基于轮轨型面匹配数值模拟的地铁车轮异常磨耗原因分析

通过线路测试和数值仿真对某B型地铁列车车轮异常磨耗现象进行深入分析。结合轮轨接触几何关系和轮轨滚动接触理论进行轮轨静态接触分析;基于UM软件建立该地铁车辆动力学仿真模型和磨耗预测模型,计算轮对运动状态和车轮磨耗水平。通过对比不同轮轨匹配的仿真结果来分析该地铁车辆发生轮缘和踏面异常磨耗的原因,进而提出相应的控制措施。结果表明,该地铁线路小半径曲线占比较大且钢轨轨底坡异常。地铁车辆轮缘和踏面异常磨耗是由较大轨底坡线路条件下轮轨型面匹配关系不合理所导致。将全线轨底坡修正成1/40对车轮异常磨耗现象的减缓效果有限。为有效减轻该地铁车辆车轮异常磨耗,可考虑将车轮踏面外形由S1002镟修为LM。     

地铁小半径曲线轨侧润滑对钢轨的减磨效果研究

对某地铁线路轮轨磨耗进行现场测试,掌握了该线路轮轨磨耗特征。利用动力学软件UM建立地铁车辆-轨道动力学模型,采用Hertz接触理论和FASTSIM算法分别计算轮轨法向力和切向力,结合Archard磨耗模型对小半径曲线外轨轨侧润滑的减磨效果进行预测,提出小半径曲线钢轨磨耗控制措施。钢轨磨耗测试结果表明,由于该线路小半径曲线外轨缺乏有效润滑,导致外轨以侧面磨耗为主,曲线半径越小侧磨越严重。仿真结果表明,小半径曲线采用外轨轨侧润滑的方式能显著降低钢轨侧面磨耗量;在半径为350 m的曲线外轨侧施加润滑可使外轨磨耗降低9%～34%;当半径为650 m时,外轨侧面润滑的减磨效果已不明显。根据仿真结果,建议半径600 m以下的曲线对外轨轨侧进行适当润滑,可有效缓解钢轨磨耗。     

SDB-80型转向架轮对损耗分析

针对轮轨型面磨损问题,首先,对青岛地铁3号线现有的轮对测量数据进行分析,报告了轮对存在偏磨现象且轮对镟修损耗占轮对寿命比值较大的现状。然后,对轮对异常磨耗进行研究,指出轮对缺少润滑、线路曲线分布不对称和列车长时间不掉头运行是导致轮对产生异常磨耗的主要原因。最后,根据线路实际情况,提出了采用轮缘润滑或小半径曲线外轨轨侧涂油等方式降低轮轨摩擦系数、车辆定期掉头运行和采用薄轮缘镟修的方式对轮对进行镟修等解决措施,降低轮对的损耗速率,增加轮对的使用寿命。     

差速器耦合轮对车辆曲线通过性能

提出在独立旋转车轮横向加装机械差速器实现独立车轮横向机械差速控制。在对差速器耦合轮对车辆系统动力学及对称式差速器力矩分配原理进行理论分析的基础上,建立差速器耦合轮对车辆和刚性轮对车辆模型,通过对比试验所测三向加速度数据与仿真结果,验证了模型的正确性。对两种车辆进行动力学仿真,研究两种车辆通过多种半径曲线时的安全性及轮轨磨耗性能,重点研究通过小半径曲线时的安全性及轮轨磨耗性能。研究结果表明差速器耦合轮对车辆过曲线时不仅有较小的磨耗,曲线通过安全性能也比刚性轮对车辆更优。差速器耦合轮对轨道车辆在小半径曲线线路上运行时,有较好的曲线通过性能,这种特性有利于适应城市地面轨道交通曲线半径小的特点。     

高速铁路轮轨磨损特征、机理、影响和对策——车轮踏面横向磨耗

系统分析总结我国高速铁路轮轨断面横向磨耗情况、特征、形成机理、对车辆动态行为的影响以及对策研究。高速车轮踏面横向磨耗以在名义滚动圆处形成凹坑磨耗和轮缘磨耗为主,主要发生在相对高的等效锥度和具有较厚轮缘的轮对上。车轮踏面横向凹坑磨耗与高速轨道高平直度和高速列车高运行平稳性密切相关。轮轨平稳地高速滚动接触,导致轮轨接触光带狭窄平直,且主要集中在名义滚动圆附近,此处车轮踏面材料磨耗累积迅速形成凹坑,轮对的等效锥度迅速增大。凹坑磨耗在一定深度范围内,将会引起轮对横向晃动,影响车辆的舒适性。提出7个方面的措施,来抑制或减缓车轮踏面凹坑磨耗。最后讨论了钢轨断面横向磨耗情况,主要反映在小半径曲线处外轨内侧磨耗,原因类似普通线路小半径曲线钢轨侧磨情况,也是车轮轮缘磨耗的主要原因,简单讨论减缓措施。所做的工作将对我国高速铁路轮轨型面和硬度匹配深入研究提供重要的参考依据。     

转向架悬挂参数对轮缘磨耗的影响

通过对动车组线路的长期跟踪测试，发现某线路动车组轮缘磨耗异常是该线路动车组轮对报废的主要原因。对3种常用动车组的轮缘磨耗情况进行跟踪实测，并对比分析3种动车组轮缘磨耗规律。为探究对车辆动力学性能影响较大的悬挂参数对车轮轮缘磨耗的影响，采用动力学仿真分析软件SIMPACK建立动车组的动力学仿真模型，计算不同悬挂参数下车辆的动力学性能参数。剖析不同悬挂参数下的动力学性能指标，根据轮轨发生两点接触后的受力状态，分析各个动力学性能参数变化对轮缘磨耗的影响，并验证悬挂参数的改变对车辆直线运行性能的影响。结果表明：轴箱定位刚度对车辆通过小半径曲线时的轮轨冲角和横向力影响较大，是影响轮缘磨耗的主要悬挂参数。     

高速铁路小半径曲线钢轨磨耗影响因素分析

随着高速铁路运营里程的增大和运量的激增,钢轨磨耗成为不容小觑的问题,尤其在小半径曲线段钢轨磨耗更为复杂和严重。针对高速铁路小半径曲线段钢轨磨耗问题,利用SIMPACK多体动力学软件建立高速动车组车辆动力学模型,利用Archard磨耗模型计算钢轨磨耗深度,并分析不同运营工况、车轮磨耗状态及车辆一系悬挂参数和轨道参数对动车组车辆通过小半径曲线时钢轨磨耗的影响。仿真结果表明：动车组车辆以匀速、制动、牵引3种工况下通过曲线段时,制动工况下钢轨磨耗量最大,牵引工况下磨耗最小;车轮踏面磨耗加剧也会导致钢轨的磨耗量增大,而定期镟修车轮踏面可以减轻钢轨磨耗情况;车辆一系悬挂参数的变化对小半径曲线段钢轨磨耗的影响相对较小;为减小钢轨磨耗,宜采用较小的轨底坡和适当增加轨距,且曲线段超高设置不宜过大。     

[轮轨磨耗及预测]弹性车轮作用下低地板有轨电车轮轨磨耗研究

为研究使用弹性车轮的车辆踏面以及运行弹性车轮的钢轨磨耗情况,基于Archard磨耗模型建立了轮轨磨耗预测模型,对不同轨道不平顺条件、不同曲线半径条件下的车轮踏面以及钢轨磨耗情况进行了分析。对比分析弹性车轮和刚性车轮,结果表明：在线路较差的情况下,弹性车轮具有更好的降磨效果;弹性车轮在曲线半径较小的线路上对磨耗的降低效果较小,随着曲线半径的增大,弹性车轮的降磨效果明显;运行弹性车轮时比运行刚性车轮时钢轨的最大累积磨耗量减小了33%;弹性车轮对曲线钢轨磨耗有一定的降低作用。     

弹性车轮作用下低地板有轨电车轮轨磨耗研究

为研究使用弹性车轮的车辆踏面以及运行弹性车轮的钢轨磨耗情况,基于Archard磨耗模型建立了轮轨磨耗预测模型,对不同轨道不平顺条件、不同曲线半径条件下的车轮踏面以及钢轨磨耗情况进行了分析。对比分析弹性车轮和刚性车轮,结果表明:在线路较差的情况下,弹性车轮具有更好的降磨效果;弹性车轮在曲线半径较小的线路上对磨耗的降低效果较小,随着曲线半径的增大,弹性车轮的降磨效果明显;运行弹性车轮时比运行刚性车轮时钢轨的最大累积磨耗量减小了33%;弹性车轮对曲线钢轨磨耗有一定的降低作用。     

CRH1型动车组车轮偏磨与动力学性能分析

为了研究车轮异常磨耗对车辆动力学性能影响的规律,本文对某CRH1型动车组进行了持续跟踪测试,得出了车轮外形及磨耗数据,并分析了其轮缘、踏面厚度、等效锥度与车体振动加速度等主要参数。结果表明:各车轮均存在明显的轮缘偏磨现象,且磨耗速度与运行里程成正增长趋势,车轮偏磨直接影响了车辆的横向稳定性。     

组合轮径差对地铁车辆动力学性能的影响

为了研究各种轮径差组合形式对地铁车辆动力学性能的影响,基于车辆系统动力学和赫兹非线性接触理论,建立地铁动车非线性动力学模型,分析各种轮径差组合工况下地铁车辆的临界速度、平稳性、安全性和磨耗功率及其变化规律。结果表明:在多种轮径差组合工况下,轮径差增大会使地铁车辆的临界速度有较大幅度降低,会使地铁车辆的横向平稳性和磨耗功率明显增大;轮径差对地铁车辆的垂向平稳性、轮轴横向力、轮轨垂向力、脱轨系数和轮重减载率影响较小;通过左、右曲线时,轮径差对磨耗功率增幅的影响存在差异,但变化规律一致。     

基于Archard模型的车轮磨耗对车辆动力学性能的影响

为了研究车轮磨耗对高速列车动力学性能的影响,建立了车辆动力学和车轮磨耗耦合模型。考虑车辆通过一条由直线和曲线组成的典型线路工况,采用Non-elliptic模型计算轮轨接触斑上的车轮磨耗量,以累积车轮型面磨耗量及更新型面外形。采用Archard磨耗模型研究车轮面磨耗的分布与发展,以车轮踏面磨耗深度达到0.1mm为型面更新的条件进入下一个磨耗循环的计算。最后加载磨耗后的车轮型面,研究磨耗对车辆系统通过曲线线路时的动力学性能的影响。     

Integral evaluation of wheel profile forming during wear simulation in a wheel-rail system

An integral characteristic (the forming coefficient) supplementing local characteristics of worn out profiles is suggested based on analysis of the wear profile of worn out railway wheels obtained from tribodynamic simulation. This characteristic allows classification of the profiles of worn out wheels according to type of wear (wear forming). Based on the technique suggested, the possibility is demonstrated of predicting future wear profiles using profile pairs obtained by tribodynamic simulation, thereby reducing simulation time. This technique allows minimizing the amount of turning in the central wear-off area during the restoration of wheel profiles.     

A study on wear mechanism and wear reduction strategies in grinding wheels used for ELID grinding

Metal-bonded superabrasive diamond grinding wheels have superior qualities such as high bond strength, high stability and high grindability. The major problems encountered are wheel loading and glazing, which impedes the effectiveness of the grinding wheel. Electrolytic in-process dressing (ELID) is an effective method to dress the grinding wheel during grinding. The wear mechanism of metal-bonded grinding wheels dressed using ELID is different form the conventional grinding methods because the bond strength of the wheel-working surface is reduced by electrolysis. The reduction of bond strength reduces the grit-depth-of-cut and hence the surface finish is improved. The oxide layer formed on the surface of the grinding wheel experiences macrofracture at the end of wheel life while machining hard and brittle workpieces. When the wheel wear is dominated by macrofracture, the wheel-working surface is free from loaded chips and worn diamond grits. When the oxide layer is removed from the wheel surface, the electrical conductivity of the grinding wheel increases, and that stimulates electrolytic dressing. The conditions applied to the pulse current influence the amount of layer oxidizing from the grinding wheel surface. Longer pulse ‘on’ time increases the wheel wear. Shorter pulse ‘on’ time can be selected for a courser grit size wheel since that type of wheel needs high grinding efficiency. Equal pulse ‘on’ and ‘off’ time is desired for finer grit size wheels to obtain stable and ultraprecision surface finish.     

车轮多边形磨耗统计规律及关键影响因素分析

针对列车车轮多边形磨耗问题广泛存在于轨道交通运输领域,会导致车辆/轨道系统产生高频的振动冲击,严重影响车辆和轨道系统零部件的使用寿命,危及行车安全这一问题,调查了大量车轮的多边形磨耗情况并进行统计分析,掌握了高速列车车轮多边形磨耗问题的现状和特点。以18～20阶多边形磨耗车辆为例,通过理论研究和试验分析(试验分析包括车辆系统振动特性测试和转向架模态特性测试),对车轮多边形磨耗的根本原因及诱导因素进行研究。研究发现,轮轨系统在580 Hz频率附近存在固有模态是导致车辆发生18～20阶多边形磨耗的根本原因,轮轨表面的各种不平顺能激发或者加剧轮轨系统在580 Hz频率附近的模态共振,从而诱发车轮多边形磨耗的产生。该结果可为高速列车车轮多边形磨耗问题的防止和进一步研究提供参考。     

列车车轮多边形磨损及其噪音研究综述

介绍了近年来国内外关于列车出现的车轮多边形磨损及其产生噪音的研究概况,解释了车轮多边形磨损的相关概念和定义,列出了多边形磨损产生的原因以及多边形磨损与噪音之间的关系。国内外关于车轮多边形磨损的相关研究,主要集中于车轮多边形磨损对轮轨动力学的影响、车轮多边形磨损的产生和发展机理以及车轮多边形磨损的检测和评估三方面。笔者从车辆振动产生的噪音、车轮多边形磨损产生的振动和车轮多边形磨损产生的噪音三方面对噪音、振动与车轮多边形磨损之间的关系进行了综述,总结了国内外关于列车维修方面的研究进展,为发生车轮多边形磨损的列车检修提供建议。     

钢轨滚动磨损性能试验研究

在JD-1型轮轨摩擦试验机上研究了轴重与曲线半径对钢轨滚动磨损性能的影响。结果表明：轴重与曲线半径是影响钢轨磨损的主要因素。试样磨损量随着载荷的增加而增加，也随着曲线半径的减小而增加；试样表面磨损形貌随着载荷与曲线半径的改变而表现出不同的变化，其中大载荷和小曲线半径试验使钢轨试样磨损程度严重，表面容易产生较明显的塑性形变以及龟裂现象；制动力条件下滚动试样磨损更为严重。     

纵向力对列车车轮磨损特性的影响

列车在加速和减速过程中车轮将承受纵向力的作用,随着纵向力的增加,车轮的损伤也随之加重,其中车轮的磨损成了迫切需要研究的课题。通过磁粉制动器在JD 1轮轨模拟试验机上设定不同的纵向力,研究其对车轮磨损特性的影响。结果表明,车轮试件的磨损量随着轮轨间纵向力的增大而增大;同时磨痕表面伴随着明显的氧化,且随着纵向力的增加,试件磨痕的氧元素含量有增加的趋势;磨痕的表面裂纹数量随着纵向力的增大而增多,但表面裂纹的长度却随之减小。试件在试验过程产生的磨屑均为片层状,其形状大小与试验条件无关,这种片层状的磨屑表明试件磨痕表面的材料损失主要以层离磨损为主。     

车轮钢摩擦副滚动摩擦磨损特性研究

在NENE-2型磨损试验机上利用往复滚动试验装置研究了不同制动状态下车轮钢的滚动摩擦磨损特性。结果表明:不同滚滑状态下的切向摩擦力是变化的,随制动力的增加,滚动摩擦副对应的摩擦因数和摩擦阻力相应增大;平面试样的表面磨痕形貌由于切向摩擦力的变化而明显不同;随切向摩擦力的增大滚动磨损机制亦发生改变,从磨粒磨损逐渐转变为粘着磨损,磨损加剧且磨痕深度变大。