全尺寸高速轮轨关系试验台在牵引和制动黏着研究中的创新实践

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作者 叶阳升 常崇义 +1 位作者 周军 陈波 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第5期1-10,共10页

轮轨黏着特性是高速铁路牵引、制动系统安全高效运行的核心制约因素,系统梳理全尺寸高速轮轨关系试验台在牵引、制动黏着研究中的创新实践和应用成效,有助于进一步促进学术界对轮轨黏着特性的深入研究。该试验台作为国际领先的大型实验... 轮轨黏着特性是高速铁路牵引、制动系统安全高效运行的核心制约因素,系统梳理全尺寸高速轮轨关系试验台在牵引、制动黏着研究中的创新实践和应用成效,有助于进一步促进学术界对轮轨黏着特性的深入研究。该试验台作为国际领先的大型实验装备,实现了最高500 km·h^(-1)试验速度能力,具备多自由度激振、高精度蠕滑控制(纵向蠕滑率精度优于1‰)及制动-防滑-轮轨闭环动态测试功能,填补了高速牵引和制动黏着大蠕滑试验的国际空白。基于该平台,首次揭示了高速水介质条件下轮轨黏着系数分布规律和大蠕滑黏着再上升行为,明确了不同轮轨粗糙度和多种介质(水、油、防冻液)对极低轮轨黏着的影响机制,并创新性地提出了高速轮轨黏着与防滑测试方法及相关标准。研究成果已直接应用于我国复兴号动车组的牵引防空转、制动防滑策略优化和系统参数设计实践,显著提升了高速列车在复杂环境下的黏着利用水平和运行安全性,为我国高速铁路技术的自主创新和升级发展提供了关键试验支撑和理论基础。 展开更多

关键词 高速铁路 轮轨关系 试验台 黏着利用 牵引 制动

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高速轮轨低温+雪条件下黏着特性试验研究

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作者 常崇义 李兰 +1 位作者 蔡园武 陈波 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第2期172-179,共8页

轮轨界面在低温+雪等复杂环境中,高速轮轨黏着特性将受到显著影响,进而影响列车运行的安全性和稳定性。针对这一问题,提出高速轮轨关系试验台轮轨界面低温+雪条件下的黏着试验方法,研究轮轨接触界面分别喷0和-2℃雪条件下的黏着特性,并... 轮轨界面在低温+雪等复杂环境中,高速轮轨黏着特性将受到显著影响,进而影响列车运行的安全性和稳定性。针对这一问题,提出高速轮轨关系试验台轮轨界面低温+雪条件下的黏着试验方法,研究轮轨接触界面分别喷0和-2℃雪条件下的黏着特性,并通过分析雪与水的物态变化探讨黏着系数下降的原因。结果表明:低温环境下在轮轨界面喷0℃雪时,黏着系数随速度的增加呈先快速下降后缓慢下降的趋势,特别是在50~120 km·h^(-1)速度范围内黏着系数的下降幅度高达68%;与喷0℃雪相比,喷-2℃雪条件下的黏着系数高1倍左右;在50~120 km·h^(-1)速度范围内,喷2℃水与0℃雪条件的黏着系数有较好的一致性,意为在此速度和温度范围内水与雪对黏着系数的影响较为相似;喷雪条件下,300 km·h^(-1)速度时纵向蠕滑率超过0.6%后黏着力系数随纵向蠕滑率的增加出现剧烈波动,具有很大的不稳定性;低温+雪条件下雪-水-冰的物态变化及其在轮轨接触压应力作用下的转化机制对黏着系数具有显著影响。 展开更多

关键词 轮轨关系 轮轨接触 低温 雪 黏着系数 粗糙度

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时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(四)——多种介质条件下极低黏着特性及黏着系数 被引量：3

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作者 常崇义 陈波 +1 位作者 蔡园武 李果 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期149-156,共8页

针对时速400 km高速列车轮轨在多种介质条件下的制动大蠕滑极低黏着特性及黏着系数,通过高速轮轨关系试验台,模拟不同速度下轮轨间分别采用喷水、防冻液、普通润滑油15W-40及齿轮箱润滑油75W-90等介质的工况,研究轮轨间多种介质对制动... 针对时速400 km高速列车轮轨在多种介质条件下的制动大蠕滑极低黏着特性及黏着系数,通过高速轮轨关系试验台,模拟不同速度下轮轨间分别采用喷水、防冻液、普通润滑油15W-40及齿轮箱润滑油75W-90等介质的工况,研究轮轨间多种介质对制动大蠕滑极低黏着特性和黏着系数的影响,并探讨水介质条件下轮轨接触表面粗糙度和齿轮箱润滑油条件下超大蠕滑率对黏着系数的作用。结果表明:水介质条件下轮轨接触表面粗糙度是影响黏着系数的关键因素之一,极低粗糙度水平下速度超过100 km·h^(-1)后便进入极低黏着状态;轮轨间不同介质条件下,黏着系数随速度的提高呈现不同的下降趋势,其中齿轮箱润滑油75W-90和防冻液在高速下更易导致极低黏着系数的出现;特别是在齿轮箱润滑油75W-90条件下黏着力系数在黏着饱和点之后随纵向蠕滑率的增加呈现持续下降趋势,即使纵向蠕滑率增加到90%也未观察到黏着力系数再次上升的现象,标志着对这类齿轮箱润滑油仅利用防滑控制技术提高黏着利用的可能性极低。 展开更多

关键词 轮轨接触界面 第三介质 大蠕滑 极低黏着 黏着系数

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400km/h速度等级高速列车服役安全性研究现状及展望

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作者 孙丽霞 胡晓依 +3 位作者 朱亮 周劲松 宫岛 吴宁 《中国铁路》 北大核心 2025年第6期15-25,共11页

受外界环境扰动与内部系统参数变化等复杂因素影响,400km/h及以上速度等级条件下的动车组运行安全性劣化概率较350 km/h速度等级有所增加。因此,有必要对400km/h速度等级高速列车服役过程中的各种复杂边界条件及影响因素进行系统论证。... 受外界环境扰动与内部系统参数变化等复杂因素影响,400km/h及以上速度等级条件下的动车组运行安全性劣化概率较350 km/h速度等级有所增加。因此,有必要对400km/h速度等级高速列车服役过程中的各种复杂边界条件及影响因素进行系统论证。基于影响高速列车动力学安全性的关键因素,对400km/h及以上速度等级的高速列车服役安全性面临的侧风、雨雪、极端温度、轮轨第三介质、轮轨短波病害、线路条件恶化、地震等复杂环境下的列车服役安全性研究现状进行总结;对高速列车服役动力学安全裕度理论、量化方法、动力学安全性评判标准研究现状进行分析;在此基础上,展望400km/h速度等级高速列车服役安全性研究应解决的关键问题。 展开更多

关键词 400km/h高速列车 服役动力学 侧风 轮轨接触 极端温度 短波病害 安全裕度

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轮轨接触条件对风载作用下高速列车运行安全性的影响

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作者 孙丽霞 朱亮 +3 位作者 吴宁 池长欣 王友彪 周春阳 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1210-1222,共13页

采用空气动力学与车辆动力学仿真分析相结合的方法,研究轮轨接触与风载、曲线线型多因素耦合下的高速列车运行安全性,揭示不同的轮轨接触条件下高速列车风载运行安全失效形式。研究结果表明:轮轨接触条件对列车风载动力学性能有明显影响... 采用空气动力学与车辆动力学仿真分析相结合的方法,研究轮轨接触与风载、曲线线型多因素耦合下的高速列车运行安全性,揭示不同的轮轨接触条件下高速列车风载运行安全失效形式。研究结果表明:轮轨接触条件对列车风载动力学性能有明显影响,新车轮型面与低轮轨摩擦因数组合工况对车辆运行安全性偏不利,磨耗车轮型面与高轮轨摩擦因数组合工况对车体横向运行平稳性偏不利;在不同的轮轨摩擦因数下,轮对的蛇行运动姿态有明显差异,在低轮轨摩擦因数下,轮对在背风侧钢轨附近作小幅值蛇行运动,在高轮轨摩擦因数下,轮对在纯滚动线附近作大幅值蛇行运动;轮轨接触条件对列车运行安全失效形式也有明显影响,新车轮型面与低轮轨摩擦因数组合工况下易发生轮重减载及轮轴横向力超限的问题,而磨耗车轮型面与高轮轨摩擦因数组合工况下易导致低频晃车。 展开更多

关键词 风载 轮轨摩擦因数 磨耗车轮型面 高速列车 低频晃车

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时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(三)——水介质条件下制动黏着系数 被引量：1

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作者 常崇义 陈波 +1 位作者 李兰 李果 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期168-174,共7页

虽然对200~400 km·h^(-1)速度范围内轮轨黏着再上升特性已有一定认识,但对不同速度和黏着阶段轮轨黏着力系数极大值(黏着系数)的分布规律仍不明确,认识的不足制约了400 km·h^(-1)速度等级列车制动黏着效率的提升。通过进行1∶... 虽然对200~400 km·h^(-1)速度范围内轮轨黏着再上升特性已有一定认识,但对不同速度和黏着阶段轮轨黏着力系数极大值(黏着系数)的分布规律仍不明确,认识的不足制约了400 km·h^(-1)速度等级列车制动黏着效率的提升。通过进行1∶1高速轮轨关系试验台系统试验,研究50~440 km·h^(-1)速度范围内轮轨间水介质条件下轮轨制动大蠕滑黏着系数的分布。结果表明:在制动大蠕滑率加载过程中,出现的第1个峰值点(A点)的制动黏着系数与牵引黏着系数之间存在一致性,出现的第2个峰值点(B点)的制动黏着系数约为A点的2~3倍,并随速度的增加呈近似线性减小的趋势;在制动大蠕滑率卸载过程中,出现的第3个峰值点(C点)的制动黏着系数显著高于B点,高出约1倍,并在300~440 km·h^(-1)速度范围内随速度的增加而减小,C点处优异的制动黏着性能对提高列车的制动性能和稳定性起到了关键作用;轮轨低粗糙度接触表面在水介质条件下,制动黏着系数较中等粗糙度时低,且在大蠕滑率卸载过程中较难出现“卸载峰”(C点),将会显著影响列车的制动效率和安全性能。 展开更多

关键词 黏着再上升 加卸载控制 蠕滑率保持 表面粗糙度 黏着力系数

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风载作用下高速列车曲线通过性能研究 被引量：3

7

作者 白鑫 孙丽霞 +2 位作者 王友彪 周春阳 池长欣 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期146-154,共9页

在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线... 在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,高速列车的运行安全性表现出复杂的变化规律,因此需要针对风载作用下高速列车的曲线通过安全性进行深入研究。采用空气动力学和车辆动力学相结合的分析方法,考虑车速和风速变化、实际轮轨匹配及线路激励情况,建立瞬态风载模型、横风作用下高速列车空气动力学模型及车辆动力学模型;对高速列车在不同车速和风速作用下的气动载荷变化规律进行分析,并对其以不同速度通过不同欠超高曲线线路时的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等车辆关键动力学参数的变化规律进行分析,研究风载和曲线欠超高对高速列车脱轨和倾覆的影响。结果表明:风速变化引起的侧向力系数变化幅度大于车速;在风载和曲线欠超高叠加的不利工况下,除轮重减载率安全裕量明显降低外,轮轴横向力的安全裕量也降低,且车辆关键悬挂部件工作状态恶化,其中二系横向止档的位移迅速增大且工作状态接近压并,左右两侧空气弹簧压力差也迅速增大,车辆动力学性能的安全裕量明显下降。 展开更多

关键词 高速列车 风载 曲线通过性能 曲线欠超高 侧向力系数 脱轨系数 轮重减载率 轮轴横向力

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基于轮轨黏着大滑移机理的防滑黏着利用控制策略研究 被引量：3

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作者 张波 周军 +2 位作者 蔡田 常崇义 齐政亮 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期30-37,共8页

随着列车运行速度的提高,轮轨界面湿滑条件下存在制动黏着利用需求与黏着系数下降的矛盾,因此急需突破制动防滑及黏着利用关键技术瓶颈。在深入分析高速制动黏着-滑移特性规律以及黏着再上升影响因素的基础上,提出一种基于分层滑动速度... 随着列车运行速度的提高,轮轨界面湿滑条件下存在制动黏着利用需求与黏着系数下降的矛盾,因此急需突破制动防滑及黏着利用关键技术瓶颈。在深入分析高速制动黏着-滑移特性规律以及黏着再上升影响因素的基础上,提出一种基于分层滑动速度判据的黏着大滑移机理的防滑黏着利用控制策略。该策略通过维持一定的滑动速度获得滑动能量进而改善轮轨黏着系数,并根据测量的轮轨接触点切向力和防滑阀下游的制动缸压力实时计算滑行过程的轮轨可用黏着系数判断轮轨黏着改善程度。在此基础上,进行基于1∶1高速轮轨关系试验台的不同黏着条件下的高速防滑模拟试验,结果表明:该控制策略可自适应地追踪不同轮轨黏着条件下(水、防冻液)的可用黏着,提高了防滑控制系统对铁路复杂运用环境和轮轨黏着特性的适应性。 展开更多

关键词 黏着利用 大滑移 分层滑动速度 滑动能量 可用黏着系数

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时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(一)--水介质条件下黏着特性 被引量：9

9

作者 常崇义 陈波 +1 位作者 蔡园武 王俊彪 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期96-103,共8页

300~400 km·h^(-1)速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于... 300~400 km·h^(-1)速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚,制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题,利用全尺寸高速轮轨关系试验台,研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性,提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法,探究100~400 km·h^(-1)速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平(Ra为0.4~0.6µm)且有水介质条件下纵向蠕滑率为0~30%时的制动黏着特性。结果表明:在纵向蠕滑率从0.5%增至5%~8%过程中,黏着力系数出现了减小的现象,此阶段不利于黏着的利用;纵向蠕滑率增至一定数值后(一般为5%~8%),若继续增加,则出现黏着力系数再上升的现象;试验速度为200 km·h^(-1)时,当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰,在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”;试验速度在300~400 km·h^(-1)范围内,当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰,此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍;加载和卸载过程中的黏着力系数再上升阶段都属于稳定阶段,有利于提高轮轨黏着的利用。 展开更多

关键词 高速制动大蠕滑 黏着特性曲线 黏着再上升 黏着系数 黏着利用 水介质

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时速400 km轮轨制动大蠕滑黏着试验研究(二)——水介质条件下纵向蠕滑控制模式对黏着特性影响 被引量：7

10

作者 常崇义 陈波 +1 位作者 蔡园武 李果 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期87-93,共7页

利用1∶1高速轮轨关系试验台,研究试验速度从200 km·h-1提高至400 km·h-1后轮轨间水介质条件下在不同的黏着阶段施加不同纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制对大蠕滑黏着特性的影响,重点分析200,300和400 km·... 利用1∶1高速轮轨关系试验台,研究试验速度从200 km·h-1提高至400 km·h-1后轮轨间水介质条件下在不同的黏着阶段施加不同纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制对大蠕滑黏着特性的影响,重点分析200,300和400 km·h-1速度时在黏着再上升阶段施加不同的蠕滑控制使黏着进一步上升的特点和规律。结果表明:在黏着力系数第1个峰值点至“低谷点”的不稳定阶段,施加纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制均会导致黏着力系数下降;速度为200和300 km·h-1时在黏着力系数“低谷点”至第2个峰值点的稳定阶段,施加纵向蠕滑率直接加卸载控制或蠕滑率保持4 s控制一般会使黏着力系数进一步上升,并出现“卸载峰”;时速为400 km时在黏着力系数“低谷点”至第2个峰值点稳定阶段的中间位置(纵向蠕滑率为12.5%附近),施加纵向蠕滑率卸载控制或蠕滑率保持4 s控制更易导致黏着力系数再上升,并出现“卸载峰”;在黏着再上升阶段施加纵向蠕滑率保持4 s控制将使黏着力系数进一步上升,非常有利于提高轮轨黏着利用率。 展开更多

关键词 制动大蠕滑 黏着特性曲线 直接加卸载控制 蠕滑率保持4 s控制 水介质

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Cu,Fe和SiO_(2)粉末对轮轨间摩擦性能影响试验 被引量：1

11

作者 宋瑞 孙丽霞 +3 位作者 张忠凯 徐力 吴毅 沈钢 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期107-116,共10页

为寻找可替代硬质氧化物颗粒且能增加摩擦系数,并能减少对轮轨表面损伤的增黏材料,利用销盘摩擦试验机,在试验压力为0.5 MPa、转速为100,200,350,500 r·min^(-1)条件下,采用向轮轨摩擦表面添加粉末并观测摩擦表面形貌的方法,比较测... 为寻找可替代硬质氧化物颗粒且能增加摩擦系数,并能减少对轮轨表面损伤的增黏材料,利用销盘摩擦试验机,在试验压力为0.5 MPa、转速为100,200,350,500 r·min^(-1)条件下,采用向轮轨摩擦表面添加粉末并观测摩擦表面形貌的方法,比较测试Cu,Fe与SiO_(2)粉末对摩擦系数、磨损量及表面硬度影响的差异性。结果表明:Cu,Fe粉末增加轮轨间摩擦系数的作用大于硬质SiO_(2)粉末,在摩擦表面添加Cu粉后摩擦系数增加0.2~0.3,添加Fe粉后增加0.1~0.2,添加SiO_(2)粉后在转速低于200 r·min^(-1)条件下增幅低于0.1,但在转速高于200 r·min^(-1)条件下并没有增加;低转速条件下SiO_(2)和Fe粉末使磨损量增加40%以上,而在转速大于200 r·min^(-1)时Cu粉末使磨损量降低50%,原因在于高硬度粒子加剧了对摩擦表面的犁削程度,导致磨损量成倍增加,而Cu粉末在剪切力的作用下易发生大塑性变形,从而黏附在摩擦表面,起到增大摩擦力和减小磨损量的作用;低速条件下Fe粉末和SiO_(2)粉末硬度高,与摩擦表面形成咬合作用,导致摩擦系数增加,而在转速提高时Fe和SiO_(2)粉末被粉碎细化,微细颗粒具有滚动效应,弱化了摩擦表面间的剪切力,难以起到增加摩擦系数的作用。 展开更多

关键词 轮轨关系 轮轨摩擦 粉末颗粒 磨损 增黏 摩擦系数

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风载对高速列车蛇行运动稳定性影响 被引量：6

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作者 孙丽霞 王友彪 +2 位作者 胡晓依 李红梅 成棣 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期177-186,共10页

采用空气动力学和车辆动力学2种分析方法,建立考虑横风作用的高速列车空气动力学模型,分析不同风速及车速条件下列车所受的气动载荷特性变化规律;建立车辆-轨道耦合动力学模型,对高速列车在不同风速横风和轨道不平顺组合作用下头车、尾... 采用空气动力学和车辆动力学2种分析方法,建立考虑横风作用的高速列车空气动力学模型,分析不同风速及车速条件下列车所受的气动载荷特性变化规律;建立车辆-轨道耦合动力学模型,对高速列车在不同风速横风和轨道不平顺组合作用下头车、尾车和中间车的蛇行失稳临界速度、蛇行振动极限环幅值、蛇行振动频率、蛇行失稳特征等进行对比分析。结果表明:高速列车通过横风区段时产生的气动载荷对其蛇行失稳临界速度有明显影响,头车的蛇行临界速度较无风时明显下降,尾车及中间车的降幅次之;无风与风载工况下车辆的蛇行失稳形式存在本质区别,无风工况下车辆易发生二次蛇行,风载作用下车辆易发生一次蛇行;风载作用下,车辆发生蛇行失稳的最不利工况为较大的等效气动横向力和较大的气动升力共同作用的组合工况;风载和轨道不平顺的持续时间对车辆蛇行运动极限环振动幅值会产生影响,因此在评估高速列车在大风工况下的运行安全性时,有必要考虑实际的风载和轨道不平顺激励的大小和持续时间。 展开更多

关键词 风载 高速列车 蛇行运动稳定性 蛇行失稳 气动力 轨道不平顺

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轨道车辆制动副摩擦自激对车轮磨耗的影响 被引量：2

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作者 宋瑞 张宇航 +3 位作者 周劲松 张忠凯 孙丽霞 沈钢 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期48-57,共10页

轮轨周期性磨耗会加剧轮轨动态相互作用,造成车辆系统关键部件发生疲劳断裂,引起车体的异常振动,对乘坐舒适性和运行安全性有较大影响,然而先前研究很少将制动副振动与车轮磨损进行联系。为研究车轮周期性磨耗的原因,通过考虑制动单元... 轮轨周期性磨耗会加剧轮轨动态相互作用,造成车辆系统关键部件发生疲劳断裂,引起车体的异常振动,对乘坐舒适性和运行安全性有较大影响,然而先前研究很少将制动副振动与车轮磨损进行联系。为研究车轮周期性磨耗的原因,通过考虑制动单元的自激振荡对车轮磨损的影响,建立考虑轮轨附着的列车制动系统扭转模型。利用数值方法对制动系统的振动状态进行求解,通过一些非线性理论的相关图谱(系统运动的分岔图、相图、庞加莱截面图、频谱图和时域图等),深入探究制动工况下系统的振动情况,得到制动单元内部因摩擦因数的负斜率特性引起的自激振荡对车轮磨损的影响。研究结果表明:制动系统因摩擦自激产生的不稳定运动仅在车速较低时发生,随着制动速度的降低,当车速低于12.88 km/h时,制动系统会从稳定区间进入振荡区间进而引发制动系统颤振。与此同时,制动系统的颤振会引起车轮蠕滑率的波动,进而影响轮轨间的切向力与轮轨磨损。当制动速度处于振荡区间时,车轮会出现不均匀磨损;当制动速度靠近振荡区间的临界值时,车轮磨损近似均匀;当制动速度处于稳定区间时,车轮纵向蠕滑力近似无波动,车轮不再因制动副的自激振荡产生异常磨损。最后探究了制动压力对系统运动稳定性与轮轨磨耗的影响,发现大制动压力下系统振幅增大,磨损更为明显。探究制动系统对车辆周期性磨耗的影响,可为车轮周期性磨耗机理的研究和控制措施的选用提供参考。 展开更多

关键词 列车车轮 制动单元 自激振荡 不均匀磨耗 制动压力

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