卜继玲_重载列车车辆轮轨作用研究
轮轨接触实验研究背景和意义
轮轨接触实验研究背景和意义轮轨接触实验是一种重要的实验方法，它可以研究轮轨接触的力学特性，进而优化轨道设计和列车运行。
在铁路运输领域，轮轨接触是列车行驶中的重要因素，直接关系到列车行驶的平稳性、安全性和舒适性。
因此，研究轮轨接触的力学特性对于提高铁路系统的运行效率和安全性具有重要意义。
轮轨接触实验旨在通过测量轮轨接触点的力学特性来研究轮轨接触的力学行为。
该实验通常使用测力计和应变仪等工具来记录轮轨接触点的力学特性，进而得出轮轨接触的摩擦系数、接触面压力分布等数据。
通过研究这些数据，可以深入了解轮轨接触点的力学行为，进而优化轨道设计和列车运行。
同时，轮轨接触实验也可以验证轮轨接触理论模型的准确性，增加对铁路系统运行的掌控。
轮轨接触实验的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 优化轨道设计轮轨接触实验可以得出轮轨接触的摩擦系数和接触面压力分布等数据，这些数据对于优化轨道设计具有重要意义。
例如，通过研究接触面压力分布，可以确定轨道的几何形状和轨道横向力的作用方向，从而避免铁路车辆的偏移和侧滑。
此外，轮轨接触实验还可以研究轮轨接触点的耗能特性和减震效果，进而改善铁路车辆的稳定性和乘客的舒适性。
2. 提高列车运行速度通过研究轮轨接触的力学特性，可以优化轨道设计和列车运行，提高列车运行速度。
例如，通过研究摩擦系数和接触面压力分布等数据，可以设计出更加合理的轮轨匹配，降低列车的运行阻力和能耗。
同时，轮轨接触实验还可以研究列车的动力学特性和阻尼效果，进一步减少列车的能耗和环境污染。
3. 提高铁路安全性轮轨接触实验可以研究轮轨接触点的力学行为，进而评估轮轨接触的稳定性和安全性。
通过评估轮轨接触的稳定性和安全性，可以发现轨道安全隐患并及时排除，提高铁路系统的运行安全性。
此外，轮轨接触实验还可以研究列车运行中的动态稳定性和侧翻稳定性等因素，进一步提高铁路运输的安全性。
总之，轮轨接触实验是一种重要的实验方法，它可以研究轮轨接触的力学特性，优化轨道设计和列车运行，并提高铁路运输的安全性和环保性。
超高速列车轮轨交互作用及轨道维护技术研究
超高速列车轮轨交互作用及轨道维护技术研究引言：近年来，随着科技的不断进步，人们对交通运输的需求也越来越高。
高速列车的出现极大地提高了交通运输效率，但对于超高速列车而言，轮轨交互作用及轨道维护技术成为一个迫切需要解决的问题。
本文将从超高速列车轮轨交互作用的原理、影响因素及现有技术进行综述，并对轨道维护技术的研究进行探讨。
一、超高速列车轮轨交互作用的原理1.轮轨动力学：超高速列车在高速运行时，轮轨之间的力学特性发生了明显的变化。
包括轮轨接触力、纵向力、侧向力、轮轨刚度等。
超高速列车的高速运行将对轮轨交互作用产生较大的影响。
2.轮轨几何：轮轨几何是指轮子与轨道之间的几何关系。
其中包括轮缘、轮廓、轨道横纵坡等。
超高速列车运行时，轮轨几何对轮轨交互作用有着重要的影响。
3.轮轨附着力：轮轨附着力是指轮子与轨道之间的接触力。
超高速列车运行时，附着力的大小将直接影响列车的安全性和运行效率。
二、超高速列车轮轨交互作用的影响因素1.轮轨参数：轮轨参数包括轮子和轨道的几何参数、材料属性等。
不同的轮轨参数将会对交互作用造成不同的影响。
2.车辆动力学：车辆动力学是指列车运行过程中与动力相关的因素，如牵引力、制动力和加速度等。
车辆动力学将直接决定轮轨交互作用的形式和强度。
3.轨道状态：轨道状态包括轨道的平整度、弧度、轨道的几何状态以及轨道的磨耗情况等。
轨道状态的不良将会导致轮轨交互作用的不稳定。
4.环境条件：环境条件如温度、湿度等将影响轮轨交互作用的形式和强度，特别是在极端环境条件下。
为了确保超高速列车的安全运行和轨道的稳定性，轨道维护技术的研究变得至关重要。
1.先进检测技术：通过运用先进的检测技术，如轨道检测车、激光测量仪等，可以对轨道进行定期检测和评估，及时发现轨道的磨损、变形等问题。
2.轮轨动态监测：通过安装传感器和数据采集系统，实时监测轮轨交互作用的影响，包括接触力、纵向力和侧向力等。
从而及时发现问题，采取相应的维护措施。
轨道车辆转向架橡胶弹性元件FEA技术发展
轨道车辆转向架橡胶弹性元件FEA技术发展
卜继玲;黄友剑;刘建勋
【期刊名称】《铁道机车车辆》
【年(卷),期】2013(033)0z1
【摘要】通过介绍各种橡胶减振弹性元件在轨道车辆的应用情况和橡胶材料有限元分析本构模型的相关知识,研究了橡胶制品大变形的网格重构技术、蠕变特性仿真技术、稳定性的仿真技术和流固耦合仿真技术及其应用成果,结果表明通过有效地有限元分析技术能够大力促进橡胶减振制品的开发命中率,提升开发效率.
【总页数】6页(P1-6)
【作者】卜继玲;黄友剑;刘建勋
【作者单位】株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株州412007;株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株州412007;株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株州412007
【正文语种】中文
【中图分类】U270.331+5
【相关文献】
1.机车车辆一系悬挂橡胶弹性元件综述 [J], 刘建勋
2.城市轨道交通车辆转向架的技术发展现状及新技术发展趋势 [J], 朱珺玮
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5.轨道车辆用橡胶弹性元件可靠性试验台 [J], 林达文;王进;彭立群;李心;张志强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
重载铁路货车副构架式径向转向架轮轨动力作用研究
的重要指标，对轨道设施损坏起重要作用，如图1所示。
图1脉冲激扰下的轮轨垂向冲击力响应P1力是机车车辆簧下零部件与钢轨间所产生的高频振动而引起的冲击力，具有频率高、衰减快的特点，一般频率大于500Hz，其来不及向簧上及轨下传递，而直接作用于车轮和钢轨本体上，是导致车轮扁疤、轨道破损、联接螺栓孔裂纹及鱼尾板折断的主要原因。
P2力是整个机车车辆系统与轨道系统受脉冲激励而出现的中低频响应力，一般频率在30~100Hz范围内，相比P1力，其频率较低，能够充分向轨道下部传递，对轨道表面状态及轨下结构起主要破坏作用。
1.2轮轨横向力Q、垂向作用力P车辆在有随机不平顺的线路上运行时，轮轨横向作用力Q、轮轨垂向作用力P直接作用在车轮和钢轨之间，是引起钢轨变形、侧翻、横移、下沉和轮轨磨耗的主要因素。
1.3轮轨冲角Ψ轮轨冲角Ψ的大小，既反映车轮爬轨的可能性，又反映轮轨之间的磨耗（特别是车轮轮缘和钢轨侧面磨耗）倾向，也是反映轮轨相互作用的主要指标。
1.4轮轨磨耗功率W t、磨耗指数W i轮轨间的磨耗功率W t为轮轨间的蠕滑力与蠕滑率之间的乘积，其单位为kN·m/m，它反映出车轮踏面和钢轨12图2P1力图3P2力由图2、图3易知，在该模型下，P1力、P2力均与速度近似呈线性、正比例关系；当车辆运行速度为120km·时，DZ3型转向架的P1力比转K7型转向架的P1力增加5.75%；当车辆运行速度为120km·h-1时，DZ3型转向架的力比转K7型转向架的P2力增加5.12%。
3.1.2车辆-轨道耦合动力学模型基于车辆-轨道耦合动力学模型，DZ3型转向架、型转向架重车工况在60~132km·h-1速度范围内，力、P2力的计算结果如图4、图5。
图4P1力由图4、图5易得，在该模型下，P1力、P2力均与速度近似呈正比例关系；其次，当车辆运行速度为120km·图5P2力时，DZ3型转向架的P1力比转K7型转向架的P1力增加5.72%；当车辆运行速度为120km·h-1时，DZ3型转向架的P2力比转K7型转向架的P2力增加6.53%。
浅析重载车辆对铁路编组站作业的影响
浅析重载车辆对铁路编组站作业的影响
杨海波;张继生;韩殿芳
【期刊名称】《减速顶与调速技术》
【年(卷),期】2008(000)002
【摘要】重载运输直接影响铁路编组站的调车作业,原有驼峰编组站调速系统的设计规范和既有的调速系统设备已经不能很好地适应当前铁路运输的需要,为了使既有调速系统更好地适应今后重载运输的需要,必须改变现有调速系统的设计.
【总页数】2页(P20-21)
【作者】杨海波;张继生;韩殿芳
【作者单位】沈阳铁路局科研所,吉林,吉林,132001;沈阳铁路局科研所,吉林,吉林,132001;沈阳铁路局延吉车务段,吉林,延吉,133000
【正文语种】中文
【中图分类】U284.63;U292.3+7
【相关文献】
1.提高铁路编组站作业效率的问题探讨 [J], 陈鹏
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5.铁路编组站作业效率影响因素与对策 [J], 赵永亮
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纵向压力作用下钩缓装置对重载列车安全性能的影响的开题报告
纵向压力作用下钩缓装置对重载列车安全性能的影响的开题报告一、研究背景及意义随着铁路运输的不断发展，越来越多的重载列车出现在铁路运输中。
重载列车受力情况较为复杂，容易出现车辆部件破坏、轨道损伤等安全问题。
其中，纵向压力作用是重载列车运行中比较重要的因素。
钩缓装置是常用的列车车辆安全保护装置之一，在列车行进中起到了很好的保护作用，但是在纵向压力作用下其具体的安全保护效果尚需进一步探究。
因此，本研究旨在通过对钩缓装置在纵向压力作用下的实验研究，探究其对重载列车安全性能的影响，为铁路运输的安全保护提供有益的参考意见。
二、研究目的1.掌握钩缓装置在纵向压力作用下的物理现象和工作原理；2.研究纵向压力对钩缓装置的影响，探究钩缓装置的安全保护效果；3.分析重载列车在不同纵向压力作用下的运行行为和安全性能，为铁路运输提供安全保障。
三、研究内容及方法1.理论研究：通过查阅相关文献，了解钩缓装置在纵向压力作用下的相关理论知识，分析其工作原理和安全保护效果等方面内容；2.实验研究：设计一台重载列车模型，通过模拟车辆在不同纵向压力作用下的行驶情况，来研究不同压力条件下钩缓装置的安全保护效果；3.数据分析：通过对实验数据的处理和分析，总结出不同纵向压力条件下的列车运行行为和安全性能，为铁路运输提供参考依据。
四、拟解决的问题及创新点本研究将探究钩缓装置在纵向压力作用下的安全保护效果，解决其在具体工作条件下的实际效果问题。
创新点在于：通过对实验数据的处理和分析，为铁路运输提供了不同纵向压力条件下的列车安全性能参考，为提高铁路运输运行的安全性提供了可靠依据。
五、研究预期结果通过对钩缓装置在不同纵向压力作用下的实验研究，我们期望能够得到以下结论：1.分析钩缓装置的工作原理和物理现象，探究其纵向压力作用下的安全保护效果；2.研究重载列车在不同压力条件下的安全性能和运行行为，为铁路运输提供安全保护方案；3.总结出各种运行情况下钩缓装置的可靠性和安全性，为压力大、速度快的列车提供更好的安全保障。
2-卜继玲NVH技术研讨会报告_bjl
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中国商用汽车NVH技术研讨会 中国商用汽车NVH技术研讨会 2011.07. 16 湖南株洲 NVH
三、空心橡胶弹簧产品研发
结构仿真分析结果
225 200 载荷 （ kN ） 载荷（ kN） 175 150 125 100 75 50 25 0 0
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试验测试结果 有限元分析结果
一、问题描述
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中国商用汽车NVH技术研讨会 中国商用汽车NVH技术研讨会 2011.07. 16 湖南株洲 NVH
二、橡胶悬架平顺性仿真分析
多体动力学分析模型建立
H5 B5 H6 B4 H4
H1 B0 B1
H2 B2
H3 B3
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系统仿真技术： 系统仿真技术：
在车辆悬架系统研发中， 在车辆悬架系统研发中， 虚拟样机技术中重要的是多体系统 动力学仿真和结构仿真分析技术。 动力学仿真和结构仿真分析技术。
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中国商用汽车NVH技术研讨会 中国商用汽车NVH技术研讨会 2011.07. 16 湖南株洲 NVH
一、问题描述
卜继玲 钟汉文
周炜
王继托
株洲时代新材料科技股份有限公司 2011年 2011年7月16日 16日
中国商用汽车NVH技术研讨会 中国商用汽车NVH技术研讨会 2011.07. 16 湖南株洲 NVH
摘要
悬架系统技术是汽车设计的核心技术之一，虚拟样 机技术是现代科技发展一个重要成果。论文以某型橡胶悬 架装置的系统开发中多体系统动力学仿真技术的应用情况 和某型空心橡胶弹簧复合悬架装置的空心橡胶弹簧产品研 发中结构有限元分析技术的应用情况为例，探讨了系统仿 真技术在橡胶悬架研发中的应用情况。通过仿真结果与实 验结果的相互验证，表明系统仿真技术能够有效地提高产 品开发效率，降低研发成本。
高铁轮轨动力学研究与应用
高铁轮轨动力学研究与应用
随着高铁的广泛运用，高铁轮轨动力学问题也日渐突出。
高铁运行速度快、运
营里程长，因此对轮轨动力学问题要求尤为高严。
轮轨动力学研究主要包括研究高铁列车行驶时起伏沟槽和细小颗粒对高速列车
轮轨系统的影响，以及分析高速列车轮对钢轨的磨损和疲劳损伤等问题。
研究轮轨动力学问题旨在解决高铁运行过程中发现的问题，优化列车运行效果，提高高铁运行安全性。
首先，起伏沟槽问题是高铁轮轨动力学中一个重要的问题。
起伏沟槽主要指铁
路线路上的道床、道面等位置出现颠簸的情况，这种情况容易导致高铁列车的轮轨系统发生异常变形，影响列车的行驶和运行安全。
因此，对起伏沟槽的研究和分析至关重要。
其次，对于高速列车轮对钢轨的磨损和疲劳损伤问题，也是高铁轮轨动力学中
的一个重要研究方向。
高速列车经常行驶在高速路段，因此轮对和钢轨之间的磨擦会导致轮对和钢轨的磨损，进而影响高铁的安全性和使用寿命。
因此，对磨损和疲劳损伤的研究是必要的。
此外，还有一些其他问题需要在高铁轮轨动力学研究中进行分析和解决。
例如，高铁列车在行驶过程中会产生噪音污染，因此需要对列车的噪音特性进行研究和分析，从而采取必要措施减少噪音产生，保护环境和人类健康。
此外，由于高速列车行驶时容易产生风阻，需要对列车行驶过程中的气动力学特性进行研究，探究行驶效率的优化方案。
综上所述，高铁轮轨动力学研究和应用，不仅仅是针对某一特定问题的研究，
更是一项全面性的研究。
高铁轮轨动力学研究的成果，不仅能够完善高铁的运行和管理，更可以对我国轨道交通行业的发展起到重要的推动作用。
车轮磨耗对轮轨匹配的影响规律
车轮磨耗对轮轨匹配的影响规律
刘闯;李国栋;宋春元;李晓峰
【期刊名称】《中国铁路》
【年(卷),期】2017(000)012
【摘要】轮轨匹配是影响高速动车组动力学性能的重要因素,合理的车轮型面可以提高轮轨匹配特性,从而减小轮轨间作用力.选取一列状态良好、运行固定交路的高速动车组进行长期跟踪测试,对比分析不同里程下的车轮踏面状态,对照相应里程时的车辆动力学性能,分析研究各磨耗阶段轮轨匹配对车辆性能的影响.
【总页数】6页(P23-28)
【作者】刘闯;李国栋;宋春元;李晓峰
【作者单位】中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心转向架研发部,吉林长春130000;中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心转向架研发部,吉林长春130000;中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心转向架研发部,吉林长春130000;中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心转向架研发部,吉林长春130000
【正文语种】中文
【中图分类】U270.1
【相关文献】
1.地铁车轮磨耗及其对轮轨匹配状态的影响 [J], 曹洪凯;周业明;关庆华;陶功权
2.轮轨材料硬度匹配对车轮多边形磨耗影响的试验研究 [J], 常崇义;李果;张银花;
周邵博
3.大秦线重载铁路货车轮轨、轮瓦运动形态及车轮磨耗规律研究 [J], 孔维刚;李立东;段仕会
4.高速列车轮轨接触几何参数对轮轨磨耗的影响研究 [J], 杨广雪;赵方伟;李秋泽;梁云;林国进
5.考虑轮轨匹配的地铁车轮磨耗分析 [J], 李书玉;陈小平
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铁路车辆防溜器对轮轨的作用研究
中 图分 类 号 ： Ｕ ２ ７ ９ ． ５
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ２—６ ８ ８ ６ （ ２ ０ １ ４） Ｏ １— ０ ０ ５ ０—０ ３
Ｈａ ｉ ｒ ｌ ｉ ｎ ｅ’ Ｓ ｒ ａ ｉ ｌ ｗａ ｙ ａ ｎｔ ｉ— ｒ ｕｎｎ ｉ ｎｇ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏｎ ｒ ａ ｉ ｌ ａ ｎｄ ｗｈ ｅ ｅ ｌ
本 防溜器 制动 系统 由 四个 制 动 模 块 组 成 ， 包 括 制 动装 置 、 升 降模块 、 制 动轨 和安 装块 。其结 构 如 图
１所 永 ．
６ ．第一液压缸 ； ７ ．碟簧 ； ８ ．第二液压缸 ； ９ ．齿条 ； １ ０ ．齿轮
１ １ ．缸 体 ： １ ２ ．制 动段 。
Ｏ 前
言
日前 我 国铁路 行业 在对铁 鞋 防溜方 面进 行优 化 的过 程 中不 断尝试 与创 新 ， 取 得 了一 定 的 成果 。 已
经投 入使 用 的防溜 装 置在到 发线 和站 场上均 有 着不
错 的 防溜效 果 ， 但 在功 能上缺 乏 普遍适 用性 ， 自动化 控 制还 未完 善 ， 使 得 在 多种 线 路 上 推 广使 用 变 得 极
图１ 防溜 器 总体 结 构 示 意 图
摘 要： 本文利用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件， 针 对 制 动 轨 与轨 道 轨 面 不 同高 度 、 列 车 直 线行 驶 和 弯道 行驶 两 种 情 况 下 的 变 形 和 受
力进 行 了仿 真计 算 ， 结果表明 ， 轮 轨 应 变 量会 随 制 动轨 与 轨 道 轨 面 高度 变 化 而 变化 ， 两种 行 驶 线 路 下轮 轨 应 力 分 布 受 制动 轨 与轨 面 高度 变化 的影 响 不 大 ， 此 结 果 为 防 溜 器 的设 计 和在 大 坡 度 铁 路 到 发 线 的 推 广 应 用提 供 了理 论依 据 。
重载列车车辆轮轨作用研究_卜继玲
) , 男 , 湖南浏阳人 , 副教授 , 博士 。 作者简介 : 卜继玲 (1974 —
+
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( 3)
b = n 3 N ( 1 - μ2 ) = E
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基金项目 : 教育部高等学校骨干教师资助计划项目 (2000)
第 2 6 卷 , 第 5 期 中 国 铁 道 科 学 2 0 0 5 年 9 月 CHINA RA IL WA Y SCIENCE
文章编号 : 100124632 ( 2005) 0520052205
September , 2005
Vol126
No 15
重载列车车辆轮轨作用研究
卜继玲 , 李 芾 , 付茂海 , 黄运华
( 西南交通大学 机械工程学院 , 四川 成都 610031)
摘 要 : 通过对不同轴重 、不同踏面外形和不同钢轨的轮轨接触最大应力的计算 , 得出轮轨接触应力随轴 重 、踏面和钢轨的变化情况 。分析比较理论计算和试验结果 , 验证理论研究方法的正确性 。研究表明 : 轮轨接 触应力随着轴重的提高而增加 ; 在运用初期轮轨磨耗量随运行里程增加急剧上升 ; 随着轮轨间的进一步磨合 , 轮轨接触应力和磨耗量将稳定在一定水平 ; 轴重从 21 t 提高到 23 t , 轮轨磨耗量增加 80 %左右 ; 轴重从 21 t 提 高到 25 t , 轮轨磨耗量增加 150 %左右 ; 提高钢轨的重量等级 , 可以在增加车辆轴重的同时有效地降低轮轨接触 应力及减少轮轨磨耗 。 关键词 : 轴重 ; 磨耗 ; 接触应力 ; 轮轨关系 ; 计算分析 中图分类号 : U21115 文献标识码 : A
转K7型转向架副构架优化设计
转K7型转向架副构架优化设计
韩金刚;傅茂海;卜继玲;周凌
【期刊名称】《铁道机车车辆》
【年(卷),期】2009(029)006
【摘要】以转K7型转向架副构架质量为目标函数,以C级铸钢的静强度为约束条件,根据.TB/T1335-1996所规定的货车转向架部件强度的试验载荷,对副构架进行结构优化设计,采用降低弯矩和变形量的设计方法,以提高副构架结构的静强度.优化方案副构架最大等效应力较原方案降低13.96%～34.69%,结构刚度和应力趋于均匀,副构架静强度满足设计要求.
【总页数】4页(P10-12,60)
【作者】韩金刚;傅茂海;卜继玲;周凌
【作者单位】西南交通大学机械工程学院,四川成都,610031;西南交通大学机械工程学院,四川成都,610031;西南交通大学机械工程学院,四川成都,610031;南车集团公司,眉山车辆有限公司,四川眉山,630032
【正文语种】中文
【中图分类】U272.331
【相关文献】
1.转K7型转向架副构架结构优化研究 [J], 周凌;李亨利;张显锋;邓涛
2.转K7型径向转向架用U形副构架制造工艺 [J], 邹建美
3.转K7型转向架副构架连接杆圆销研究 [J], 黄十周
4.转K7型转向架副构架连接杆圆销研究 [J], 黄十周;
5.转K7型转向架副构架疲劳强度分析 [J], 赵方伟;王璞;李亨利;谢基龙
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
日本摆式列车的发展与现状
() 2 在倾 摆 装 置上有 控制 车体倾 摆 的风缸 .控 制风 缸 的作用是 使 车体 能圆滑地 倾摆 , 辆 车 进 入 曲线前 , 慢使 其倾 斜 ; 过 曲线后 , 缓 通 又缓 慢使 其正位 . 变 自然摆 的急剧倾 斜 的缺点 .当 改 控 制 失 效 时 , 恢 复 自然 倾 摆 方 式 . 可 为 与 以 前 的 系 统 相 适 应 , 控 制 系 统 与 强 制 蒗 子 倾 摆 装 置 一 样 , 用 车 载 计 算 机 进 行 反 馈 其 采 控制 .
3 新 的 车 体倾 摆 装 置 的 开 发
3·1 既 有 线 路 的车 体 倾摆 装 置
在 曲 线 多 的线 路 区 间 , 缩 短 运 行 时 间 , 高 曲 线 运 行 速 度 比 提 高 最 高 速 度 更 有 效 . 为 了 要 提 进 一 步 提 高 曲线 通 过 速 度 和 乘 坐 舒 适 性 , 须 开 发 新 型 有 效 的倾 摆 装 置 . 必 日本 铁 道 综 合 技 术 研 究 所 采 取 了 以下 改 进 措 施 :
动 比较 困难 , 时考虑 摆 动粱倾 倒问 题 , 同 不可 能做成 轻小型 结构 . () 子装置 和旋 动 板整 体用 的箱型 防尘装 置结 构复 杂 . 2滚 () 动 板 与凸轮 从 动件 之间有 间 隙 , 行 时受 到摩擦 腐蚀 , 动板会 产生 局部 凹型 磨损 , 3旋 运 旋 使倾 摆 阻力 上升 , 构 性 能下 降 . 机 ( ) 高速度 以后 , 4提 为提高 舒适性 和抑 制 内轮碱 载 , 降低车 体倾摆 中心 , 原有 的倾 摆机 须 而 构 不易 做到 .
2 5
机车车辆通过缓和曲线时悬挂系统及轮重的动态特性
文章编号 ：１ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ １ — ０ ０ ６ ７ — ０ ８
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ ＮＡ ＲＡＩ Ｌ Ｗ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ Ｌ ３ ４ Ｎｏ ． １
１ 机车车辆通过 曲线轨道时悬挂点 的 相对位移
在 曲线轨 道上 ，为减 小 或平衡 惯性 离 心力 ，外 轨通 常要设 置超 高 ，超 高大 于或小 于 给定速 度通 过 给定 曲率 曲线所 要 求 的超 高值 时 ，轮对 中 ２个 车轮 的垂直 荷 载将 有 所 不 同＿ １ ］ 。由于 外 轨 超 高 的存 在 ，
性能 已开展 了很 多研究 ＿ ３ 。 。 ，其 中大 多是 研 究 机 车 车辆 参数 、缓 和 曲线线 型 和缓 和 曲线 长度 对 机车 车
外轨超高 ； Ｒ 。 为曲线半径；Ｏ ｃ Ｘ Ｙ ｃ Ｚ ｃ 为车体 的本 体坐标系 ，固结于车体的质 心处 ，原点 ０ ｃ 沿轨道 中线 以车速 向前 运 动 ；０ ｔ Ｘ ｙｆ Ｚ ｔ 和 ＯＫ Ｘ 分别 为 前 、后构 架 的本 体 坐 标 系 ，分 别 固结 于前 、 后构 架 的质 心处 ，原 点 ０ｔ 和 ０ 均 沿轨道 中线 以车 速 向前 运动 ；０ ｃ ，０ ｔ 和 分别 为车 体质 心 、前 构架
要 ：在分析机 车车辆通过 曲线轨道时悬挂点 相对位 移 的基础上 ，研 究悬挂 系统 的承载特 性和轮 重 的增
减载性能 。结果表 明 ：机 车车辆以欠超高状态进入缓 和 曲线 时会 造成前构 架二 系悬挂外 侧垂 向力增载 ，驶 出缓 和 曲线时则会有一定程度 的减 载 ，而后构架二系悬挂 垂 向力 的增 减载特性 与前构 架相反 ；欠 超 高状 态也会 对一
高速铁路车辆车轴的疲劳设计方法(续)
高速铁路车辆车轴的疲劳设计方法(续)
K Hirakawa;M Kubota;卜继玲
【期刊名称】《电力机车与城轨车辆》
【年(卷),期】2004(27)3
【总页数】2页(P41-42)
【关键词】高速铁路车辆;车轴;疲劳设计方法;疲劳危险部位;轮座
【作者】K Hirakawa;M Kubota;卜继玲
【作者单位】日本
【正文语种】中文
【中图分类】U271.91;U270.33
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1.高速动车组车轴材料及疲劳设计方法 [J], 周平宇
2.高速动车轴箱轴承疲劳寿命计算方法 [J], 李震; 商慧玲; 张旭; 孙伟
3.随机振动疲劳分析方法在高速铁路车辆上的应用 [J], 董磊;付德龙;安靖宇;张莉;曲文辉
4.铁路车辆车轴的疲劳强度与安全性 [J],
5.高速铁路车辆车轴的疲劳设计方法 [J], K Hirakawa;M Kubota;卜继玲
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高速铁路无砟轨道结构受力及轮轨动力作用分析的开题报告
高速铁路无砟轨道结构受力及轮轨动力作用分析的开题报
告
1.问题的提出
随着我国高速铁路建设的迅速发展，无砟轨道结构已经成为一种广泛应用的轨道结构形式。
然而，由于高速铁路运行速度高、运行频次高等因素的影响，无砟轨道结
构在受力和轮轨动力作用下容易发生变形、损坏等情况，影响其运行安全和使用寿命。
为了保障高速铁路的安全可靠运行和优化轨道结构设计，需要对无砟轨道结构受力及
轮轨动力作用进行深入研究分析。
2.研究的目的
本研究旨在通过对无砟轨道结构的受力和轮轨动力作用进行分析，探究其变形和损坏的规律，为优化无砟轨道结构设计、提高其运行安全性提供理论依据。
3.研究的内容
本研究主要包括以下内容：
（1）高速铁路无砟轨道结构概述：介绍高速铁路无砟轨道结构的组成、特点和
应用情况，为后续研究打下基础。
（2）无砟轨道结构受力分析：对无砟轨道结构的各部位受力情况进行分析，探
究其在受力作用下发生的变形和损坏模式。
（3）轮轨动力作用分析：对高速列车在无砟轨道上的轮轨动力作用进行分析，
探究其对无砟轨道结构的影响。
（4）数值计算模拟：利用有限元分析软件对无砟轨道结构的受力和轮轨动力作
用进行数值计算模拟，验证前两个部分分析结果的正确性。
（5）结论和建议：总结分析结果，提出针对无砟轨道结构设计、维护和管理的
建议。
4.研究的意义
本研究对于优化高速铁路无砟轨道结构设计、提高其运行安全性和使用寿命具有重要意义，有助于掌握无砟轨道结构的受力和轮轨动力作用规律，提高其适应高速列
车运行的能力，为我国高速铁路的发展做出一定的贡献。
重载铁路钢轨波磨对轮轨动态响应的影响研究
重载铁路钢轨波磨对轮轨动态响应的影响研究重载铁路钢轨波磨对轮轨动态响应的影响研究摘要：随着铁路运输的发展，重载铁路的运行速度和运输能力不断提升，而铁路钢轨波磨作为一种常见的磨损形式，对轮轨的动态响应会产生一定的影响。
本文通过对重载铁路钢轨波磨与轮轨动态响应的关系进行研究，揭示了波磨对轮轨动态响应的主要影响因素和机理。
1.引言重载铁路是指承载大货物负荷和高运行速度的铁路线路。
在重载铁路运行过程中，钢轨波磨是一种常见的磨损形式，可以导致轨道几何形状的变化，进而影响列车的运行安全性和运行平稳性。
因此，研究波磨对轮轨动态响应的影响具有重要的理论和实践意义。
2.波磨形成机理波磨是由于列车的运行荷载和动力作用下，铁轨表面杂质和腐蚀坑等不均匀引起的局部断裂和破坏。
运行荷载和动力作用下，波磨产生的原因主要有以下几个方面：列车荷载的集中作用、不均匀的轨道弯曲和轨道侧移、轮轨间的摩擦和振动等。
3.波磨对轮轨动态响应的影响因素3.1 波磨的频率和振幅波磨的频率和振幅是影响轮轨动态响应的主要因素。
频率越高，振幅越大，轮轨的动态响应就越明显。
因此，减小波磨的频率和振幅，对于提升轮轨的动态响应有着重要的作用。
3.2 钢轨材料和几何形状钢轨材料和几何形状也是影响轮轨动态响应的重要因素。
不同材料的钢轨其强度和刚度等性能不同，会对波磨的形成和发展产生影响。
此外，钢轨的几何形状，如轨头高度、轨腰弯曲等也会对波磨的产生和发展起到一定的影响。
3.3 环境因素环境因素也是影响轮轨动态响应的重要因素之一。
温度变化、湿度变化等环境因素会对轮轨的动态响应产生一定的影响。
尤其在高温和潮湿条件下，铁轨表面容易产生冰层或盐层，加剧波磨的发展。
4.轮轨动态响应的测量方法为了研究波磨对轮轨动态响应的影响，需要对轮轨的动态响应进行测量。
常用的测量方法有轮轨力测量、振动测量和应力分析测量等。
通过这些测量方法可以得到轮轨的动态响应数据，从而研究波磨对轮轨动态响应的影响。
基于PSD的运行列车轮轨安全作用关系的研究的开题报告
基于PSD的运行列车轮轨安全作用关系的研究的开题报告一、选题依据随着我国高速铁路建设的不断推进，人们对于铁路运输的安全性要求也不断提高。
其中，列车轮轨系统是铁路运输中最为基础、核心的组成部分，其安全性直接关系到列车运行和铁路运输的效率和稳定性。
因此，深入研究列车轮轨系统的安全性问题，对于提高铁路交通的安全性和效率具有重要意义。
二、选题的目的和意义本研究旨在分析列车轮轨系统的安全作用关系，探究轮轨系统的故障原因、成因及其与列车安全的关系，从而提出有效的安全措施，提高轮轨系统的安全性和可靠性。
该研究对于进一步完善铁路交通安全管理制度和提高列车轮轨系统的安全性具有重要的理论意义和实际应用价值。
三、研究内容和方法本研究将从以下几个方面入手，进行深入的分析研究：1、列车轮轨系统的基本原理及组成结构，包括车轮、轨道以及轮轨之间的作用关系。
2、轮轨系统故障的分类及原因分析，包括轮、轨道的磨损、变形、断裂等问题，以及温度、湿度、风力等环境因素对轮轨系统的影响。
3、列车轮轨系统与安全之间的关系，分析轮轨系统故障对列车安全的影响，以及如何通过轮轨系统的维护和管理来提高列车的安全性。
4、轮轨系统的安全措施与技术，通过选择优质的材料、加强轮轨系统的维护和管理、并开发新的技术来提高轮轨系统的安全性和可靠性。
研究方法将主要采用文献查阅、实地调研、实验测试等方法。
四、预期成果1、阐述轮轨系统的基本原理和组成结构，深入分析轮轨系统故障发生的原因及其对列车安全的影响。
2、提出轮轨系统的安全措施和技术，从而提高轮轨系统的安全性和可靠性。
3、对于进一步完善铁路交通安全管理制度和提高列车轮轨系统的安全性具有一定的参考价值和实际应用意义。
五、研究时间安排及预期目标时间安排：第1-2个月：文献查阅，深入了解轮轨系统的基本原理和故障分类方式。
第3-4个月：实地调研，了解实际轮轨系统故障的情况，量化分析列车运行中轮轨系统故障的危害程度。
第5-6个月：实验测试，构建轮轨系统模型，探究轮轨系统安全措施的实际效果。
轮轨动力相互作用的模型
轮轨动力相互作用的模型
Hempe.,K;周继宏
【期刊名称】《铁道建筑》
【年(卷),期】1994(000)004
【摘要】通过轮轨的振动模态分析，建立了能预测波磨，噪音传播和轨道部件伤损的理论模型。
【总页数】6页(P21-26)
【作者】Hempe.,K;周继宏
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】U211.5
【相关文献】
1.重载铁路轨枕空吊对轮轨动力相互作用的影响研究 [J], 张大伟;王开云;翟婉明;刘鹏飞
2.车辆——轨道系统动力模型与轮轨噪声模型比较 [J], 匡华云;邓经纬
3.车辆——轨道系统动力模型与轮轨噪声模型比较 [J], 匡华云;邓经纬
4.基于柔性轮轨模型的车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动影响的仿真研究 [J], 胡晓依;侯银庆;宋志坤;成棣;侯茂锐
5.基于车–轨垂向模型及空间模型的轮轨动力对比分析 [J], 郭智斌;李彦强
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转向架齿轮箱吊杆的优化设计
转向架齿轮箱吊杆的优化设计曾晶晶;卜继玲;刘建勋【摘要】针对某转向架齿轮箱吊杆开发设计过程中吊杆原始结构工作安全因数过大的问题,为进行轻量化设计,基于OptiStruct采用拓扑优化结合自由形状优化的方法对吊杆进行优化设计.优化后吊杆的质量减轻约38.3％,其工作安全因数和刚度满足要求.【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2013(022)002【总页数】5页(P27-30,60)【关键词】转向架;齿轮箱吊杆;轻量化设计;结构优化;拓扑优化;自由形状优化【作者】曾晶晶;卜继玲;刘建勋【作者单位】株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007【正文语种】中文【中图分类】U260.331;TB115.10 引言现代地铁车辆的关键技术包括交流传动与控制技术、轻量化车体技术和轻型转向架技术等，在转向架技术方面，轻量化、低噪声的无摇枕转向架是国内外地铁车辆转向架的发展方向.［1-2］转向架构架为焊接钢结构，同时还安装各种吊座，如电击吊座和齿轮箱吊座等.齿轮箱吊座垂向支架上的齿轮箱吊杆，其主要作用是固定齿轮箱，并承受列车运行时由齿轮箱传递来的垂向力.笔者所在公司现有的某型吊杆，在工作载荷27.8 kN下所承受的应力较小，工作安全因数较大，有一定的优化空间，所以采用OptiStruct软件的结构优化功能对其进行轻量化设计.约束吊杆的位移，保证其刚度，对吊杆进行拓扑优化;结合自由形状优化设计，设置对称约束与拔模约束，通过改变实体模型的几何形状得到更有效的细节设计，并使其更具有可加工性.［3-5］1 吊杆有限元建模及静态特性分析1.1 有限元模型建立通过球铰关节，吊杆一端与转向架构架相连，另一端与齿轮箱吊座相连.利用HyperMesh对吊杆的实体模型进行网格划分，采用C3D8R单元模拟，网格数量为7 780个，吊杆的几何模型和有限元模型见图1.1.2 边界条件和材料属性在有限元分析中，将吊杆两头的中心点与周围的节点用RBE 2单元进行连接，固定吊杆一端，在另一端施加载荷F，载荷方向为沿杆体两内孔中心距方向，见图2.齿轮箱吊杆采用高强度42CrMo钢，材料参数见表1.图2 吊杆的边界条件Fig.2 Suspender boundary condition表1 42CrMo钢材料参数Tab.1 Material parameters of 42CrMo steel弹性模量E/MPa泊松比μ屈服强度σs/MPa抗拉强度σb /MPa 210 000 0.3 650 900 1.3 结构分析和安全因数计算在工作载荷为27.8 kN时，对吊杆进行有限元分析，吊杆的位移和应力分布见图3.由图3可知，吊杆的最大应力位于吊杆内侧圆弧区域位置，最大位移为0.59 mm，最大应力为48.4 MPa，远低于材料屈服强度650 MPa.根据有限元分析结果，查机械设计手册计算其安全因数.［6］在交变应力下，构件疲劳强度计算通常校核其工作安全因数，即构件工作安全因数应大于或等于规定的安全因数，其安全因数式中:［nσ］为规定的安全因数(取 1.20 ～1.80);nσ为计算的工作安全因数;σmax 为载荷谱中的最大应力;kσ为弯曲时的有效应力集中因数;ε为尺寸因数;β为表面因数;σ-1l为材料疲劳极限.由分析可知，在持续载荷27.8 kN作用下，吊杆的最大工作应力σmax为48.4 MPa，查机械设计手册可知，kσ =1.1，ε =0.7，β =0.68，σs=650 MPa.根据式(2)得σ－1l=0.23 × (650+900)=356.5 MPa因此，吊杆的疲劳安全因数可知，在27.8 kN持续载荷作用下，吊杆安全因数为3.19，大于1.50，吊杆采用42CrMo钢，满足疲劳强度的要求并有较大的安全裕量.吊杆原始结构分析结果见表2.表2 吊杆原始结构分析结果Tab.2 Original structure analysis results of suspender载荷/kN 最大位移/mm 最大应力/MPa 安全因数27.8 0.59 48.4 3.19 2 优化分析OptiStruct结构优化主要分为结构尺寸优化、结构形状优化和结构拓扑优化等.通过结构拓扑优化分析，设计人员可以全面了解产品的结构和功能特征，对结构进行设计.由于齿轮箱吊杆有较大的安全裕量，基于轻量化的目的，采用拓扑优化结合自由形状优化方法进行优化.2.1 优化数学模型拓扑优化中的拓扑描述方式和材料插值模型是后续优化方法的基础.结构拓扑优化设计就是在给定的设计区域内寻求最优材料分布的问题，并将复合材料多孔介质模型引入到拓扑优化的材料插值模型中，提出基于均匀化理论的结构弹性张量计算方法和拓扑优化理论.［7-8］拓扑优化中常用的拓扑表达形式和材料插值模型方法有均匀化方法、密度法、变厚度法和拓扑函数描述方法等.拓扑优化的目的是进行结构整体材料布局，设计目标为整体刚度.在一定的体积约束下，设结构刚度最大(即柔顺度最小)为目标函数时，基于SIMP方法的连续体结构拓扑优化模型为式中:X为单元伪密度设计变量向量;n为单元个数;C为结构柔顺度;F为节点等效载荷向量;U为节点整体位移向量;Ui为单元i的位移向量;K为结构总刚度矩阵;Ki为单元i的刚度矩阵;vi为单元i的体积为给定材料用量;δ为一个极小正数，以避免刚度矩阵奇异;p为惩罚因子.2.2 优化设计流程优化分析模型有设计变量、目标函数和约束条件等3个要素.在结构拓扑优化中，约束条件为最大合位移，目标函数为体积最小，设计变量为单元密度，分析得到最佳的材料分布，形成新的结构设计方案.在此基础上，利用形状优化进行更细致的设计，并考虑结构的可加工性.［9-10］2.3 拓扑优化分析在进行结构拓扑优化前，首先根据设计要求和结构特点定义结构的初始设计区域，然后根据结构所要满足的功能选择合适的目标函数.根据齿轮箱吊杆的结构特征以及有限元分析结果，在拓扑优化分析中将有限元网格划分成设计区域(浅色)和非设计区域(深色)，见图4.图4 吊杆的设计区域和非设计区域Fig.4 Design area and non-design area ofsuspender以体积最小为目标函数，最大位移为约束条件，单元密度为设计变量，建立吊杆拓扑优化设计模型式中:X为单元伪密度;f(X)为吊杆的体积;g(X)为吊杆的最大合位移.在HyperMesh中设置好各项优化参数后，提交OptiStruct进行拓扑优化，优化后吊杆的单元密度云图见图5，设计模型见图6.对齿轮箱吊杆拓扑优化设计模型进行有限元分析，结果见表3.齿轮箱吊杆上最大的应力集中区域有所减小，位移和应力分布见图7.表3 吊杆拓扑优化设计模型结果Tab.3 Results of topology optimization design model of suspender载荷/kN 最大位移/mm 最大应力/MPa 安全因数27.8 1.13 121.9 1.272.4 自由形状优化在拓扑优化模型基础上进行自由形状优化，改变实体模型的几何形状以得到更有效的细节设计，使最终的优化设计方案更具有可加工性.设计变量为拓扑优化设计模型中3个孔洞内表面节点的线性扰动，目标函数为模型整体应力最小，设置刚度约束，并结合对称约束和拔模约束，进行自由形状优化，优化后的设计模型见图8. 图8 优化后的设计模型Fig.8 Design model after optimization对齿轮箱吊杆最终自由形状优化设计模型进行有限元分析，结果见表4.齿轮箱吊杆上的最大应力为103 MPa，小于材料的屈服极限650 MPa，位移和应力分布见图9.表4 吊杆自由形状优化设计模型结果Tab.4 Results of free shape optimization design model of suspender载荷/kN 最大位移/mm 最大应力/MPa 安全因数27.8 1.10 119.0 1.303 优化设计前、后对比通过前述分析可知，吊杆优化前、后性能比较见表5.将吊杆的原始结构模型与优化设计模型进行比较，可以看出优化设计模型质量较以前减轻38.3%，达到轻量化的目的.吊杆优化后的安全因数为1.30，满足规定的工作安全因数(取1.20～1.80)，刚度为25.3 MN/m，满足设计要求(20 MN/m).表5 吊杆优化前、后性能比较Tab.5 Comparison of suspender performance before and after optimization参数安全因数刚度/(MN/m) 质量/kg优化前3.19 47.1 24.0优化后1.30 25.3 14.84 结束语通过对齿轮箱吊杆进行分析校核—优化分析设计—再次分析校核的“循环式”方法，最终得到较理想的设计方案，吊杆质量减轻38.3%，同时满足规定的工作安全因数和刚度要求.拓扑优化结合自由形状优化的方法在转向架零件的轻量化设计中具有理论意义和实际应用价值，在工程中将得到更加广泛的应用.参考文献:【相关文献】［1］张斌瑜，赵洪伦.基于有限元分析的地铁车辆转向架构架优化设计［J］.计算机辅助工程，2011，20(2):82-85.ZHANG Bingyu，ZHAO Honglun.Optimization design of metro bogie frame based on finite element analysis［J］.Comput Aided Eng，2011，20(2):82-85.［2］熊德伟.地铁转向架齿轮箱吊座拓扑优化［D］.北京:北京交通大学，2011.［3］刘庆，侯献军.基于HyperMesh/Optistruct的零部件结构拓扑优化设计［J］.装备制造技术，2008(10):42-44.LIU Qing，HOU Xianjun.Structure topology optimization design of vehicle parts based on HyperMesh/Optistruct［J］.Equipment Manufacturing Technol，2008(10):42-44.［4］张胜兰，郑冬黎，郝琪，等.基于HyperWorks的结构优化设计技术［M］.北京:机械工业出版社，2007:170-258.［5］杜海珍，荣见华.汽车车架结构的拓扑优化设计［J］.机械设计与研究，2007，23(1):116-119.DU Haizhen，RONG Jianhua.Topology optimization of truck frame structure［J］.Machine Des ＆ Res，2007，23(1):116-119.［6］徐灏.机械设计手册:第2卷:疲劳强度设计［M］.北京:机械工业出版社，1991:31-50.［7］BENDSOE M P，KIKUCHI N.Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method［J］.Comput Methods Appl Mech＆ Eng，1998，71(2):197-224.［8］HASSANI B，HINTON E.A review of homogenization and topology optimization Ⅲ-topology optimization using optimality criteria［J］.Comput＆Structures，1998，69(6):739-756.［9］郭中泽，张卫红，陈裕泽.结构拓扑优化设计综述［J］.机械设计，2007，24(8):1-6.GUO Zhongze，ZHANG Weihong，CHEN Yuze.An overview on the topological optimization design of structures［J］.J Machine Des，2007，24(8):1-6.［10］朱灯林，陈俊伟，俞洁，等.结构拓扑优化设计的研究现状及其应用［J］.机械制造与自动化，2005，34(6):7-11.ZHU Denglin，CHEN Junwei，YU Jie，et al.Developments of structural topology design and it’s application in structural design［J］.Machine Building＆Automation，2005，34(6):7-11.［11］李颖琎，高岩.HyperWorks在汽车转向节优化设计中的应用［C］//结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集，北京:中国力学学会，2009:639-646.。
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关键词 : 轴重 ; 磨耗 ; 接触应力 ; 轮轨关系 ; 计算分析 中图分类号 : U21115 文献标识码 : A
近年来 , 重载列车发展迅速 , 欧洲 、日本等国 家也开始发展重载列车 , 其中澳大利亚重载列车的 单列载重已经接近 10 万 t [1 ] 。
提高车辆轴重是增加货车载重最为有效的方 法 , 目前世界各国重载运输均采用此方式 。增加轴 重不可避免地要增大轮轨间的相互作用力 , 其结果 必然会加剧轮轨磨损 , 导致钢轨 、车轮频繁维修甚 至更换 。据统计 , 我国铁路目前每年更换钢轨已接 近 3 000 km , 不仅造成人力 、物力损失 , 同时降 低了铁路设施的利用率 。因此 , 研究轴重对轮轨作 用的影响是发展重载运输不可忽视的重要内容 。
(西南交通大学 机械工程学院 , 四川 成都 610031)
Vol126 No15
September , 2005
摘 要 : 通过对不同轴重 、不同踏面外形和不同钢轨的轮轨接触最大应力的计算 , 得出轮轨接触应力随轴 重 、踏面和钢轨的变化情况 。分析比较理论计算和试验结果 , 验证理论研究方法的正确性 。研究表明 : 轮轨接 触应力随着轴重的提高而增加 ; 在运用初期轮轨磨耗量随运行里程增加急剧上升 ; 随着轮轨间的进一步磨合 , 轮轨接触应力和磨耗量将稳定在一定水平 ; 轴重从 21 t 提高到 23 t , 轮轨磨耗量增加 80 %左右 ; 轴重从 21 t 提 高到 25 t , 轮轨磨耗量增加 150 %左右 ; 提高钢轨的重量等级 , 可以在增加车辆轴重的同时有效地降低轮轨接触 应力及减少轮轨磨耗 。
第 2 6 卷 , 第 5 期 中 国 铁 道 科 学 2 0 0 5 年 9 月 CHINA RA IL WA Y SCIENCE
文章编号 : 100124632 (2005) 0520052205
重载列车车辆轮轨作用研究
卜继玲 , 李 芾 , 付茂海 , 黄运华
53
式中 : R 为接触点处车轮滚动圆半径 , m ; R r 为 钢轨轨头横断面外形的半径 , m ; Rw 为车轮踏面 横断面外形的半径 , m ; N 为接触斑上的法向载荷 (车轮对钢轨的载荷) , kN ; β, m , n 分别是计算 轮轨接触斑所用的系数 。
图 1 轮轨接触斑示意图
按式 (1) 或式 (3) 右边的绝对值可以求得β 的大小 , 其符号表示长短轴的不同方向 ; 根据相关 图或表查出式 (2) 或式 (4) 中的 m 和 n 的值[6 ] , 从而可计算出接触斑长短轴的大小 。 112 Kalker 理论
L M 磨耗形车轮 105 500 500
与新轨 (75 kg·m - 1) 115 500 500
接触
125 500 500
717154 739163 760148
锥形踏面车轮 105
与新轨 (60 kg·m - 1) 115
接触
125
∞ 300 1 286123 ∞ 300 1 325184 ∞ 300 1 363120
cos β =
1 R 1 R
+
1 Rr
-
1 Rr
+
1 Rw 1 Rw
(1)
a m
3
=
b3 n
3 N (1 - μ2)
=
E
1
1 R
+
1 Rr
+
1 Rw
(2)
凹形 (磨耗形) 踏面车轮 , 有计算公式 :
cos β =
1 R 1 R
+
1 Rr
+
1 Rr
+
1 Rw 1 Rw
(3)
a m
乘积 , 即
W 2 = QεR
(10)
213 轮轨接触斑处消耗的功
轮轨接触斑处消耗的功是英国在 20 世纪 80 年
代提出的一个评价轮轨磨耗的指标 , 其物理意义为
机车车辆沿轨道运行每单位长度所消耗的摩擦功 ,
其大小为蠕滑力合力 F 与蠕滑率ε这 2 个向量的
数量积 , 即
W 3 = Fε
算 , 参照图 1 , 轮轨接触的最大应力为
σmax
=
115 N π ab
(5)
车轮和钢轨之间的最大压缩量为
δmax = λ3
N2
1 r0
+
1 Rr
+
1 Rw
4
×
4E 3 (1 - μ3)
(6)
根据 Hertz 理论 , 接触斑上的接触应力按椭圆
体规律分布 , 其满足下式 :
σσ2m2ax
kg·m - 1 ( R r = 300 mm) 提高到 75 kg·m - 1 ( R r = 500 mm) , 最大接触应力可降低 25 %左右 。而采
用 L M 磨耗形踏面的车轮与采用 TB 锥形踏面的车
轮相比 , 其最大接触应力也可降低 25 %左右 。进
一步比较发现 , 采用 25 t 轴重的磨耗形车轮与 75
3
=
b3 n
=
3 N (1 E
μ2)
1
1 R
+
1 Rr
-
1 Rw
(4)
收稿日期 : 2004211229 作者简介 : 卜继玲 (1974 —) , 男 , 湖南浏阳人 , 副教授 , 博士 。 基金项目 : 教育部高等学校骨干教师资助计划项目 (2000)
第 5 期 重载列车车辆轮轨作用研究
具有弹性的车轮在弹性钢轨上以一定速度 v 运行时 , 在轮轨接触面上会产生一种极为复杂的物 理现象 : 车轮和钢轨之间存在相互滑动而出现一个 速度差 , 由于这种局部微小滑动及摩擦的作用 , 在 轮轨之间的接触面上产生切向力 。
对于滑动和切向力之间的关系 , 在 20 世纪 20 年代 Carter 就进行了大量的研究 , 揭示了轮轨间的 蠕滑力大小取决于蠕滑率 , 并导出了圆柱体在平面 上滚动时的蠕滑定理[7 ] 。但其相互之间的关系直 到 20 世纪 60 年代初才由德国人 Müller C Th 通过 对车辆蛇行运动的研究得以证明 。在当时由不同曲 率组成的轮轨踏面之间的接触关系尚不清楚 , Müller C Th 通过具有一定冲角的轮轨关系试验导 出了相应的蠕滑定理[8 ] 。1966 年 , 荷兰人 Kalker J J 发表了其博士论文 , 首次从理论上揭示了轮轨接 触关系和蠕滑定理的实质[9 ] 。经过多年的研究发 展 , Kalker 的滚动接触理论包括其线性理论 、简化 理论 、非线性精确理论 、新简化理论等 , 较完整地 解决了两弹性体在干摩擦下的滚动接触理论 。德国 人 Krause 后来在试验中验证了 Kalker 理论的正确 性[10 ] 。20 世纪 70 年代 , 欧洲铁路联盟 ( U IC) 根 据较大蠕滑情况下车轮在钢轨上的运行特点 , 对横
3 试验结果分析
为了将轮轨接触的稳态蠕滑理论拓展到非稳态 或动态领域 , 对轮轨接触应力 、塑性变形和轮轨疲 劳磨损情况做进一步的解析 , 利用西南交通大学 JD21 轮轨摩擦学模拟试验机和滚动振动试验台进 行了大量的试验研究[12 ,13 ] 。图 3 给出了铁路货车 磨耗型 (L M) 踏面和 60 kg·m - 1钢轨之间的接触 面积 、接触应力和车轮磨耗及磨损率随车辆轴重增 加的变化形式 。需要说明的是这些试验结果只是描 述了车轮踏面的磨耗情况 , 即模拟在直线轨道上的 运行工况 。而对于实际运用中存在的轨道不平顺引 起的轮轨冲击 、曲线运行时车轮轮缘和钢轨之间的 接触等等情况还有待进一步的研究 。
向 、纵向和自旋蠕滑率给出了更加确切的定义 。在
工程应用中 , 一般采用 Kalker 的线性理论 , 同时
采用蠕滑力的非线性近似方法进行修正 。
113 接触应力计算
轮轨之间的接触应力与车轮和钢轨外形的几何
接触具有十分密切的关系 。在假定轮轨材料相同的
条件下 , 一般可根据 Hertz 弹性体接触理论分析计
kg·m - 1钢轨相配合 , 其轮轨接触最大应力与目前
54
中 国 铁 道 科 学 第 26 卷
我国铁路货车采用的 21 t 轴重的磨耗形车轮与 60 kg·m - 1钢轨配合的相比 , 降低 21 %左右 。
图 2 轮轨最大接触应力与轴重的关系
表 1 轮轨接触应力理论计算
接触状态
计算条件
N
Rw
Rr
/ kN / mm / mm
σmax / MPa
L M 磨耗形车轮
105 500 300 115 500 300
965115 994187
与新轨 (60 kg·m - 1) 125 500 300 1 022191
接触
135 500 300 1 049149
150 500 300 1 087100
τmax / MPa
304102 313138 322122 330159 342141
226103 232198 239155
405116 417164 429141
2 轮轨磨耗评定
轮轨磨耗多年来无论是在国内还是国外均没有
一个公认的评定指标[9 ] 。这主要是因为轮轨磨耗
的机理非常复杂 , 同时各国的实际情况也不一样 ,
评价轮轨磨耗的出发点也不尽相同 。以下是现有的
几种主要评价指标 。
211 磨耗因数
磨耗因数是表征轮缘与钢轨侧面能量损耗的指
标 , 其大小为轮缘力 P 与轮轨冲角α的乘积 , 即
W 1 = Pα
(9)
212 踏面磨耗指标
踏面磨耗指标是表征车轮踏面与钢轨顶面磨耗
的一个指标 , 其大小为轮重 Q 与合成蠕滑率εR 的
1 轮轨接触应力分析
轮轨接触关系是研究列车系统的最基本也是最 复杂的一个问题 , 轮轨接触应力的计算是研究轮轨 关系的基础 , 也是进一步研究车辆的运行性能及轮