基于摩擦温升效应的地铁车轮磨耗特性研究

踏面制动引起车轮温度急剧上升,影响车轮材料性能和轮轨接触状态,加剧车轮磨耗。基于Archard磨耗模型,建立一个考虑摩擦温升效应的地铁车轮磨耗预测模型。模型中根据车轮材料属性与温度之间的关系,考虑摩擦温升对接触斑大小、黏滑区划分和磨耗深度的影响,可实现对高温下的车轮磨耗特性的研究。相对以往的车轮磨耗预测模型,该模型能反映温度对磨耗影响的物理本质,适合研究轮轨接触界面有较大温度(如踏面制动)时的车轮磨耗演化机理。用所建立的车轮磨耗数值预测模型,计算对比不同温度下的轮轨接触状态和车轮磨耗深度。结果表明,轮轨接触斑和滑动区面积随温度的升高而增加;温度升高使接触斑单元磨耗深度增加,当踏面温度从常温25℃增加到最高温度300℃时,最大磨耗深度0.4 nm,增幅为28.4%;车轮转动一圈后,其径向磨耗深度也随温度的升高而明显增加,最大径向磨耗深度15 nm,增幅为28.2%,同时,车轮横向位置的磨耗范围增加5.8%,为踏面制动形式的地铁车轮磨耗预测研究提供更加准确的理论模型。     

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。     

两种驱动电机地铁车辆轮轨动态相互作用对比分析

为研究驱动作用下直线电机地铁车辆和旋转电机地铁车辆的轮轨系统动力学响应特性,利用KALKER线性蠕滑理论分析比较电机驱动下两种地铁车辆曲线通过时的轮对导向能力,分别建立直线电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型和传统旋转电机地铁车辆-轨道三维耦合动力学模型,对比分析驱动作用和曲线半径对两种地铁车辆轮轨动态相互作用的影响。研究结果表明:驱动工况下,不同于传统旋转电机地铁车辆,直线电机地铁车辆的轮轨蠕滑特性和系统动态响应几乎不受牵引载荷的影响,其轮轨蠕滑力不受到轮轨黏着的限制。曲线通过时直线电机地铁车辆导向轮对的导向能力优于传统旋转电机地铁车辆。     

铁道车辆车轮非圆化磨耗形成机理及控制措施研究进展

车轮非圆化磨耗是铁道车辆常见的一种车轮磨耗形式,对车辆的振动、噪声、乘坐舒适性和运行安全性均具有较大影响.介绍车轮非圆化的表现形式,总结国内外轮轨轨道交通车辆运营中出现的车轮非圆化磨耗现象.重点总结车轮非圆化磨耗的形成机理,根据车轮非圆化磨耗形成原因的不同将其分成三大类:由车轮初始缺陷引起的非圆化;由车辆-轨道固有振动引起的非圆化;由踏面制动时闸瓦与车轮间热弹性失稳引起的非圆化.回顾车轮非圆化磨耗仿真的研究历程,指出当前车轮非圆化磨耗研究面临的难点和挑战.对车轮非圆化磨耗的控制措施进行总结,重点讨论改善车轮镟修质量、利用闸瓦或研磨子修复车轮非圆化这两个最主要措施.探讨针对车轮非圆化磨耗亟需开展的研究,可为车轮非圆化磨耗机理的研究和控制措施的选用与实施提供参考.     

地铁钢轨滚动接触疲劳损伤研究

钢轨滚动接触疲劳损伤在地铁线路上较为常见。建立包含地铁车辆系统动力学模型、基于安定图的疲劳指数和基于磨耗数的损伤函数为一体的钢轨滚动接触疲劳预测模型,分析车辆在通过三种典型曲线时钢轨的受力状态、接触点位置和损伤情况。研究结果表明,车辆通过曲线时低轨侧钢轨蠕滑力的合力指向直角坐标系的第四象限,接触点主要位于轨顶区域;高轨侧钢轨蠕滑力的合力主要指向直角坐标系的第三象限,接触点主要位于高轨内侧轨距角处。钢轨表面疲劳指数大于0的概率较大,材料易处于棘轮效应区,同时根据损伤函数得到钢轨的损伤值大于0,即属于疲劳裂纹损伤。容易导致钢轨表面在轮轨常接触区产生与蠕滑力合力方向相垂直的裂纹,其方向与现场观察到的裂纹方向相一致。随着曲线半径的减小,轮轨蠕滑力合力显著增大。磨耗后的车轮和磨耗后的钢轨在小半径曲线上频繁地相互作用,易使钢轨材料产生棘轮效应,是导致钢轨表面产生裂纹和剥离掉块的主要原因。     

基于两种轨道线路建模方法的地铁车轮磨耗预测对比分析

轨道线路对车轮磨耗具有重要影响。建立地铁车轮磨耗预测模型，模型包括车辆动力学模型、基于Hertz理论和FASTSIM算法的轮轨局部接触模型、基于Tγ/A-磨损率函数的磨耗模型、平滑与更新策略以及轨道线路模型。对比分析等效轨道线路法与真实轨道线路法两种轨道线路建模方法在建模复杂度、车轮磨耗预测结果与计算效率方面的差异。利用实测的车轮磨耗对Tγ/A-磨损率函数进行修正，并对磨耗预测模型进行验证。结果表明:与等效轨道线路法相比，真实轨道线路法建模较为复杂，但其可以更好地模拟实际轨道线路；二者磨耗预测结果差异较小，且均与实测结果较为吻合，但前者计算效率约是后者的3.7倍。采用等效轨道线路法建模可以较好地兼顾计算精度与效率。     

地铁轨道改造前后振动及减振效果试验

针对国内某地铁线路某些区段沿线的建筑物振动与二次辐射噪声严重现象,将轨道原来铺设的普通扣件改造为浮轨扣件,并在跨中钢轨轨腰位置加装阻尼器以降低振动噪声的影响。通过测量列车运营时间内的振动和噪声数据,分析列车通过改造前后线路时的轨道振动、车辆振动和噪声、建筑物振动与二次辐射噪声特性。结果表明：与改造前普通扣件轨道相比,改造后浮轨扣件轨道的钢轨、道床和隧道壁垂向振动加速度有效值分别降低8%,70.6%和71.4%,隧道壁振动降低最显著,由隧道壁垂向振动加速度评估的轨道减振效果为8.28 dB;转向架区域和车内最大声压级降低3.6%和3.4%;昼间建筑物振动和二次辐射噪声降低18.4%和22.0%。车辆、轨道、建筑物的振动与二次辐射噪声的主频均与轮轨系统P2共振频率接近,是引起车辆、轨道和建筑物振动的主要原因之一。     

地铁车轮凹形磨耗对轮轨接触及动力学性能的影响

对某地铁线路的车轮磨耗进行测试,发现车轮存在严重的踏面凹形磨耗.利用多体动力学软件SIMPACK建立车辆系统动力学仿真模型,研究凹形磨耗车轮与CHN60钢轨匹配时的轮轨接触特性以及车辆动力学性能,采用基于安定图的表面疲劳指数评价轮轨滚动接触疲劳特性.计算结果表明,车轮凹形磨耗使轮轨接触点对由连续分布变得分散集中,增大了滚动圆半径差和等效锥度,会降低车辆的非线性临界速度,但提升了车辆的曲线通过性能以及横向平稳性,对垂向平稳性几乎没有影响.凹形磨耗的发展增大了轮轨接触压力,使得R≤2000 m的曲线高轨侧车轮轮缘根部及钢轨轨距角处易产生滚动接触疲劳;R≤500 m的曲线低轨侧车轮假轮缘内侧与钢轨轨顶外侧有出现滚动接触疲劳的可能性.     

地铁车轮磨耗测试及数值仿真

对某地铁线路的车轮磨耗进行了跟踪测试,掌握了该线路车轮磨耗特征;从轮轨关系研究的角度,分析了轮缘异常磨耗的原因;建立了地铁车辆动力学仿真模型,结合基于磨耗功的车轮磨耗评价方法,提出了车轮磨耗减缓措施。车轮磨耗测试结果表明,该线路地铁车轮以轮缘磨耗为主,且存在轮缘偏磨现象;轮缘缺乏润滑和线路小半径曲线分布不对称是造成轮缘磨耗过大和轮缘偏磨的主要原因。仿真结果表明,适当降低一系纵向刚度有利于减缓车轮磨耗;采用轮缘润滑或小半径曲线外轨轨侧涂油等方式降低摩擦系数,能显著降低轮缘和轨侧磨耗,摩擦系数每减小0.05,轮轨磨耗将降低约16.1%;载客量的大小对轮轨磨耗具有一定的影响,轴重每增加1 t,轮轨磨耗将增大约4.8%。针对所调查的地铁线路实际情况,建议对小半径曲线外轨采取涂油措施,以减小轮缘和轨侧磨耗;此外,定期对车辆进行掉头运行,以减缓轮缘偏磨现象。     

地铁车辆车轮偏磨原因分析与对策研究

轮对偏磨是铁道车辆常见的车轮磨耗形式。对国内某地铁线路的车轮磨耗进行测试分析,发现该线路车辆存在严重的车轮偏磨现象,左侧车轮以轮缘磨耗为主,右侧车轮以踏面磨耗为主。该地铁线路小半径曲线多,且左、右曲线分布严重不均,以及车辆不掉头运行是造成车轮偏磨的主要原因。基于UM动力学软件建立车轮磨耗预测模型,利用地铁车轮磨耗测试结果对磨耗预测模型进行验证,根据数值仿真结果提出轮对偏磨的解决措施。仿真结果表明,车辆掉头行驶能明显减缓车轮的偏磨现象,最佳掉头运行里程数为2×10⁴~4×10⁴ km。小半径曲线占比对车轮磨耗影响较大,左、右曲线百分比差值小于3%时可不采取掉头措施。