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Numerical simulation of wheel wear evolution for heavy haul railway 被引量:13
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作者 王璞 高亮 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第1期196-207,共12页
The prediction of the wheel wear is a fundamental problem in heavy haul railway. A numerical methodology is introduced to simulate the wheel wear evolution of heavy haul freight car. The methodology includes the spati... The prediction of the wheel wear is a fundamental problem in heavy haul railway. A numerical methodology is introduced to simulate the wheel wear evolution of heavy haul freight car. The methodology includes the spatial coupling dynamics of vehicle and track, the three-dimensional rolling contact analysis of wheel-rail, the Specht's material wear model, and the strategy for reproducing the actual operation conditions of railway. The freight vehicle is treated as a full 3D rigid multi-body model. Every component is built detailedly and various contact interactions between parts are accurately simulated, taking into account the real clearances. The wheel-rail rolling contact calculation is carried out based on Hertz's theory and Kalker's FASTSIM algorithm. The track model is built based on field measurements. The material loss due to wear is evaluated according to the Specht's model in which the wear coefficient varies with the wear intensity. In order to exactly reproduce the actual operating conditions of railway,dynamic simulations are performed separately for all possible track conditions and running velocities in each iterative step.Dimensionless weight coefficients are introduced that determine the ratios of different cases and are obtained through site survey. For the wheel profile updating, an adaptive step strategy based on the wear depth is introduced, which can effectively improve the reliability and stability of numerical calculation. At last, the wear evolution laws are studied by the numerical model for different wheels of heavy haul freight vehicle running in curves. The results show that the wear of the front wheelset is more serious than that of the rear wheelset for one bogie, and the difference is more obvious for the outer wheels. The wear of the outer wheels is severer than that of the inner wheels. The wear of outer wheels mainly distributes near the flange and the root; while the wear of inner wheels mainly distributes around the nominal rolling circle. For the outer wheel of front wheelset of each bogie, the development of wear is gradually concentrated on the flange and the developing speed increases continually with the increase of traveled distance. 展开更多
关键词 heavy haul railway wheel wear evolution wheel-rail rolling contact vehicle-track coupling dynamics profile updating
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Wheel wear comparison between motor car and trailer of intercity train 被引量:1
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作者 KOU Jie ZHANG Ji-min +2 位作者 ZHOU He-chao WANG Cheng-ping SUN Li-xia 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第6期1737-1746,共10页
To analyze wheel wear discrepancy between motor car and trailer of an intercity train,a novel wheel wear rates calculation model was proposed,which was composed of the intercity train dynamics model,wheel-rail three-d... To analyze wheel wear discrepancy between motor car and trailer of an intercity train,a novel wheel wear rates calculation model was proposed,which was composed of the intercity train dynamics model,wheel-rail three-dimensional rolling contact FEM model and the wear model.The simulated results were contrasted with measured results in field test.The simulated results showed the motor car wheels had larger rotation rate and longitudinal creepage than the trailer wheels.Meanwhile,the motor car wheels encountered larger vertical forces and longitudinal forces from bogie because of the heavier car body and the impact of traction torque.The traction torque acting on motor car wheel could increase the slip rates in the rear part of wheel contact patch and weaken the spinning phenomenon of relative slip.Larger contact pressure and slip rates caused the higher wear rates of motor car wheel than those of trailer wheel.The overall trends of wheel wear depth in simulated and tested results were similar.And they both showed the motor car wheel encountered the more serious wear than the trailer wheel.These models can be used to study the effect of the traction characteristics curves on the wear of wheel. 展开更多
关键词 wheel wear intercity train motor car and trailer finite element method(FEM) field test
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Wear characteristics and prediction of wheel profiles in high-speed trains
3
作者 韩鹏 张卫华 李艳 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第8期3232-3238,共7页
Wheel/rail relationship is a fundamental problem of railway system. Wear of wheel profiles has great effect on vehicle performance. Thus, it is important not just for the analysis of wear characteristics but for its p... Wheel/rail relationship is a fundamental problem of railway system. Wear of wheel profiles has great effect on vehicle performance. Thus, it is important not just for the analysis of wear characteristics but for its prediction. Actual wheel profiles of the high-speed trains on service were measured in the high-speed line and the wear characteristics were analyzed which came to the following results. The wear location was centralized from-15 mm to 25 mm. The maximum wear value appeared at the area of 5 mm from tread center far from wheel flange and it was less than 1.5 mm. Then, wheel wear was fitted to get the polynomial functions on different locations and operation mileages. A binary numerical prediction model was raised to predict wheel wear. The prediction model was proved by vehicle system dynamics and wheel/rail contact geometry. The results show that the prediction model can reflect wear characteristics of measured profiles and vehicle performances. 展开更多
关键词 high-speed trains wheel wear wear characteristics wear prediction vehicle system dynamics
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考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修优化策略 被引量:1
4
作者 张霞 邓银强 +2 位作者 杨岳 辜良瑶 陈峰 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第4期1457-1467,共11页
车轮的磨耗状况对动车组列车的运行安全和品质有着重要影响。为将磨损车轮镟修恢复至标准踏面外形,目前车轮镟修存在切削量过大,降低车轮使用寿命的情况。结合动车组车轮走行过程中的磨耗特性,提出考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修... 车轮的磨耗状况对动车组列车的运行安全和品质有着重要影响。为将磨损车轮镟修恢复至标准踏面外形,目前车轮镟修存在切削量过大,降低车轮使用寿命的情况。结合动车组车轮走行过程中的磨耗特性,提出考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修优化策略。首先,建立车轮外形参数磨耗速率模型,利用相关性分析、高斯分布检验研究车轮磨耗速率模型与车轮外形参数的相关性,得出不同运行线路上车轮最低磨耗速率点。然后,利用加权尺寸最近点迭代法进行车轮变形矫正,优先考虑车轮镟修后踏面外形处于最低磨耗状态,应用不同薄轮缘踏面外形镟修模板,进行自适应匹配单轮车轮经济型镟修。在此基础上,针对动车组车轮轮径差的安全运行要求,构建一种考虑磨耗特性的整车车轮经济型镟修优化模型。实例验证结果表明:轮径磨耗速率与车轮直径大小、轮缘厚度显著相关,轮缘厚度处于31.5~32 mm时,轮径磨耗速率低,镟修恢复可优先考虑。整车车轮经济型镟修优化决策的结果显示,车轮镟修恢复后的踏面外形处于低速率磨耗状态,轮径总切削量较实际镟修车间下降了约21%。与常规的车轮镟修策略相比,考虑磨耗特性的车轮经济型镟修优化策略更具智能化,有利于延长车轮使用寿命,降低铁路运营成本。 展开更多
关键词 车轮磨耗特性 镟修优化策略 经济型镟修 加权尺寸最近点迭代法 自适应匹配
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重载铁路小半径曲线钢轨型面非对称优化设计 被引量:1
5
作者 丁旺才 张建栋 +3 位作者 葛菲元 吴少培 李得洋 李国芳 《振动与冲击》 北大核心 2025年第6期272-281,共10页
为研究重载铁路小半径曲线钢轨型面优化问题,以外、内轨钢轨磨耗面积及滚动圆半径差为优化目标,在考虑减缓磨耗的同时对车辆通曲能力进行优化,运用克里格理论拟合目标函数得到相应的数学模型;通过非均匀有理样条曲线对钢轨廓形进行参数... 为研究重载铁路小半径曲线钢轨型面优化问题,以外、内轨钢轨磨耗面积及滚动圆半径差为优化目标,在考虑减缓磨耗的同时对车辆通曲能力进行优化,运用克里格理论拟合目标函数得到相应的数学模型;通过非均匀有理样条曲线对钢轨廓形进行参数化描述,结合第二代非支配遗传算法对目标函数进行求解得到优化目标对应的优化廓形,并从优化型面的磨耗性能、动力学性能、钢轨滚动接触疲劳及车轮磨耗性能等方面进行评价。结果表明:设计变量的范围对目标函数影响显著,优化设计变量范围后求解得到的最优廓形在磨耗面积和滚动圆半径差上的表现均优于初始设计变量范围对应的最优廓形;优化型面在磨耗指数、磨耗功及钢轨磨耗量方面均优于初始CN75型面,在轮对横移量等动力学性能方面也均优于初始CN75型面,可以更好保证列车运行的安全性和稳定性;在钢轨滚动接触疲劳方面,优化型面均优于初始CN75型面,其中右轨的优化效果最为显著;在车轮磨耗方面,优化型面与初始CN75型面对车轮的磨耗影响差异较小,外、内轨优化型面整体磨耗量较初始CN75型面有微幅减少,优化型面车轮磨耗性能优于初始CN75型面。 展开更多
关键词 轮轨磨耗 小半径曲线钢轨型面优化 设计变量影响效应 第二代非支配遗传算法 钢轨疲劳损伤
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高速道岔磨耗钢轨智能打磨研究 被引量:1
6
作者 肖乾 杨逸航 +3 位作者 林凤涛 赵康云 陈琦琦 胡伟豪 《铁道学报》 北大核心 2025年第6期132-143,共12页
列车通过道岔时,轮轨磨耗导致车体横向加速度超限现象频发。钢轨打磨是缓解该问题的有效手段之一,但缺乏完善的打磨体系指导铁路工人,以致打磨后车体横向加速度未得到明显改善。针对车体横向加速度超限的列车车轮廓形及相应道岔钢轨廓... 列车通过道岔时,轮轨磨耗导致车体横向加速度超限现象频发。钢轨打磨是缓解该问题的有效手段之一,但缺乏完善的打磨体系指导铁路工人,以致打磨后车体横向加速度未得到明显改善。针对车体横向加速度超限的列车车轮廓形及相应道岔钢轨廓形进行详尽的数据收集与分析,优化道岔打磨的目标廓形和方案,构建打磨车智能打磨体系,为现场作业提供精准的钢轨打磨方案。研究表明,轮轨磨耗导致道岔钢轨轨面出现不平顺。运用非均匀有理B样条(NURBS)曲线拟合技术,结合优化遗传算法和车辆动力学模型,以减少打磨量,改善轮轨接触性能,提升打磨效率为目标,从而计算出理想的打磨目标优化廓形。在此基础上,利用Matlab平台建立智能打磨体系,可以实时计算道岔打磨优化方案,有效指导现场施工。建立车辆-道岔耦合动力学模型分析打磨效果,计算表明,当车辆以300 km/h的速度通过打磨后的道岔时,车体最大横向加速度、最大脱轨系数和最大磨耗指数分别比打磨前降低69.31%、6.67%和55.38%。因此,采用道岔钢轨智能打磨体系,不仅提高了打磨工作的效率,还显著改善了轮轨磨耗,增强了列车运行的安全性和平稳性。 展开更多
关键词 高速铁路 道岔钢轨打磨 智能打磨 车体加速度 轮轨磨耗 车辆动力学
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钢轨不平顺焊接区的磨耗及裂纹萌生预测 被引量:4
7
作者 林凤涛 王子旭 +3 位作者 谭荣凯 张子豪 杜瑞廷 史志勤 《机械强度》 北大核心 2025年第1期146-154,共9页
为探究钢轨焊接区的磨耗及裂纹萌生与轴重及摩擦因数的关系,通过对大量不平顺焊接区的实地测量,拟合了两种典型焊接区的不平顺数据,建立了上凸和下凹两类典型焊接区不平顺轮轨接触的有限元模型。结合摩擦功模型和Archard磨耗理论,对焊... 为探究钢轨焊接区的磨耗及裂纹萌生与轴重及摩擦因数的关系,通过对大量不平顺焊接区的实地测量,拟合了两种典型焊接区的不平顺数据,建立了上凸和下凹两类典型焊接区不平顺轮轨接触的有限元模型。结合摩擦功模型和Archard磨耗理论,对焊接区最大磨耗截面进行预测,基于Jiang-Sehitoglu模型对焊接区裂纹萌生寿命进行预测。发现随着轴重的增加,上凸及下凹焊接区的磨耗速率均增大;且轴重达到16 t时上凸型焊接区磨耗速率显著增大,而下凹型焊接区在轴重达到18 t时磨耗速率显著增大;摩擦因数从0.2增加到0.35,上凸和下凹两类焊接区最大磨耗量分别为1.93 mm、1.08 mm;且上凸型焊接区磨耗速率在摩擦因数为0.3时显著增大,而下凹型焊接区磨耗速率在摩擦因数为0.35时显著增大。轴重从12 t增加到18 t,上凸型焊接区服役寿命的衰减幅度较小,而下凹型焊接区服役寿命衰减幅度较大。此外,当摩擦因数从0.2增加至0.35时,其对上凸型焊接区服役寿命的影响明显小于轴重(12~18 t)的影响。然而,当摩擦因数从0.2增加至0.35时,其对下凹型焊接区服役寿命的影响与轴重(12~18 t)的影响相当。结果表明,随着轴重和摩擦因数的增加,对钢轨焊接区下凹型不平顺的寿命影响更加显著;在工务维护过程中,应着重关注下凹型焊接区的出现并及时标记和修复。 展开更多
关键词 铁道工程 轮轨关系 磨耗预测 裂纹萌生预测
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制动时车轮型面演变及表面硬化对车轮磨耗的影响
8
作者 朱爱华 张财胜 +4 位作者 杨建伟 白堂博 张骄 白杨 李安琰 《北京交通大学学报》 北大核心 2025年第2期174-182,共9页
针对制动时车轮型面演变和表面硬化对车轮磨耗影响的问题,基于实测的地铁车轮磨耗型面和踏面硬度数据,分别建立车轮-闸瓦有限元模型和含有柔性轮对的车辆系统刚柔耦合动力学模型,分析紧急制动工况下不同车轮磨耗型面对轮轨接触特性、轮... 针对制动时车轮型面演变和表面硬化对车轮磨耗影响的问题,基于实测的地铁车轮磨耗型面和踏面硬度数据,分别建立车轮-闸瓦有限元模型和含有柔性轮对的车辆系统刚柔耦合动力学模型,分析紧急制动工况下不同车轮磨耗型面对轮轨接触特性、轮轨动态响应、车轮-闸瓦接触应力及制动温升的影响.在考虑不同车轮磨耗型面及硬度的基础上,利用改进的Archard磨耗模型分别计算车轮-钢轨磨耗、车轮-闸瓦磨耗与踏面总磨耗.研究结果表明:随着踏面磨耗程度的增加,车轮-钢轨、车轮-闸瓦接触应力与接触面积发生变化;相较于轮轨垂向力,横向蠕滑力和纵向蠕滑力对型面变化更敏感;车轮-钢轨磨耗主要受车轮-钢轨接触应力影响,而车轮-闸瓦磨耗主要受踏面初始硬度影响;紧急制动时踏面总磨耗以车轮-闸瓦磨耗为主. 展开更多
关键词 城市轨道交通 车轮磨耗 不同磨耗型面 轮轨动态响应 紧急制动
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跨座式轨道交通车辆走行轮胎偏磨损分析及参数影响研究
9
作者 杨震 苟良春 +2 位作者 杜子学 文孝霞 许舟洲 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第7期15-22,共8页
针对跨座式单轨车辆走行轮异常偏磨损现象,建立了有效的单轨车辆走行轮胎有限元模型,并以走行轮胎摩擦功总和、摩擦功偏度值来表征偏磨损,研究了单轨车辆走行轮胎参数对走行轮偏磨损的影响规律,采用符号回归分析方法找到了走行轮胎参数... 针对跨座式单轨车辆走行轮异常偏磨损现象,建立了有效的单轨车辆走行轮胎有限元模型,并以走行轮胎摩擦功总和、摩擦功偏度值来表征偏磨损,研究了单轨车辆走行轮胎参数对走行轮偏磨损的影响规律,采用符号回归分析方法找到了走行轮胎参数与摩擦功总和、摩擦功偏度值的函数解析式。结果表明:当车速为36 km/h时可以使磨损和偏磨损最小;适当减小走行轮胎垂向力、侧偏角和侧倾角可以有效的减小走行轮胎的摩擦功总和、摩擦功偏度值,改善走行轮胎偏磨损状况。 展开更多
关键词 车辆工程 单轨车辆 走行轮 偏磨损 符号回归
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基于力-振动信号特征融合的砂轮磨损智能辨识系统
10
作者 丁宁 杨云淏 +4 位作者 段景淞 谭鹏乐 张楷毓 董之宁 史尧臣 《机床与液压》 北大核心 2025年第14期106-111,共6页
在磨削加工过程中,砂轮磨损会显著影响加工质量。为了对砂轮磨损状态进行辨识和及时修整,提出一种基于力-振动信号特征融合的智能辨识方法。以难加工的航空航天钛合金材料为磨削对象,建立砂轮磨损状态的多信号采集系统,同步获取磨削力... 在磨削加工过程中,砂轮磨损会显著影响加工质量。为了对砂轮磨损状态进行辨识和及时修整,提出一种基于力-振动信号特征融合的智能辨识方法。以难加工的航空航天钛合金材料为磨削对象,建立砂轮磨损状态的多信号采集系统,同步获取磨削力信号、振动信号和砂轮表面形貌数据。通过结合表面形貌和信号特征分析,探究砂轮磨损的演化规律。将磨削过程中的法向力与切向力之比σ(F_(N)/F_(t))和振动信号均方根值(RMS)作为表征砂轮磨损程度的关键参数,构建基于残差神经网络和支持向量机(ResNet-SVM)的砂轮磨损智能辨识模型,以提高辨识精度。该模型利用ResNet提取深层特征,通过SVM进行分类决策,并采用线性加权融合策略提升系统性能。结果表明:所提方法在砂轮磨损状态识别方面优于传统的CNN-SVM模型,辨识精度可达95%以上。 展开更多
关键词 砂轮磨损 磨削力 振动信号 残差神经网络 支持向量机
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磨耗道岔钢轨打磨廓形智能优化对车辆运行影响
11
作者 肖乾 杨逸航 +2 位作者 昌超 林凤涛 章治 《铁道学报》 北大核心 2025年第10期124-133,共10页
为改善高速列车直向过岔时车体横向加速度超限问题,针对磨耗道岔钢轨廓形开展优化研究,通过仿真验证优化廓形对车辆运行性能的影响,并应用于实际打磨施工。研究结果表明,道岔不同位置存在差异化磨耗,导致车辆通过道岔时等效锥度波动显著... 为改善高速列车直向过岔时车体横向加速度超限问题,针对磨耗道岔钢轨廓形开展优化研究,通过仿真验证优化廓形对车辆运行性能的影响,并应用于实际打磨施工。研究结果表明,道岔不同位置存在差异化磨耗,导致车辆通过道岔时等效锥度波动显著,进而引发车体横向加速度超限现象。研究采用GA-NURBS曲线拟合道岔钢轨关键断面磨耗廓形,确定钢轨廓形型值点后,基于PSO-BP-NSGAⅡ智能算法对型值点进行优化,最终求解得到优化廓形。车辆-道岔耦合动力学模型仿真结果显示,当车辆以300km/h速度通过优化廓形时,与磨耗廓形相比,轮轨横向力、垂向力分别降低67.32%、3.11%,脱轨系数降低55.55%,车体横向加速度、垂向加速度分别降低49.24%、33.79%;在不同速度条件下,车辆通过优化廓形时的各项动力学参数均小于磨耗廓形,且优于全新廓形。基于优化廓形实施现场打磨后,连续10周监测未出现车体横向加速度报警现象。因此,磨耗道岔钢轨打磨廓形优化可有效改善车辆运行性能。 展开更多
关键词 高速列车 钢轨打磨 轮轨磨耗 智能算法 车辆动力学
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滑差率对动车组车轮钢滚动接触疲劳性能的影响研究 被引量:1
12
作者 李俊 曾东方 +3 位作者 鲁连涛 宫彦华 陈希 邹朗 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第2期223-230,共8页
车轮滚动接触疲劳是影响列车运行安全和使用寿命的重要因素,轮轨间滑差率会对滚动接触疲劳损伤产生显著影响,为了分析滑差率对动车组车轮钢滚动接触疲劳性能的影响,本研究中开展了水润滑条件下的车轮钢滚动接触疲劳试验,分析了不同滑差... 车轮滚动接触疲劳是影响列车运行安全和使用寿命的重要因素,轮轨间滑差率会对滚动接触疲劳损伤产生显著影响,为了分析滑差率对动车组车轮钢滚动接触疲劳性能的影响,本研究中开展了水润滑条件下的车轮钢滚动接触疲劳试验,分析了不同滑差率条件下车轮钢的摩擦磨损行为和滚动接触疲劳损伤特征;通过安定图理论分析裂纹萌生行为,通过基于最大周向力准则和流体腔技术的有限元仿真分析裂纹扩展行为;在此基础上,阐明了滑差率对车轮钢滚动接触疲劳性能的影响机理.试验结果表明:随着滑差率的增加,车轮钢试样的牵引系数增加,磨损加剧,滚动接触疲劳寿命先减小后增大.通过安定图理论分析表明,随着滑差率增加,表面滚动接触疲劳损伤指数FI_(surf)增加,促进了疲劳裂纹萌生.有限元仿真分析发现,随着滑差率增加,裂纹等效应力强度因子峰值K_(θ,max)增加,促进了疲劳裂纹扩展.磨损的增加抑制了滚动接触疲劳裂纹的萌生和扩展.因此,滚动接触疲劳与磨损的竞争导致车轮试样的接触疲劳寿命随着滑差率的增加呈先减小后增大的趋势.本研究中还发现,通过最大周向力准则和流体腔技术可预测水润滑条件下的车轮钢滚动接触疲劳裂纹扩展路径. 展开更多
关键词 车轮钢 滑差率 滚动接触疲劳 磨损 有限元分析
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水污染条件下摩擦调节剂对轮轨磨耗与损伤的影响
13
作者 朱爱华 李安琰 +3 位作者 杨建伟 张财胜 白杨 邢彤 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第6期937-948,共12页
针对降雨造成的地铁轮轨界面水污染问题,通过摩擦磨损试验机,开展了有水工况下不同摩擦调节剂(FM)对轮轨磨耗与轮轨损伤影响的试验研究.分别设置无水、0.6和1.5mL/min这3种水量,分析了水基FM、金属基FM和固体FM这3种摩擦调节剂溶入不同... 针对降雨造成的地铁轮轨界面水污染问题,通过摩擦磨损试验机,开展了有水工况下不同摩擦调节剂(FM)对轮轨磨耗与轮轨损伤影响的试验研究.分别设置无水、0.6和1.5mL/min这3种水量,分析了水基FM、金属基FM和固体FM这3种摩擦调节剂溶入不同水量时轮轨黏着系数、磨损率、塑性变形及轮轨损伤的变化规律,探究了轮轨界面水量对摩擦调节剂性能的影响.结果表明:在摩擦调节剂基础上加入水后,水基FM和金属基FM介质下轮轨界面的黏着系数变化不大,固体FM介质下黏着系数明显下降;水的加入导致3种FM介质下的轮轨试样磨耗与损伤均有所增加,但塑性变形层厚度发生不同程度的变化;加入水后,水基FM与固体FM介质下车轮试样裂纹长度和深度增加,但金属基FM介质下现象与之相反.研究结论为雨水天气地铁轮轨摩擦调控提供一定理论支持. 展开更多
关键词 摩擦调节剂 轮轨磨耗与损伤 黏着系数 塑性变形
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典型钢轨波磨病害下高速轮轨瞬态滚动接触及磨损行为分析
14
作者 丁旺才 马帅 +3 位作者 靳忠渊 李得洋 吴少培 李国芳 《振动与冲击》 北大核心 2025年第5期67-79,共13页
以典型钢轨波磨病害为研究对象,构建了考虑轨下结构及轮轨弹塑性接触的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,采用基于有限元模型的三维磨损分布计算方法,研究了匀速和牵引状态下轮轨接触特性及钢轨磨损行为的差异,以及牵引状态下不同病害参... 以典型钢轨波磨病害为研究对象,构建了考虑轨下结构及轮轨弹塑性接触的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,采用基于有限元模型的三维磨损分布计算方法,研究了匀速和牵引状态下轮轨接触特性及钢轨磨损行为的差异,以及牵引状态下不同病害参数钢轨波磨对轮轨接触特性及磨损的影响规律。结果表明,牵引状态下轮轨纵向力受固有刚度不平顺影响更显著,波磨对相对滑移的影响与纵向力有关,且需在固有刚度不平顺影响基础上叠加,叠加效果与波磨波长和谷深有关。在波磨谷深限值内,当波磨波长较短或谷深较大时,纵向力会出现与波磨几何相似的振型,导致相对滑移分布与波磨几何相关,接触压力变化进一步影响磨损深度,使波峰附近磨损增加,波谷附近磨损减少,波磨进一步发展。由于磨损增量相位与波磨几何相位差较小,钢轨波磨有减缓趋势,波磨在较大波长及谷深下减缓较快。研究结论以期为高速轮轨波磨区段钢轨维护策略提供理论参考。 展开更多
关键词 高速铁路 钢轨波磨 瞬态动力学 有限元分析 磨损分析 轮轨接触特性
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严寒季冻区路基冻胀变形对车轮多边形磨耗演化影响研究
15
作者 丁旺才 张呈祎 +4 位作者 吴少培 李得洋 高全福 李强 李国芳 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期153-162,共10页
为研究严寒地区高速铁路车轮多边形磨耗演化规律,首先以我国季冻区无砟轨道结构为研究对象建立考虑结构配筋的CRTS III型板式无砟轨道精细化非线性有限元分析模型,其次建立基于轮对、构架以及轨道柔性的车辆-轨道-路基耦合动力学模型,... 为研究严寒地区高速铁路车轮多边形磨耗演化规律,首先以我国季冻区无砟轨道结构为研究对象建立考虑结构配筋的CRTS III型板式无砟轨道精细化非线性有限元分析模型,其次建立基于轮对、构架以及轨道柔性的车辆-轨道-路基耦合动力学模型,结合适用于计算车轮圆周长期磨耗演化的MATLAB软件预测模型,研究不同温度梯度下车轮多边形圆周磨耗演化规律,进一步分析严寒地区路基不均匀冻胀变形对车轮多边形圆周磨耗演化的影响。结果表明:在20~-40℃温度梯度范围内,严寒环境会加剧车轮多边形磨耗演化速率,磨耗后期车轮粗糙度水平及多边形幅值显著大于常温环境,波动幅度甚至超过2倍;路基冻胀幅值主要影响车轮多边形磨耗演化速率,幅值越大,演化速率越快,但对磨耗演化区域的影响较小;冻胀波长主要影响车轮磨耗量的累积位置,随着波长的增大,磨耗量会在车轮均匀叠加,波长越大,越趋于规则性磨耗,而冻胀波长对车轮磨耗速率影响甚微,研究结果可为严寒地区高速铁路车轮磨耗提供参考。 展开更多
关键词 高速列车 车轮多边形 刚柔耦合 磨耗演化 路基冻胀变形
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高寒动车组温变特性对运行性能的影响分析 被引量:3
16
作者 祁亚运 李龙 +2 位作者 石怀龙 宋烨 戴焕云 《西南交通大学学报》 北大核心 2025年第2期336-345,共10页
高寒动车组服役环境长期受温度的影响,车辆悬挂元件参数和轨下参数具有很强的季节变化特性,为了探究高寒动车组中橡胶元件温变特性对运行性能的影响,本文建立高寒动车组多体动力学模型,分析不同温度下的车辆动力学特性;利用Jendel磨耗... 高寒动车组服役环境长期受温度的影响,车辆悬挂元件参数和轨下参数具有很强的季节变化特性,为了探究高寒动车组中橡胶元件温变特性对运行性能的影响,本文建立高寒动车组多体动力学模型,分析不同温度下的车辆动力学特性;利用Jendel磨耗模型探究不同温度下的车轮磨耗特性;基于疲劳预测模型提出车轮表面疲劳因子.结果表明:温度变化会改变悬挂参数的刚度和阻尼值,随着温度降低,悬挂参数刚度增大;低温状态下,动车组动力学性能整体下降,随着温度降低车辆磨耗都会增大,当运行20万里程后,-40℃下车轮的磨耗深度最大,较20℃时增大6.2%;随着温度降低,表面接触疲劳指数也逐渐增大,温度分别为20、-20、-40℃时,车轮表面疲劳因子分别为6.4648×10^(-4),6.6150×10^(-4),6.7885×10^(-4);温变特性对高寒动车组悬挂参数有较大影响,低温下整体动力学性能下降,磨耗增大,车轮表面疲劳增大. 展开更多
关键词 高寒动车组 温变特性 轮轨接触 车轮磨耗 接触疲劳因子
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考虑磨耗演化的高速列车车轮型面多目标优化 被引量:2
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作者 周骏 刘林芽 李纪阳 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期51-65,共15页
高速铁路车轮的磨耗性能对于车轮型面的设计和性能评估至关重要。微小的型面变化可能会导致轮轨接触几何特性发生重大改变,合理的轮轨型面匹配能够改善轮轨磨耗,提高车辆性能和脱轨安全性。提出一种考虑磨耗演化的车轮型面优化方法。首... 高速铁路车轮的磨耗性能对于车轮型面的设计和性能评估至关重要。微小的型面变化可能会导致轮轨接触几何特性发生重大改变,合理的轮轨型面匹配能够改善轮轨磨耗,提高车辆性能和脱轨安全性。提出一种考虑磨耗演化的车轮型面优化方法。首先,通过追踪测试不同运营时期的磨耗型面,确定车轮磨耗的主要范围作为优化区域。然后,结合非均匀有理B样条(NURBS)拟合算法对车轮型面进行曲线插值拟合,构建了车轮型面的参数化模型。接着,将考虑车轮磨耗演化的预测模型引入到多目标函数中,同时引入了目标函数自适应权重调整因子,建立了车轮型面的多目标优化模型。采用拉丁超立方采样方法建立RBF代理模型进行模拟仿真计算,并利用TS-NSGA-II多目标优化算法进行车轮型面的优化设计。最后,对优化型面LMA-opt与LMA型面进行对比验证分析,包括车轮磨耗演化分析、轮轨静接触分析、轮轨动态接触分析和车辆动力学性能分析4个方面。结果表明,优化后的车轮型面磨耗得到显著改善,具备更好的静态几何接触性能和动态特性。这有助于提升车辆曲线通过性能,并在镟修周期内有效降低车轮的磨耗量和疲劳损伤,从而延长车轮使用寿命,提高车辆的可靠性和安全性。这项研究为车轮型面的优化提供了一种智能化的设计方法和参考。 展开更多
关键词 轮轨磨耗 滚动接触疲劳损伤 多目标优化 车辆动力学 代理模型
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不同温度和湿度下激光熔覆304L不锈钢局部修复车轮的摩擦磨损性能
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作者 叶榕伟 王欣纪 +4 位作者 邹港 徐逸勋 何成刚 李尚桂 刘吉华 《机械工程材料》 北大核心 2025年第1期89-96,共8页
采用激光熔覆304不锈钢对CL60钢车轮试样进行局部修复,研究了不同温度和相对湿度条件(25℃,60%;50℃,60%;50℃,90%)下修复车轮试样的摩擦磨损性能。结果表明:温度越高,稳定摩擦因数越小,在温度50℃下相对湿度对稳定摩擦因数几乎无影响;... 采用激光熔覆304不锈钢对CL60钢车轮试样进行局部修复,研究了不同温度和相对湿度条件(25℃,60%;50℃,60%;50℃,90%)下修复车轮试样的摩擦磨损性能。结果表明:温度越高,稳定摩擦因数越小,在温度50℃下相对湿度对稳定摩擦因数几乎无影响;温度越高或相对湿度越小,局部修复车轮的磨损质量损失和裂纹长度角度越大,耐磨性能越差。在温度25℃、相对湿度60%条件下,车轮表面熔覆层与基体结合区靠近基体一侧存在大块材料剥落和小角度多层裂纹,裂纹向材料内部扩展,损伤较严重;相对湿度保持60%不变、温度提高至50℃,熔覆层损伤程度减轻,结合区出现明显的分界线且无明显裂纹;温度升高至50℃、相对湿度增加至90%,熔覆层内无明显损伤,结合区有少量剥落坑,依然存在明显分界。 展开更多
关键词 车轮 U75钢轨 激光熔覆修复 温度 湿度 磨损性能
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轮轨硬度匹配对重载贝氏体车轮钢磨损性能的影响 被引量:2
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作者 赵海 徐海峰 +3 位作者 周霆伟 袁航 徐震霖 何宜柱 《表面技术》 北大核心 2025年第3期118-129,共12页
目的探究贝氏体车轮材料与不同钢轨材料的硬度匹配行为,为贝氏体车轮服役的安全性和可靠性提供理论参考。方法将贝氏体车轮与3种轨道进行匹配,结合磨损率、表面磨损形貌及表面硬化程度等,综合评价3种钢轨/车轮硬度比(Hr/Hw)下轮轨材料... 目的探究贝氏体车轮材料与不同钢轨材料的硬度匹配行为,为贝氏体车轮服役的安全性和可靠性提供理论参考。方法将贝氏体车轮与3种轨道进行匹配,结合磨损率、表面磨损形貌及表面硬化程度等,综合评价3种钢轨/车轮硬度比(Hr/Hw)下轮轨材料的耐磨性及损伤行为。结果随着匹配的轨道钢硬度的增加,贝氏体车轮钢磨损率从0.188mg/m逐渐升至0.217mg/m,增加了15.4%;轨道钢的磨损率呈下降趋势,从0.104mg/m降至0.042mg/m,下降了59.6%。车轮钢和轨道钢的磨损机理均以黏着磨损和疲劳磨损为主。随着轨道钢硬度的增加,车轮材料分层明显,损伤越来越严重,塑性变形层厚度和表面硬化程度呈上升趋势,表面疲劳裂纹的平均长度和深度依次降低,但平均扩展角度越来越高;轨道材料的分层和微裂纹减少,损伤减轻,且塑性变形层厚度和表面硬化程度呈下降趋势,表面疲劳裂纹长度减少,而扩展深度和角度均增加。接触斑能量耗散值越高,则贝氏体车轮受到轮轨硬度比的影响越明显。当Hr/Hw低于1时,钢轨磨损程度随着Tγ/A的增加越来越严重。结论随着匹配的轨道硬度的增加,车轮的磨损程度呈相反趋势,前者加剧,后者减轻。此外,与同种轨道匹配时,相较于典型的珠光体车轮钢(CL65),贝氏体车轮钢具有更加优异的耐磨性和抗疲劳损伤能力。 展开更多
关键词 硬度比 贝氏体车轮 珠光体钢轨 轮轨匹配 磨损行为 滚动接触疲劳
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小半径曲线钢轨润滑对车辆动力学性能的影响
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作者 刘增华 温炳光 +2 位作者 李林 李伟 温泽峰 《润滑与密封》 北大核心 2025年第11期78-85,共8页
润滑是减缓小半径曲线轮轨磨耗的重要手段。润滑除影响轮轨磨耗外,还会对车辆动力学行为产生较大影响。建立直线电机地铁车辆多刚体动力学模型,考虑不同轮轨实测型面匹配,研究内轨轨顶润滑、外轨轨侧润滑以及同时施加轨顶和轨侧润滑3种... 润滑是减缓小半径曲线轮轨磨耗的重要手段。润滑除影响轮轨磨耗外,还会对车辆动力学行为产生较大影响。建立直线电机地铁车辆多刚体动力学模型,考虑不同轮轨实测型面匹配,研究内轨轨顶润滑、外轨轨侧润滑以及同时施加轨顶和轨侧润滑3种润滑方式对小半径曲线车辆动力学性能的影响。结果表明:仅施加轨侧润滑会导致脱轨系数以及轮轨横向力增大,但运行安全性指标均满足标准限值要求;考虑不同轮轨实测型面组合,轨侧摩擦因数由0.4降低到0.2时,脱轨系数平均增大幅值约为0.125,外轨磨耗数幅值显著降低,降幅达35.4%;施加内轨轨顶润滑,除可减缓内轨磨耗外,还可显著降低脱轨系数和轮轨横向力幅值;同时施加外轨轨侧润滑和内轨轨顶润滑,可在不影响车辆通过小半径曲线轮轨安全性能的前提下,大大降低内外轨的磨耗数;相较于仅施加轨侧润滑,内外轨同时施加润滑的减磨效果更为明显;磨耗车轮与磨耗钢轨廓形匹配时,轮轨接触特性变差,车辆曲线通过的脱轨系数、轮轨横向力和外轨磨耗数明显更大。实际运营过程中小半径曲线段轮轨建议采用外轨轨侧润滑和内轨轨顶润滑相结合的润滑方式,以减轻轮轨磨耗和提高车辆通过小半径曲线时的安全性。 展开更多
关键词 车轮磨耗 轨侧润滑 轨顶润滑 小半径曲线轮轨 直线电机车辆
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