高速列车车轮多边形磨耗的形成机理及影响因素探究

目的研究高速列车车轮多边形磨耗的形成机理以及轮轨系统结构参数对车轮多边形磨耗的影响。方法基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致车轮多边形磨耗的理论,建立了包含车轮、钢轨、轨枕和道床的实体模型,然后导入到有限元软件ABAQUS中,钢轨和轨枕之间采用点对点的无质量弹簧阻尼单元组进行模拟,轨枕和道床之间采用绑定约束连接,道床底部支撑采用点对地的无质量弹簧阻尼单元组。采用复特征值方法研究高速线路上发生制动滑动时轮轨系统的运动稳定性。结果在饱和蠕滑力的作用下,高速线路轮轨系统产生的不稳定振动频率为f=495.01 Hz,列车轮对容易产生18阶多边形磨耗。在一定范围内,扣件的垂向刚度对抑制车轮多边形磨耗影响较小,适当提高扣件的垂向阻尼,可以有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动,从而达到抑制车轮多边形磨耗的目的。不同偏心形式对轮轨系统不稳定振动几乎没有影响。结论在高速线路上,列车制动滑动容易引起车轮多边形磨耗,适当提高钢轨扣件的垂向阻尼,可有效抑制车轮多边形磨耗。     

闸瓦几何参数对制动尖叫噪声的影响

目的 研究车辆制动时闸瓦摩擦体与车轮踏面间摩擦力诱发的自激振动现象,获得抑制制动尖叫噪声的有效措施.方法 建立带踏面制动系统的车辆转向架模型,分别模拟了当闸瓦与车轮间摩擦系数(μ)为0、0.25、0.4时,闸瓦摩擦体与车轮踏面间接触力的波动情况.采用踏面基础制动装置有限元模型研究了闸瓦摩擦体宽度、磨耗程度和几何形貌对制动尖叫噪声发生趋势的影响.应用复特征值法对制动系统的稳定性进行分析,获得摩擦自激振动在频域上的分布情况.根据不稳定系数(TOI)判断系统发生尖叫噪声的可能性,TOI值越大,则系统发生尖叫噪声的趋势就越大.结果 踏面制动时,闸瓦与车轮间的摩擦力可能引起不稳定振动,导致尖叫噪声.随着闸瓦摩擦体宽度从75 mm增大到90 mm,制动系统的TOI值从4.226减小到2.819.在闸瓦摩擦体磨耗区间内(10～40 mm),相同磨损程度下,采用无缺口闸瓦摩擦体对应的制动系统TOI值均大于采用有缺口闸瓦摩擦体对应的制动系统TOI值.结论 在75～90 mm宽度区间内,闸瓦摩擦体宽度越大,制动系统发生尖叫噪声的趋势越小.相比有缺口的闸瓦摩擦体,无缺口的闸瓦摩擦体在制动时更易发生尖叫噪声,选用梯形缺口闸瓦摩擦体的制动系统发生尖叫噪声的可能性最低.     

轮对辐板开孔对钢轨波磨的影响

基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致钢轨波磨的理论,研究轮对辐板开孔对地铁小半径曲线钢轨波磨的影响,利用ABAQUS仿真软件分别建立无孔和开孔的轮对与钢轨、轨枕组成的有限元模型,采用复特征值方法研究辐板开孔距离、开孔大小和开孔个数对钢轨波磨的影响。结果表明:小半径曲线工况下饱和蠕滑力会导致钢轨波磨;辐板开孔距离对钢轨波磨的发生概率是有影响的,较小的开孔距离可以得到相对良好的稳定性;辐板开孔大小对钢轨波磨的发生概率影响较小;相比较无孔辐板和其他开孔个数辐板,辐板开4孔稳定性最好,可降低钢轨波磨的发生概率。     

天平刚度对测力系统输出结果影响的研究

测力系统(FMS)在脉冲燃烧风洞中试验时,天平刚度会对其输出结果产生重要影响。为研究该问题,首先对测力系统进行了简化,并给出了相应的动力学方程;其次,对不同刚度的测力系统(FMS-A、FMS-B和FMS-C)进行了虚拟标定和模态分析,获得了两者的刚度矩阵和模态参数;第三,对FMS-A、FMS-B和FMS-C进行了瞬态仿真分析,获得了相应的动态输出。计算结果表明,惯性补偿前,测力系统均值测量精度普遍高于93%,惯性补偿后均值测量精度超过99.8%,但相同加载时测力系统均值输出结果相差很小,证明天平刚度对测力系统均值测量精度的影响较小。同时,瞬时输出结果与输入载荷基本一致,FMS-A轴向力、法向力和俯仰力矩瞬时测量精度分别高于85.1 %、80.1 %和 68.4 %,FMS-B各分量瞬时测量精度分别高于85.9 %、83.5 %和69.9 %,FMS-C各分量瞬时测量精度分别高于85.9 %、89 %和74.6 %,结果表明在一定范围内,测力系统瞬时测量精度随着天平刚度的增大而提高。     

利用船舶主机余热制冰的实验探究

基于吸收式制冰机,利用船舶柴油机尾气进行了尾气余热制冰实验。考察了制冰机对柴油机工作的影响及柴油机功率、环境温度等因素对制冰量的影响,得到大量实验结果,通过对实验结果进行分析,得出了柴油机尾气余热制冷特点及规律。     

小半径曲线钢轨波磨预测模型及在波磨抑制中的应用

根据摩擦自激振动引起钢轨波磨的观点,建立地铁小半径曲线轨道钢轨波磨预测模型;在原有的轮轨系统有限元模型之上将车轮和车轴分离开来,建立带有摩擦接触属性且设置过盈配合的轮轴接触关系模型,探讨车轮和车轴过盈配合模拟方式和整体式轮对模拟方式对波磨预测结果的影响。结果表明:轮对采用车轴和车轮过盈配合模拟方式得出的轮轨系统主要不稳定振动频率,更接近现场实测的波磨频率,表明轮对采用过盈配合模拟方式时计算结果要优于整体式轮对模拟方式,从而可提高钢轨波磨预测的准确性。利用建立的钢轨波磨预测模型研究了单侧轮轨摩擦因数对钢轨波磨的影响,结果显示,控制外侧轮轨的摩擦因数对钢轨波磨影响较小,适当减小内侧轮轨的摩擦因数有助于抑制钢轨波磨。     

基于惯性基准法地铁钢轨波磨检测方法研究

为了检测钢轨波磨,不同于传统波磨检测方法,在MATLAB环境下处理车辆轴箱振动信号得到钢轨波磨波形。对传统惯性基准法原理做出改进,提出一种新的信号处理计算方法。在列车轴箱上安装加速度传感器,采集北京地铁波磨轨道轴箱垂向振动加速度信号,针对轨道振动信号非平稳、非线性的特点,提出运用EMD与小波阈值去噪方法相联合对振动加速度进行降噪处理,然后设计积分器对重构振动信号进行积分,为保证检测精度,再将积分结果通过一高通滤波器。结果显示,该检测计算方法能准确有效地计算出钢轨波磨。     

车轮辐板阻尼涂层对钢轨波磨的影响

目的研究车轮辐板涂敷有阻尼性能的涂层对小半径曲线钢轨波磨的影响,并根据试验结果提出减缓或抑制钢轨波磨的建议。方法基于摩擦自激振动导致钢轨波磨机理,利用ABAQUS有限元仿真软件,建立轮对、钢轨、轨枕、车轮辐板涂层有限元模型,模拟曲线半径为300 m的工况,采用ABAQUS中内置的复特征值分析方法,分析轮轨系统在小曲线半径工况下的稳定性。结果在曲线半径为300 m的工况下,轮轨间因存在饱和蠕滑力引起自激振动,于频率f=502.32 Hz时产生不稳定振动,从而引起钢轨波磨。通过在车轮辐板内侧和双侧涂敷有阻尼涂层,可有效增强轮轨系统的稳定性,减缓钢轨波磨的发生趋势。只在车轮辐板外侧添加涂层会增加钢轨波磨的发生概率。车轮辐板双侧和内侧涂层模型中,涂层厚度的增加会提高系统稳定性;外侧涂层模型中,涂层厚度的增加会降低系统的稳定性。涂层的阻尼系数对钢轨波磨有较大影响,提高涂层阻尼系数可有效减缓钢轨波磨发生趋势。结论在地铁小半径曲线上,通过在车轮辐板内侧涂敷有阻尼涂层,可有利于减缓钢轨波磨现象,当涂层阻尼系数增大至1.5e–3时,可有效抑制钢轨波磨。     

车轮辐板形状与轨距对钢轨波磨的影响

基于轮轨摩擦自激振动引起钢轨波磨的理论,建立不同的车轮辐板形状和轨距的轮轨系统有限元模型,使用复特征值法对轮轨系统的波磨发生趋势进行分析,研究车轮辐板形状和轨距对波磨的影响。结果表明:车轮辐板形状对轮轨系统摩擦自激振动存在影响,且直幅板车轮对钢轨波磨有一定的抑制作用;轨距对S形辐板车轮系统摩擦自激振动情况几乎没有影响;轨距对直辐板车轮系统摩擦自激振动存在影响,当选用特定轨距(1430 mm)时,得到了一个未发生摩擦自激振动的直辐板车轮轮轨系统模型。     

轮轨接触参数对钢轨波磨的影响

基于轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动导致钢轨波磨的理论,建立由车轮-钢轨-轨枕组成的有限元模型,采用复特征值方法研究小半径曲线轨道低轨上轮轨接触参数对钢轨波磨的影响。结果表明:小半径曲线轨道低轨上轮轨间蠕滑力饱和可能导致钢轨波磨;轮轨接触角对波磨的波长及产生趋势几乎没有影响;轮轨牵引角对波磨的波长几乎没有影响,但对波磨的产生趋势有较大影响,随着牵引角的增大,产生波磨的趋势逐渐降低。研究表明:在小半径曲线轨道低轨上,牵引角随着曲线半径的减小而减小,系统发生摩擦自激振动的趋势增强,低轨上更容易出现波磨,这就是曲线半径越小钢轨波磨越严重的原因。