间摩擦因数对地铁小半径曲线轮轨接触应力及轮轨滚动接触伤损的影响。结果表明:车辆通过圆曲线段时不同摩擦因数下整个接触斑均... 详细信息

建立车辆-轨道系统耦合动力学模型,结合Kalker三维非赫兹弹性体滚动接触理论及其数值程序CONTACT,分析轮轨间摩擦因数对地铁小半径曲线轮轨接触应力及轮轨滚动接触伤损的影响。结果表明:车辆通过圆曲线段时不同摩擦因数下整个接触斑均为滑动区;摩擦因数改变对轮轨接触斑内正应力影响很小,但对切向力和Mises应力影响显著;随着摩擦因数增大,纵向及横向蠕滑力显著增加,磨耗指数及表面疲劳指数明显增大。可通过定期对钢轨打磨并对车轮进行镟修,有效降低轮轨接触应力,以减缓轮轨磨耗和轮轨滚动接触疲劳的发生。

关键词：地铁轮轨接触特性数值计算摩擦因数小半径曲线

高速铁路岔区轮轨接触特性及其轨件廓形优化研究

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高速铁路岔区轮轨接触特性及其轨件廓形优化研究

作者：朱旭东华东交通大学

学位级别：硕士

道岔作为铁路线路的重要组成部分和关键设备,集成了轨道结构的薄弱环节与技术特征。列车过岔时,钢轨与车轮直接接触,其几何状态的好坏将直接影响列车过岔的平稳性与安全性,若岔区轨件廓形不良,将导致轮轨接触关系不匹配,加剧轮轨间的相... 详细信息

道岔作为铁路线路的重要组成部分和关键设备,集成了轨道结构的薄弱环节与技术特征。列车过岔时,钢轨与车轮直接接触,其几何状态的好坏将直接影响列车过岔的平稳性与安全性,若岔区轨件廓形不良,将导致轮轨接触关系不匹配,加剧轮轨间的相互磨耗,严重时甚至会造成列车脱轨事故。轮轨型面廓形优化作为一种重要的减磨措施,一直是轨道结构研究的热点问题。通过对磨耗钢轨的廓形优化改进,将理论计算得到的优化廓形作为指导现场钢轨打磨的目标型面,对于新线设计和既有线运维养护均具有重要意义。本文在综合分析国内外岔区轮轨接触及钢轨廓形优化研究现状的基础上,基于轮轨接触理论和车辆-道岔耦合动力学理论,对高速铁路岔区轮轨接触特性及其轨件廓形优化进行了研究。本文的主要研究工作及成果如下:(1)根据我国高速铁路60kg/m钢轨18号单开道岔的结构组成和特点,基于轮轨接触理论和车辆-道岔耦合动力学理论,以岔区轨件的标准廓形和现场实测的磨耗廓形为例,运用UM软件分别建立了两种廓形工况下的车辆-道岔动力学分析模型。通过与现有研究成果对比,验证了本文所建模型的正确性。(2)基于所建立的车辆-道岔动力学分析模型,针对标准廓形和磨耗廓形,对比分析了列车高速过岔时的轮轨接触动力特性。结果表明:与标准廓形相比,磨耗廓形脱轨系数和轮重减载率计算结果分别增加了30.27%和70.51%,车体横向及垂向振动加速度分别增加了50%和57.69%,列车过岔时的安全性及平稳性均有所下降,工务部门应加强对岔区轨件的打磨作业。(3)以轮轨型面轮廓线一阶导数差异最小为原则,构造了磨耗廓形的优化目标函数,完成了对磨耗廓形的优化设计。针对磨耗廓形和优化廓形,对比分析了列车高速过岔时的动力特性。结果表明:与磨耗廓形相比,优化廓形工况下列车的脱轨系数和轮重减载率分别降低了8.5%和15.4%,车体的横向及垂向振动加速度分别降低了33.3%和28.4%,列车过岔的安全性及平稳性均得到了有效提高,验证了本文岔区轨件磨耗廓形优化方法的正确性,为我国既有线路岔区轨件廓形的维修打磨提供了理论支持。(4)基于岔区轮轨接触关系及轮轨系统动力学理论,以18号高速道岔可动辙叉为例,研究分析了翼轨加高值对列车高速过岔动力特性的影响。结果表明:通过设置合理的翼轨加高值,可有效解决轮对质心垂向位置降低的问题,从而提高列车过岔平稳性及旅客乘车舒适度。与无加高设计相比,翼轨加高后,列车第一轮对垂向轮轨力及减载率分别降低了18.16%和35.8%,轮对和车体的垂向振动加速度分别降低了48.1%和34.7%,列车过岔时的垂向振动特性得到了有效改善。研究成果可为我国铁路线路道岔可动辙叉的结构优化设计提供理论参考。

关键词：高速道岔车辆道岔动力学轮轨接触特性轨件廓形优化翼轨加高值

转向架结构柔性对轮轨接触及动力学特性的影响

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转向架结构柔性对轮轨接触及动力学特性的影响

作者：沙旭大连交通大学

学位级别：硕士

轨道交通车辆由车体、转向架等几大部分组成。转向架通过轮对与钢轨接触,承受各种载荷。轨道不平顺会激起轮轨界面的振动,转向架等承载部件在外部激励下必然会发生弹性振动,使各部件之间的作用力加剧,造成零部件磨耗和损坏;而且这些振... 详细信息

轨道交通车辆由车体、转向架等几大部分组成。转向架通过轮对与钢轨接触,承受各种载荷。轨道不平顺会激起轮轨界面的振动,转向架等承载部件在外部激励下必然会发生弹性振动,使各部件之间的作用力加剧,造成零部件磨耗和损坏;而且这些振动会传递至车体,影响车辆的舒适性。因此,有必要在考虑结构弹性的情况下开展车辆动力学研究。本文利用SIMPACK软件建立了某型车的多刚体动力学模型,然后利用ANSYS软件对主要部件进行了模态分析,建立柔性体动力学模型,并进行特征值分析。通过仿真计算,对比分析了刚体和柔性体模型在轮轨接触特性方面的差异性,直线和曲线上轴箱、构架和车体的振动加速度和频率分布特点,以及振动和力的传递过程规律。最后,将MATLAB/Simulink与SIMPACK的联合仿真结果与上述结果进行比较。得到如下结果和结论。在轮轨接触方面,与刚体模型相比,柔性体模型的轮轨接触点变化的范围变小,轮轨接触力变化幅度增大,其中轮轨横向力比刚体模型大了约35%。柔性体模型轮轨垂向力出现了由车轮转动频率引起的28.83 Hz的峰值。柔性体模型轴箱、构架和车体的振动均出现了该频率,且多数为主频率。另外,柔性体构架除了由轮对转动和轨道板激起的振动,还明显存在主要由构架结构模态引起的振动。柔性体模型的车体除出现28.83 Hz的振动外,无明显差别。曲线上两模型的轮轨作用力特性与在直线上略有差异。两模型轴箱、构架和车体这三个部件的振动加速度从下至上约呈1个数量级的衰减关系。功率谱密度从轴箱到构架大致呈1个数量级衰减,构架到车体呈2个数量级衰减。柔性体模型轴箱和构架的振动比较激烈,其轴箱的横向和垂向振动加速度分别是刚体模型的13.7倍和2.7倍,构架的横向和垂向振动加速度分别是刚体模型的3.8倍和1.5倍,但车体振动情况差别不大。曲线上加速度的频率分布及传递规律与直线上一致。两模型轴箱与构架的振动均可通过一系和二系悬挂的衰减作用使车辆系统稳定。由此可见,转向架柔性对轮轨动态接触特性及车辆系统振动影响很大。

关键词：柔性转向架轮轨接触特性振动频率分布力的传递联合仿真

小半径曲线段钢轨打磨方案比选及动力特性研究

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振动与冲击 2023年第24期42卷 169-174,184页

作者：张斌汪龙洋杨宗超孙奇万文超汤金伟华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室南昌330013 华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心南昌330013 中铁物总运维科技有限公司北京100036 中国铁路南昌局集团有限公司南昌330002 中国铁路广州局集团有限公司惠州工务段广东惠州516000

小半径曲线段钢轨廓形质量对轮轨接触关系及钢轨使用寿命有着关键影响。为探究个性化打磨对小半径曲线段磨耗廓形的轮轨接触改善及延长钢轨使用寿命效果,选取沪昆普速铁路小半径曲线段两组磨耗钢轨进行打磨方案研究;基于现场实测数据及... 详细信息

小半径曲线段钢轨廓形质量对轮轨接触关系及钢轨使用寿命有着关键影响。为探究个性化打磨对小半径曲线段磨耗廓形的轮轨接触改善及延长钢轨使用寿命效果,选取沪昆普速铁路小半径曲线段两组磨耗钢轨进行打磨方案研究;基于现场实测数据及病害分析,与消除表面病害为目的的修复性打磨方案作比较,对钢轨进行个性化打磨廓形设计;跟踪观测钢轨表面状态,结合GQI(grinding quality index)及轮轨接触分析,建立车辆-轨道动力学模型计算打磨方案对轮轨动力特性的影响,综合评价打磨效果;结果表明:修复性打磨仅对钢轨表面病害进行处理,并未实际改善轮轨关系,廓形保持能力不佳,后续动力学指标评价也无明显改善;相比之下,个性化打磨廓形保持能力更佳,GQI指数明显提升,轮轨关系改善显著,提高了车辆曲线通过能力;动力学方面,个性化打磨方案的轮轨横、纵向蠕滑率和磨耗指数分别降低60.45%,33.95%和24.13%,有效缓解了轮轨间的磨耗,延长了钢轨使用寿命与打磨周期;车体横向、垂向加速度和脱轨系数分别降低19.69%,30.74%和26.11%,列车运行平稳性得到良好改善,提高了列车运行安全性。由此可见,个性化打磨方案在清除小半径曲线段磨耗钢轨病害的基础上,延长了钢轨服役周期,同时提高了列车运行品质。

关键词：小半径曲线钢轨打磨轮轨接触特性车辆轨道动力学钢轨磨耗

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磨耗状态下城际动车组轮轨曲线磨耗特性

交通运输工程学报 2021年第3期21卷 279-288页

作者：寇杰张济民周和超王承萍同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

以CRH6A城际动车组为研究对象,基于实测磨耗后轮轨型面,利用多体动力学软件Universal Mechanism建立了车辆动力学模型,计算了通过曲线时的轮轨力与轮对位置参数;在非线性有限元软件ABAQUS中,基于任意拉格朗日欧拉方法建立了轮轨三维滚... 详细信息

以CRH6A城际动车组为研究对象,基于实测磨耗后轮轨型面,利用多体动力学软件Universal Mechanism建立了车辆动力学模型,计算了通过曲线时的轮轨力与轮对位置参数;在非线性有限元软件ABAQUS中,基于任意拉格朗日欧拉方法建立了轮轨三维滚动接触模型,计算了轮轨接触应力特性和滑移特性;基于Archard磨损模型,提出一种车轮表面接触区域磨损速率快速计算方法,研究了新轮、磨耗初期车轮和磨耗到限车轮与新轨、磨耗后钢轨相互作用下,车轮通过曲线时接触区域磨损特性。研究结果表明:新轮和磨耗后钢轨、磨耗初期车轮和新轨、磨耗到限车轮与新轨相互作用下最大法向接触应力分别达到了2017、1803和1668 MPa,比新轮和新轨、磨耗初期车轮和磨耗后钢轨、磨耗到限车轮和磨耗后钢轨3种作用下最大接触应力高出20%以上;新轮和磨耗后钢轨、磨耗初期车轮与新轨、磨耗初期车轮和磨耗后钢轨相互作用下,轮轨间出现两点接触、三点接触,甚至四点接触;在多点接触下,轮缘处接触点表现出应力集中且磨损速率较高的特点,最大磨损速率分别达到2.60×10^(-5)、3.82×10^(-5)、3.52×10^(-5) mm·s^(-1),远高于新轮和新轨、磨耗到限车轮和新轨、磨耗到限车轮和旧轨3种作用下的磨损速率;磨耗到限车轮和新轨与磨耗钢轨相互作用下的磨损速率均相对较小,说明在磨耗后期的车轮磨耗相对较小;轨角磨耗会严重加剧新轮的轮缘磨耗,且磨耗初期车轮具有较高的轮缘磨损速率,应将车轮镟修周期和钢轨打磨周期相协调,并通过涂油等方式降低磨耗初期的轮缘磨损。

关键词：轨道交通磨耗型面轮轨接触特性有限元分析三维滚动接触磨耗速率