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钢轨波磨区段高速轮轨瞬态滚动接触高频动态特性

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中国铁道科学 2018年第5期39卷 58-66页

作者：于淼王卫东刘金朝中国铁道科学研究院北京100081 中国铁道科学研究院基础设施检测研究所北京100081

考虑轨道—车辆系统耦合振动以及轮轨几何非线性,建立高速轮轨瞬态滚动接触三维有限元模型,利用隐式与显式相结合的方法模拟高速轮轨瞬态滚动接触过程,轮轨接触采用面—面接触算法。基于列车通过频率和钢轨Pinned-Pinned频率,分析非稳... 详细信息

考虑轨道—车辆系统耦合振动以及轮轨几何非线性,建立高速轮轨瞬态滚动接触三维有限元模型,利用隐式与显式相结合的方法模拟高速轮轨瞬态滚动接触过程,轮轨接触采用面—面接触算法。基于列车通过频率和钢轨Pinned-Pinned频率,分析非稳态载荷作用下钢轨短波波磨区段轮轨间相互作用以及列车通过频率对波磨区段轨道—车辆系统动态响应的影响。结果表明:在钢轨波磨区段,轮轨瞬态接触力和牵引比随钢轨波磨几何不平顺的变化呈周期性波动,且牵引比与钢轨波磨几何不平顺呈反相位;当列车通过频率与钢轨PinnedPinned频率相近时引起轮轨系统共振,轮轨接触力出现"拍"振特性,在轨枕附近整体振动较大,加速钢轨扣件伤损,而在2个轨枕跨间整体振动较小;在牵引扭矩作用下,轮轨接触存在周期性黏滑振动,轮轨系统共振时,轨枕附近波磨波谷处的钢轨滑动磨损加剧,加速钢轨波磨的发展。

关键词：钢轨波磨高速轮轨接触瞬态有限元仿真 Pinned-Pinned频率黏滑振动

钢轨波磨对高速列车车轮多边形磨耗产生与发展的影响

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机械工程学报 2020年第17期56卷 198-208页

作者：吴越韩健左齐宇金学松肖新标梁树林西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 西南交通大学机械工程学院成都610031

列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于我国高速列车上,会显著增大轮轨之间的相互作用力,严重影响列车运行安全性和舒适性,其产生和发展机理值得探究。车轮多边形磨耗与钢轨波浪形磨损(简称:波磨)从磨耗特征来看较为相似,只是发生磨耗的载... 详细信息

列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于我国高速列车上,会显著增大轮轨之间的相互作用力,严重影响列车运行安全性和舒适性,其产生和发展机理值得探究。车轮多边形磨耗与钢轨波浪形磨损(简称:波磨)从磨耗特征来看较为相似,只是发生磨耗的载体不同,钢轨波磨是否对车轮多边形磨耗存在根本的影响值得深入研究。以我国某线路上运行的高速动车组列车为研究对象,通过建立车轮多边形磨耗仿真预测模型,结合现场试验数据,调查钢轨波磨对车轮多边形磨耗产生和发展的影响。研究表明,钢轨波磨虽然可以导致轮轨力和蠕滑率等磨耗关键参数沿车轮圆周发生周期性波动,但是在车辆实际运营条件下,钢轨波磨导致车轮多边形磨耗产生这一观点的成立条件极为"苛刻",对车轮和钢轨波磨区段起始点的接触位置、钢轨波磨的波长以及车轮周长都有严格的要求。在实际中该条件难以满足。因此,钢轨波磨的存在并不是车轮多边形产生的根本原因。结果可为高速列车车轮多边形形成机理的相关研究提供参考和指导。

关键词：车轮多边形磨耗钢轨波磨高速列车车辆轨道耦合动力学模型机理

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钢轨波磨研究进展

交通运输工程学报 2021年第3期21卷 110-133页

作者：朱海燕袁遥肖乾黎洁郑宇轩华东交通大学机电与车辆工程学院江西南昌330013 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江西南昌330013

为了解轨道车辆运营中普遍存在的钢轨波磨问题,分析了钢轨波磨的形成机理,阐述了钢轨波磨对车辆-轨道系统动力学性能的影响,综述了常见的钢轨波磨检测、监测与抑制方法,并展望了钢轨波磨的研究方向。研究结果表明:车辆-轨道系统耦合振... 详细信息

为了解轨道车辆运营中普遍存在的钢轨波磨问题,分析了钢轨波磨的形成机理,阐述了钢轨波磨对车辆-轨道系统动力学性能的影响,综述了常见的钢轨波磨检测、监测与抑制方法,并展望了钢轨波磨的研究方向。研究结果表明:车辆-轨道系统耦合振动、轮轨反馈振动、轮轨自激振动和轮轨接触振动是形成钢轨波磨的主因,车辆-轨道结构、线路运营条件、轮轨材料、钢轨型面和车轮踏面轮廓等多方面因素相互耦合作用亦会引起钢轨波磨;重载、高速铁路和地铁钢轨波磨会影响车辆-轨道系统动力学性能和车辆与轨道零部件寿命,也会影响扣件、钢轨、轨枕、轨道板(道砟)和轴箱等零部件的振动特性,各零部件的阻尼、刚度等物理参数与运行条件不匹配时也会造成钢轨波磨,列车长时间运行在钢轨波磨路段时会导致车辆-轨道结构产生强烈共振,造成严重疲劳损伤,影响行车安全;检测与监测是研究和发现钢轨波磨的重要辅助手段,抑制钢轨波磨主要通过改善轮轨接触关系、钢轨打磨、提高钢轨表面材料硬度、添加相关摩擦调节剂和轮轨润滑剂、使用钢轨吸振器技术、优化轮轨系统结构以及调整列车运营规定等措施来实现;目前,钢轨打磨仍是消除和减轻钢轨波磨最直接、最有效和最经济的措施,应提升并改善钢轨打磨技术。

关键词：钢轨波磨动力学机理钢轨打磨抑制措施

钢轨波磨对高速车辆-道岔系统动力性能的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第11期54卷 4596-4609页

作者：李智恒闫正李抒效徐井芒王平西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究钢轨波磨对高速车辆-道岔系统动力学性能的影响,建立高速车辆-道岔刚柔耦合动力学模型,考虑道岔区多钢轨的柔性变形,通过数值模拟来描述钢轨表面波磨;考虑钢轨波磨的分布相位、波长、波深及通过速度等影响因素,重点分析道岔区波... 详细信息

为研究钢轨波磨对高速车辆-道岔系统动力学性能的影响,建立高速车辆-道岔刚柔耦合动力学模型,考虑道岔区多钢轨的柔性变形,通过数值模拟来描述钢轨表面波磨;考虑钢轨波磨的分布相位、波长、波深及通过速度等影响因素,重点分析道岔区波磨工况下轮轨垂向力和车辆部件垂向振动的变化规律。研究结果表明:在尖轨顶宽40 mm处,当钢轨波磨处于波深时变率最大的相位时,尖轨侧轮轨垂向力最大;道岔区波磨会缩短轮载过渡段长度;当波长为150 mm、波深达到0.08 mm时,尖轨侧车轮在轮载过渡段完全减载,出现瞬间轮轨分离现象;轮轨垂向力、车辆轴箱垂向振动加速度最大值与波长呈负相关,与波深、速度呈正相关。

关键词：高速道岔钢轨波磨车辆-道岔刚柔耦合模型轮轨动态相互作用轮载过渡

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钢轨波磨对高速车辆振动特性的影响

振动与冲击 2019年第6期38卷 137-143页

作者：刘国云曾京张波西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 株洲电力机车有限公司湖南株洲412007

为了准确研究高频激励下的车辆振动响应,综合考虑了车辆主要部件和轨道弹性振动的影响。对于车辆模型,采用刚柔耦合动力学理论来模拟车体、构架、轴箱和轮对;轨道模型包括基于Timoshenko梁模型的弹性钢轨和基于有限元理论和模态叠加法... 详细信息

为了准确研究高频激励下的车辆振动响应,综合考虑了车辆主要部件和轨道弹性振动的影响。对于车辆模型,采用刚柔耦合动力学理论来模拟车体、构架、轴箱和轮对;轨道模型包括基于Timoshenko梁模型的弹性钢轨和基于有限元理论和模态叠加法的轨道板。通过采用单一正弦函数来描述轨道波磨不平顺,分析了钢轨波磨激励对车辆系统动态响应的影响,同时调查了车速、钢轨波磨波长和波深对车辆系统振动响应的影响规律。结果表明:在钢轨波磨作用下,轮轨相互作用力和车辆系统响应均出现了周期性波动;轮轨力随着速度的增加先缓慢增加,再急剧增加,最后又保持缓慢增长趋势;钢轨波磨在一定速度下能导致构架端部和轴箱端盖发生比较严重的弹性振动;轮轨力随着钢轨波磨波深的增加而变大,随着其波长的增加而减小。

关键词：高速车辆钢轨波磨振动刚柔耦合动力学

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钢轨波磨预测模型验证工况的研究

西南交通大学学报 2022年第5期57卷 1017-1023,1054页

作者：陈光雄西南交通大学机械工程学院四川成都610031

钢轨波磨会降低乘坐舒适性,增大轨道结构伤损,甚至影响列车的安全运行.为判断钢轨波磨预测模型的准确性,首先,基于钢轨波磨现场调研数据,统计地铁线路和干线铁路的钢轨波磨发生率;其次,针对现有钢轨波磨预测模型验证方法的局限性,同时... 详细信息

钢轨波磨会降低乘坐舒适性,增大轨道结构伤损,甚至影响列车的安全运行.为判断钢轨波磨预测模型的准确性,首先,基于钢轨波磨现场调研数据,统计地铁线路和干线铁路的钢轨波磨发生率;其次,针对现有钢轨波磨预测模型验证方法的局限性,同时结合钢轨波磨发生的规律性,提出预测模型验证的3种基本工况:线路曲线半径≤350 m时的内轨波磨和外轨波磨、曲线半径≥650 m时的非科隆蛋扣件曲线线路或者直线线路钢轨的波磨,并进行实例验证;最后,根据基于轮轨蠕滑力饱和情况,提出了一种快速预测钢轨波磨发生的新方法.研究结果表明:现有的波磨预测模型验证工况缺乏一般性,大部分没有考虑线路曲线半径的影响,忽视了从新轨到波磨出现阶段的钢轨振动演变规律,造成通过验证的波磨预测模型预测准确率偏低;所提出的波磨快速预测方法准确率可达到85.00%.

关键词：钢轨波磨磨损模型验证摩擦耦合自激振动

山地城市地铁制动/轨道结构参数对钢轨波磨的影响

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表面技术 2023年第1期52卷 103-111页

作者：崔晓璐尹越包鹏羽唐传平漆伟重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 重庆市轨道交通(集团)有限公司重庆401120

目的山地城市地铁相较于平原城市地铁具有爬坡大且曲线多的复杂线路特点,其钢轨波磨问题更加严重。探究山地城市地铁制动区间钢轨波磨的形成机理,提出相应钢轨波磨的控制方法。方法首先,结合现场调研建立了轮对-轨道-制动系统的有限元... 详细信息

目的山地城市地铁相较于平原城市地铁具有爬坡大且曲线多的复杂线路特点,其钢轨波磨问题更加严重。探究山地城市地铁制动区间钢轨波磨的形成机理,提出相应钢轨波磨的控制方法。方法首先,结合现场调研建立了轮对-轨道-制动系统的有限元模型。然后,采用复特征值分析法研究了轮对-轨道-制动系统的摩擦自激振动特性,进而对制动闸片的表面织构及扣件参数进行参数化分析。最后,基于最小二乘法,采用2种拟合方程对扣件参数进行多参数拟合,并采用遗传算法与粒子群算法确定抑制钢轨波磨扣件参数的最优解。结果发现轮对-轨道-制动系统存在2个不稳定振动频率,分别为653.73 Hz与584.76 Hz,其中653.73 Hz的复特征值实部较大,为46.53。对比不同表面织构,采用正六边形织构表面闸片的轮对-轨道-制动系统复特征值实部最小,为19.46。对比扣件参数优化前后,采用优化后的扣件参数的轮对-轨道-制动系统复特征值实部较小,为0.49。结论轮轨子系统与制动子系统的摩擦耦合作用导致轮对-轨道-制动系统摩擦自激振动,是诱导山地城市地铁制动区间钢轨波磨产生的重要因素。当采用正六边形表面织构闸片或设置扣件参数中垂向刚度为36.2 MN/m,垂向阻尼为2800 N·s/m,横向刚度为25 MN/m,横向阻尼为2000 N·s/m时能有效抑制钢轨波磨的产生。

关键词：钢轨波磨摩擦自激振动复特征值分析表面织构扣件优化粒子群法

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钢轨波磨的分形描述

铁道学报 1998年第2期20卷 106-109页

作者：赵国堂铁道部科学研究院

介绍了分维的量测方法，讨论了钢轨波磨的分形特征与分形描述，建立了分维与波磨程度之间的关系，讨论了钢轨波磨分形的工程意义。

关键词：钢轨波磨分形分维铁路测量

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钢轨波磨对车辆-轨道系统动力特性的影响

铁道科学与工程学报 2021年第6期18卷 1447-1455页

作者：杨超张玉龙陈彪华东交通大学机电与车辆工程学院江西南昌330013 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

针对钢轨波磨对高速列车构架稳定性及轮轨接触力的影响问题,通过构建多体动力学仿真模型,以实测钢轨波磨为轨道激励,研究某型高速动车组以不同速度级通过波磨区段时车辆稳定性及轮轨接触动力特性和不同波深、波长、波深时变率对车辆系... 详细信息

针对钢轨波磨对高速列车构架稳定性及轮轨接触力的影响问题,通过构建多体动力学仿真模型,以实测钢轨波磨为轨道激励,研究某型高速动车组以不同速度级通过波磨区段时车辆稳定性及轮轨接触动力特性和不同波深、波长、波深时变率对车辆系统振动响应的规律。研究结果表明:钢轨波磨磨深越大、车速越高、波深时变率越大则车辆构架稳定性越低,轮轨接触力越大;轮轨垂向力随波磨波长的增大而减小。另外,波深时变率与轮轨垂向力和钢轨垂向加速度间存在明显对应关系,可通过波深时变率预测钢轨波磨峰值的位置,为钢轨打磨提供帮助。

关键词：钢轨波磨轮轨接触构架稳定性振动响应