SV 冲击和振动 1875 - 9203 1070 - 9622 Hindawi 10.1155 / 2021/6694561 6694561 研究文章 车轮轮廓磨损的影响加上轮直径差异在地铁车辆的动态性能 https://orcid.org/0000 - 0001 - 9635 - 2219 李 h . X。 1 2 https://orcid.org/0000 - 0001 - 9297 - 2074 朱 a . H。 1 2 马 C . C。 1 2 太阳 p W。 1 2 https://orcid.org/0000 - 0003 - 2536 - 2334 杨 j·W。 1 2 张 k问。 1 2 鲁伊 Xiao-ting 1 北京重点实验室的性能保证城市轨道交通车辆 北京大学的土木工程和建筑 北京100044年 中国 bucea.edu.cn 2 机电与汽车工程学院 北京大学的土木工程和建筑 北京100044年 中国 bucea.edu.cn 2021年 10 6 2021年 2021年 21 10 2020年 23 4 2021年 29日 5 2021年 10 6 2021年 2021年 版权©2021 h . x李et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

鉴于共存的车轮轮廓磨损(WPW)和车轮直径差异(WDD)在一个实际的地铁线路,基于WPW之间的耦合的动态分析方法和同相WDD提出了。基于测量从地铁车辆操作这条线,进行了动力学建模和计算单个运输车辆。后,WPW的之间的交互影响,相当于同相WDD车辆动态性能进行了分析,和动态响应的耦合损伤内部和外部车轮之间的比较。此外,动态响应的差异引起的不同位置的大直径车轮(即。,on the inner track or outer track) was analyzed for the case where equivalent in-phase WDD occurred between the front and rear bogies. The results show that when the vehicle ran on a straight line, the coupling between WPW and WDD reduced the vehicle’s stability but improved its ride comfort. When the vehicle traveled on a curved line, it showed reductions in the lateral wheel/rail contact force, derailment coefficient, axle lateral force, and wear index if the outer wheels had a larger diameter. As a result, the deterioration of the vehicle’s dynamic performance due to the increasing degree of WPW slowed down, and its curve negotiation performance improved. Meanwhile, the outer wheels had significantly greater lateral wheel/rail contact force, derailment coefficient, and wear index compared to the inner wheels. When a −1 mm WDD was coupled with the worn wheel profile for 14 × 10<年代up>4车辆的行驶公里数,动态性能指标接近甚至超过了相应的安全限制。研究结果可以为地铁车辆维修提供技术支持。

 中国国家自然科学基金 51975038 1。介绍

地铁运营期间,纵向和横向轮轨力将来自牵引和制动,以及离心效应曲线谈判的过程中,导致各种类型的损坏车轮和rails。此外,由于越来越多的地铁交通流和列车速度、频繁的启动和制动,和越来越多的曲线病害,车轮正遭受越来越严重的破坏。特别是,轮子通常更为多样化,复杂的攻击而不是伤害类型。轮损伤的主要类型包括车轮轮廓磨损(WPW)轮直径差异(WDD)和胎面剥落。WPW和WDD通常共存为最常见的耦合损伤,这是难以解决,对维修成本高,严重影响地铁车辆的安全性和舒适性。因此,研究WPW加上WDD地铁车辆动力学的影响具有实际意义。

地铁车辆操作,轮子也不可避免的被践踏,法兰穿引起的轮轨接触和刹车,导致车轮概要文件的变化。随着距离的增加,磨损的程度会增加,轮资料往往有所不同。

大量的研究调查的影响WPW在车辆动力学理论,模拟或实验方法。崔等人研究了影响不同的磨损形式的车辆动力学通过现场试验结合模拟和分析,发现假法兰由轮磨损会危及车辆的运行安全 1]。陆等人建立了一个动态模型的B型地铁车辆普遍机制(嗯),多体系统动力学的仿真软件包,并分析了砂轮磨损对车辆动力学性能的影响和轮轨接触损伤的特点 2]。姚等人研究了砂轮磨损的影响在高速列车的动力学性能和建议车辆系统的横向稳定性指数线性下降随着车轮磨损深度的增加( 3]。美国普拉丹et al。 4)调查了影响砂轮磨损的不同阶段的动态反应如弯曲性能,然后评估临界速度和行驶舒适的铁路车辆模拟测试跟踪维修计划来证明。太阳等人模拟多点接触和non-Hertzian接触穿轮和铁路使用修改后的Kik-Piotrowski方法。轮轨正常垂直力,轮轨蠕变力,和接触块形状与该方法预测的结果具有很好的一致性,而且接触计算( 5]。通过测量胎面和铁路概况,宗庆后等人分析了等效锥度的影响在地铁车辆的非线性临界速度 6]。施等人的动态性能实验测试高速列车运行在300 km / h,透露,轴箱的振动,车身坐标系,倾向于加强逐渐增加轮磨损( 7]。使用vehicle-turnout耦合动态模型,肖等人分析了动态响应的高速列车车轮磨损时通过了投票。他们发现,轮轨磨损引起的轮轨垂向力的增加和轮轨横向力的下降 8]。许等人研究了砂轮磨损的增加对车辆的影响和SIMPACK动力学通过仿真,与轮轨接触被认为是入口点。结果显示车辆的临界速度明显降低趋势( 9]。谢等人发现,随着速度的增加,轮谐波穿对车辆稳定性的影响变得越来越重要( 10]。vehicle-track系统的随机模型提供的徐和翟使好vehicle-track系统的动态响应和可靠性分析在不同轮的磨损和随机跟踪不规则( 11]。刘和布吕尼调查的影响个人轮资料测量铁路车辆在车辆的动态的环境中多体(MB)模拟 12]。

的WDD对动态性能的影响,律等人表明,当初始WDD是庞大的,裂缝和局部磨损很快,总是发生在车轮直径小,他们可以恶化车辆的动态性能 13]。太阳等人的影响分析WDD稳定,安全,舒适的车辆行驶在桥模拟和建议WDD应严格控制高速列车( 14]。江等人建造地铁车辆的非线性动态模型,然后计算出临界速度,稳定,安全,和穿不同wdd的车辆的力量。结果表明,同轴WDD的增加,临界速度大幅下降,而横向稳定性和穿力量显著增加( 15]。燕等人研究的影响前轴WDD,后轴WDD,相当于同相WDD,和等效反相WDD在机车的安全运动直线和曲线 16]。基于高速列车和12 #的投票率在中国客运专线,陈等人开发了一个vehicle-turnout动态模型和系统地分析了稳定性、安全性和行驶舒适的高速车辆通过不同类型和大小的WDD的投票率。他们建议的操作限制同相、反相WDD被设定在2毫米和3毫米,分别和同轴WDD上面的限制主要和次要维护需要被设定在1.5毫米( 17]。基于分析的类型WDD,马等人讨论的影响WDD车轮的应力状态和运动( 18]。他等人建议WDD会导致显著增加横向轮轨接触力的机车运行在一条直线上( 19]。王等人发现轮副的偏航角,侧向位移,穿力量,蠕变力轮副的急剧增加与大WDD [ 20.]。刘等人分析了同轴WDD机车的动态性能的影响。结果表明,同轴WDD改变轮轨接触的位置,增加铁路的等效应力,这将损害机车的动态性能 21]。基于电力机车装备三轴转向架、张等人调查了WDD在不同的轴对机车动力学性能的影响。结果表明,脱轨系数和轮卸货率增加而增加WDD第一轴和减少与增加WDD在其他两个轴 22]。通过分析力与WDD,转向架气等人从理论上推断WDD改变了存在的平衡轮副中心的位置,从而改变了轮轨接触关系和影响了车辆系统的稳定性 23]。

这些研究人员看着WPW或WDD在车辆动力学的影响从不同的视角和提供洞察如何解决相关动态性能问题。WPW相关研究主要集中在如何穿深度、谐波穿,火山口磨损影响车辆动态性能,研究相关WDD强调WDD的类型和范围的影响。

然而,大多数这些研究只考虑单一类型的轮损害的影响车辆动力学、忽视多种损伤类型的共存和相互作用不同的损伤类型车辆动力学的影响。本研究分析了车轮损伤测量数据在一个特定的地铁线路,发现WPW和等价同步WDD轮损伤的主要类型是车辆运行在这条直线上。WPW,相当于同相WDD一起被认为是进一步分析损伤耦合轮对车辆动态性能的影响。

此外,现有的研究只考虑转向架面前,忽视实际情况前后妖怪都WDD。所以,本研究认为是等效的发生同相WDD在前方和后方的妖怪,然后分析了动态响应的差异引起的不同位置的大直径车轮,即。在内部跟踪或外层轨道。

此外,在车辆动力学建模中,这些研究人员只考虑车轮轮损伤在单个轮对和其他作为标准的。这不能准确反映实际的车轮损伤的特点。本研究不仅考虑损伤的特点相比,所有车轮基于测量数据,还的动态响应内部和外部轮子。

 2。分析测量轮数据

地铁车辆运营地铁一直跟踪在这个研究。这辆车由6节车厢,每有8轮。这些48的概要文件和直径车轮以来测量车辆的操作的开始。车轮轮廓和直径数据收集,当距离达到5×10<年代up>4,8×10<年代up>4和14×10<年代up>4公里。

2.1。测量轮概要文件

轮轨接触可以分为三个区域,如图 1。地区是车轮踏面之间的接触区和轨头。轮轨接触在这个地区通常发生在车辆沿着一条直线或曲线半径大。地区B是该地区轮缘之间的联系和跟踪,这常常发生在车辆运行在一个曲线病害。在区域C,轮轨接触极不可能发生。

轮轨接触区域。

的地铁车辆车轮进行了跟踪和分析。发现轮胎磨损是主要地区,如图 1。这一地区被称为胎面磨损的磨损。测试车辆在这项研究中有6节车厢,车厢和1被选为动态建模,以便更容易模拟和计算。测量数据的分析发现,最大磨损深度的差异之间的6车厢是10%左右,和最坏的轮子磨损发生在2号车厢。所以,2号车厢被选为动力学建模。这马车的实测断面的8轮是用于其动力学模型为了让结果来反映其实际状态。

图 2说明了8轮的最大磨损深度测量的距离达到5×10<年代up>4,8×10<年代up>4和14×10<年代up>4公里。左边的轮子被数1,3,5,7,和正确的编号2,4,6,8。

测量胎面磨损深度。

为了减少尖头的点面轮廓,防止错误积累在曲线拟合,数据处理器基于三次样条插值算法在MATLAB软件编制的车轮踏面数据 24]。计算公式是 (1) y x = f x + ε x , x ∈ 一个 , b , 在哪里 f x 三次样条平滑曲线, ε x 是随机误差, y x 是实验数据, 一个, b是轮子的横坐标的概要文件。

然后,8轮5×10的概要文件<年代up>4,8×10<年代up>4和14×10<年代up>4公里旅行图所示 3被用于后续的建模。

测量轮配置文件。(一)First-axle轮配置文件。(b) Second-axle轮配置文件。(c)第3轴轮配置文件。(d) Fourth-axle轮配置文件。

 2.2。分析WDD数据

地铁车辆,牙齿的磨损程度不同车轮之间由于复杂,变量在实际操作条件。图 4显示了四种WDD为两轴转向架,与“ v “在顶部显示车辆运动的方向。他们如下:(I)面前WDD(前轴上的左、右车轮有不同直径),(2)后方WDD(左、右车轮后桥有不同直径),(3)等价同步WDD(较小直径车轮前后轮轴在同一侧),和(IV)等效反相WDD(较小直径车轮前后轮轴两端)( 25]。根据文献[ 26- - - - - - 27),四种类型的WDD,相当于同相WDD最大影响曲线协商车辆的性能。

类型的WDD: (a)面前WDD, (b)后方WDD, (c)等价同步WDD,和(d)等效反相WDD。

地铁车辆的车轮的直径是跟踪。这个轮子直径测量仪是用来测量车轮的滚动圆的直径。它通过三点间接测量和显示读数机械指示器,它允许用户获得直径直接阅读。它的特点是测量误差小,高指示稳定,低重量,和易用性。

直径测量数据的分析显示,有相当于同相WDD之间每个马车的前后妖怪后长期运行在同一行。换句话说,较小直径车轮前后妖怪的同一侧,如图 5。出于这个原因,相当于同相WDD应用建模来研究其对车辆动力学性能的影响。

相当于同相WDD前后之间的妖怪。

WDD指的是区别名义左右车轮的滚动半径。被定义为轮对直径的差异 (2) Δ D = D 外 − D 内心的 , 在哪里 D 内心的 轮子的直径在内部路径(内轮); D 外 外层轨道上轮的直径(外轮);和 Δ D < 0 表明,内轮的直径大于外车轮直径。

根据中国的相关规定,轮副需要修理时同轴达到1毫米直径差异。由于加工误差的可能性,轮对组装的技术规范允许WDD小于0.3毫米的 28]。表 1提供的值等价同步WDD设置在这个研究。

车轮直径不同设置。

条件 左车轮(外)直径(毫米) 右轮(内部)直径(毫米) WDD(毫米)
1 839年 840年 −1
2 839.2 840年 −0.8
3 839.5 840年 −0.5
4 839.8 840年 −0.2
5 840年 840年 0
6 840年 839.8 0.2
7 840年 839.5 0.5
8 840年 839.2 0.8
9 840年 839年 1
3所示。Vehicle-Track系统动力学模型 3.1。车辆动力学模型

车辆动力学模型构造了基于参数B型车辆跟踪。它主要包括1车辆的身体,2帧,4个车轮,8轴框,主要和次要悬挂系统。车辆的身体、框架和车轮都视为刚体,并且每个有六个自由度(自由度),包括飙升、摇摆、起伏,起伏,俯仰和偏航。整个车总共有50个自由度。车辆的动态运动方程如下( 29日]: (3) 米 X ¨ + C X ˙ + K X = P , 在哪里 米, C, K质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,分别对系统的车辆; X是广义位移;和 P 是广义负载。

车辆动力学模型图所示 6,并给出了车辆的主要参数表 2( 30.]。

车辆动力学模型。

车辆的主要参数。

参数 价值 单位
车辆身体质量 33859年 公斤
汽车身体的惯性矩 73105年 公斤·米<年代up>2
汽车身体的惯性矩 1157173 公斤·米<年代up>2
车辆在偏航身体的惯性矩 1171980 公斤·米<年代up>2
画面质量 2103年 公斤
框架在辊的转动惯量 1333年 公斤·米<年代up>2
框架的转动惯量 864年 公斤·米<年代up>2
框架在偏航的惯性矩 2131年 公斤·米<年代up>2
轮对质量 1018年 公斤
在辊轮副的转动惯量 546.7 公斤·米<年代up>2
轮副的转动惯量 75年 公斤·米<年代up>2
在偏航轮组的转动惯量 546.7 公斤·米<年代up>2
主悬吊系统的垂直刚度 1。3 MN / m
主悬吊系统的垂直阻尼系数 1840年 n / m
二次悬浮系统的垂直阻尼系数 25(0.15米/秒) kN⋅s / m
二次悬浮系统的横向阻尼系数 58(0.1米/秒) kN⋅s / m

标准的跟踪模拟UIC60德国高速铁路和申请跟踪激发光谱。地铁线路模拟两行类型:直线和曲线,每个1000米长。曲线c形和五个部分组成,直线段、过渡曲线,一个圆形曲线,过渡曲线和直线段序列。圆曲线半径300米。组成如表所示 3。此外,曲线是边拐线。车辆运动方向,左边的轮子被指定为外部车轮内部轮子和轮子。如果改变了它的方向左转,因为车轮直径差异变化对称从−1毫米到1毫米,动态性能的变化规律是相同的,只有内轮和外部交换轮。

位于线组成。

数量 行类型 长度(米)
1 直线 245年
2 过渡曲线 55
3 R300圆曲线 400年
4 过渡曲线 55
5 直线 245年

根据实际操作特征的测试线,变量速度是设置车辆模拟它的加速度,滑行,减速,最大速度是65公里/小时。然后,车辆速度之间的功能关系 v 和距离 年代得到: (4) v 年代 = − 2.76 × 10 − 4 年代 2 + 0.276 年代 , 0 < 年代 ≤ 360年 ; 630年 < 年代 ≤ 1000年 , 65年 , 360年 < 年代 ≤ 630年 。

分段速度函数 v ( 年代)可以用来模拟速度变化的过程开始时,最初的静态车辆牵引,然后海岸,最后沿着1000米刹车停止曲线。

赫兹的理论用于解决正常的接触问题,和石灰的简化理论和相应的FASTSIM算法应用于计算切向蠕变力的分布和大小在印迹。

 3.2。WPW和WDD之间的耦合模型

车辆动力学建模期间,车轮磨损数据测量的距离达到5×10<年代up>4,8×10<年代up>4和14×10<年代up>4公里被导入到轮配置文件数据库获得穿轮概要文件,为代表 年代1, 年代2, 年代分别为3(表 4)。然后,穿轮概要模型由应用概要数据如图 3每个车厢的八个轮子。

穿轮配置文件不同的距离。

距离 5×10<年代up>4公里 8×10<年代up>4公里 14×10<年代up>4公里
穿轮概要 年代1 年代2 年代3

后来,WDD模型是由设置轮直径在SIMPACK使用几何模块。按照表 1WDD是9点值,包括−1毫米,−0.8毫米,−0.5毫米,−0.2毫米,0毫米,0.2毫米,0.5毫米,0.8毫米,1毫米。

之后,WPW之间的耦合和WDD建模是通过应用直径值对应穿轮概要文件在车辆动力学模型。

 3.3。车辆动力学模型的验证

平顺性是一个重要因素考虑在评估舒适的汽车。乘坐舒适指数和振动加速度是广泛采用世界各地的评估车辆的动态性能( 31日]。车辆的行驶舒适指数, W,可以计算如下 32]。 (5) W = 0.896 一个 3 f F f 10 , 在哪里 一个 振动加速度(cm / s<年代up>2); f 振动的频率(赫兹);和 F f 是相关的校正因子 f。

在车辆动力学模型构建基于实际车辆和线路状态的参数,模型的垂直加速度和乘坐舒适指数计算。结果与实测数据来验证模型的可靠性,以确保准确的后续的仿真结果。

研究车辆振动进行了测试,测试数据收集和COINV DASP,一个软件包开发的中国东方研究所的噪音和振动。按照铁路车辆,规范评价的动态性能和认证测试(gb5599 - 1985),一个加速度计安装在地板上左边的前面转向架(1 m转向架主中心)来测量汽车的加速度和采样频率为1024赫兹。获得加速度数据绘制在图 7。

比较的垂直加速度。

模拟加速度与测量的加速度,然后乘坐舒适指数计算使用方程(从模拟和测量数据 5)。

我们可以看到在桌子上 5,通过仿真获得的最大垂直加速度峰值比测量值略小。部分原因是车辆的结构被简化建模。然而,模拟和测量值的振幅变化以相似的方式。模拟最大峰值的时间非常接近测量值,表明车辆动力学模型提出的高可靠性。

模拟和测量数据的比较。

加速度值 测量值 一个(年代) 模拟值 B(年代) 变动率 One hundred. x 一个 − B / 一个 (%)
最大垂直加速度峰值(m / s<年代up>2) 2.13 1.71 19.72
−2.03 −1.52 25
时间的最大峰值 63.443秒(2.13米/秒<年代up>2) 62.164秒(1.71米/秒<年代up>2) 2.02
63.441年代(−2.03 m / s<年代up>2) 62.168年代(−1.52 m / s<年代up>2) 2.01
乘坐舒适指数 2.2107 2.1659 2.03
4所示。影响WPW加上WDD动态性能的车辆运行在一条直线上

三个穿轮资料5×10<年代up>4,8×10<年代up>4和14×10<年代up>4公里(见图 3和表 4)和9之间wdd−1毫米和+ 1毫米(表 1)是基于测量数据从测试车辆。后,车辆动力学模型如图 6是用于计算和分析的影响WPW加上相当于同相WDD车辆的稳定性和乘坐舒适性。

4.1。狩猎稳定

狩猎稳定车辆动态性能的一个极其重要的方面。临界转速是狩猎稳定性评估最直接的指标。当车辆以正常的速度运行时,它是必要的,以确保整个车辆系统的稳定性和防止不稳定;否则,车辆将蛇严重,从而影响其经营质量和安全。

本文使用加速度降低方法计算临界转速。起初,正弦激励应用于rails直线和一个力作用在车辆身体(大小是一半车身的重量和车辆运动的方向相反)。然后,汽车开始移动,观察其平衡位置振动。车辆速度这个位置被定义为临界速度。如图 8平衡点的条件 年代发生在171 km / h,临界速度是171公里/小时。

临界转速的原理图。(一)临界转速条件 年代1。(b)的细节。

图 9说明了不同程度的临界转速WPW wdd加上不同。如下图所示 9:

很明显对于一个给定的图WDD,逐渐增加的程度WPW临界速度,从而减少车辆的稳定性。当WDD−1,−0.8−0.5−0.2, 0, 0.2, 0.5, 0.8, 1毫米,穿轮概要的临界速度 年代3减少了32.3%,30.3%,35.1%,33.7%,33.3%,32.9%,31.5%,33.8%,和36.3%,分别比 年代1。减少的速度不同wdd之间略有不同。

对于一个给定的穿轮概要,临界转速的WDD较低,缺乏WDD。此外,随着WDD的绝对值增加,临界速度趋于下降,大致对称分布。这一趋势最明显 年代1,临界速度−1毫米WDD ( D 内心的 > D 外 )相比,减少了47公里/小时0 WDD的临界速度。在条件 年代3当WDD−1−0.8, 0.8, 1毫米,车辆的临界转速是86,92,96,和91 km / h,分别都低于最大允许速度运行在研究了线,100 km / h。实际车辆在直线上运行的最大速度是限制其临界转速。如果实际的速度超过了四个关键的水平,它将蛇严重和失去侧向稳定性,导致乘客不适,甚至出轨在最差情况的场景。

大直径车轮是否内在或者外在方面几乎没有影响临界转速。为WDD改变,临界速度大约有一个对称分布。

临界转速。

上述分析表明,临界转速随WDD和WPW增加而下降。这主要是因为存在WDD导致车轮滚动的中心线偏离轨道,从而增加车轮的侧向位移和角度偏移量。因此,轮轨接触几何形状的改变和临界转速下降。与此同时,随着等效锥度增加WPW度增加,车辆的非线性临界速度逐渐下降。

 4.2。车辆行驶舒适

列车的运行性能通常由行驶舒适指数衡量,依法可分级表 6。

车辆行驶舒适指数和分级。

年级 评级 乘坐舒适指数
马车 机车 货运车
1 优秀的 < 2.5 < 2.75 < 3.5
2 好 2.5∼2.75 2.75∼3.10 3.5∼4.0
3 公平 2.75∼3.0 3.1∼4.0 4.0∼4.25

图 10展示了不同程度的影响WPW加上不同wdd车辆的平顺性。数据 10 ()和 10 (b)说明外侧行驶舒适指数和垂直行驶舒适指数,分别。

对于一个给定的WDD,乘坐舒适指数倾向于增加而增加的程度WPW垂直和横向方向。当WDD−1,−0.8−0.5−0.2, 0, 0.2, 0.5, 0.8, 1毫米,侧穿轮行驶舒适指数资料 年代3增加了18.5%,19%,19.1%,21.1%,23%,20.8%,17.2%,16.9%,和15.9%,分别比 年代1。相应的增加在垂直行驶舒适指数是25.9%,27.3%,30.5%,38.2%,45.1%,41.5%,39.9%,38.3%,和30.6%,大于横向行驶舒适指数增加。此外,正如WDD增加的绝对值,乘坐舒适指数的增加引起的剖面变化往往会稍微下降。这表明存在WDD可以抑制形象的负面影响在某种程度上改变行驶舒适指数。

图 11说明了振动加速度随WPW WDD是0时的程度。发现与大WPW垂直和横向加速度增加,这是符合描述的乘坐舒适指数的趋势( 1)。

对于一个给定的穿轮,WDD增加的绝对值,横向和纵向行驶舒适指数下降为0 WDD相比,大约及其分布是对称的。一个推论是,适当的WDD可以帮助改善汽车的平顺性。此外,近似对称的分布表明,大直径车轮是否内部或者外部一侧行驶舒适指数影响不大。

舒适指数。(一)横向行驶舒适指数。(b)垂直行驶舒适指数。

振动加速度。(一)垂直加速度。(b)横向加速度。

随着WPW程度的增加,振幅的垂直和横向加速度扩张,增加行驶舒适指数。在WDD,左、右车轮上的蠕变的力量导致车轮偏航顺时针,导致车轮的侧向位移。当等价同步WDD之间发生的前后车轮转向架,前后车轮会走向相同的一边,不会导致重大转向架的偏转。因此,一个非常小的角度之间的抵消车轮前后将有助于改善汽车的平顺性系统[ 33]。

 5。影响WPW加上WDD车辆的曲线上谈判的性能

三个穿轮资料5×10<年代up>4,8×10<年代up>4和14×10<年代up>4公里(表示 年代1, 年代2, 年代3)和9之间wdd−1毫米和+ 1毫米(表 1)是基于测量数据从测试车,一样的部分 4。然后,车辆动力学模型如图 6是用于计算和分析的影响WPW加上相当于同相WDD横向轮轨接触力、脱轨系数、轴侧向力和磨损指数。

5.1。轮轨横向力

图 12显示了横向轮轨接触力wdd WPW加上不同程度的不同。

横向轮轨接触力。(一)内部轮(右轮)。(b)外车轮(左车轮)。

如下图所示 12:

对于一个给定的WDD,峰值横向轮轨接触力增加WPW(即增加的程度。,从车轮概要文件 年代1到 年代2,然后 年代3)。这对车轮外增长尤为明显,横向轮轨接触力的1.67倍,在内心的轮子。表 7显示了峰值的增加横向轮轨接触力外车轮由于剖面变化 年代1到 年代3为不同WDD(−−−1日0.8−0.5,0.2,0,0.2,0.5,0.8,和1毫米)。

不同穿轮资料、外侧轮轨接触力相对较小当外车轮直径比内部轮子(WDD > 0)。我们可以看到在桌子上 7,增加横向轮轨接触力为零WDD是高于非零WDD。这表明WDD降低了峰的存在横向轮轨接触力和抑制其增长在一定程度上由于剖面变化。

在大直径车轮内一侧(即。,WDD < 0), the lateral wheel/rail contact force was relatively larger. When a -1 mm WDD was coupled with profile 年代3、横向轮轨接触力的峰值外车轮达到38.74 kN,接近41.29 kN的安全限制。

增加横向轮轨接触力峰值外车轮由于剖面变化 年代1到 年代3所示。

WDD −1 (%) −0.8 (%) −0.5 (%) −0.2 (%) 0 (%) 0.2 (%) 0.5 (%) 0.8 (%) 1 (%)
增加 26.4 22.4 23.6 49.5 52.7 43.5 23.3 30.1 41.8

后车轮开始穿,高度非线性的接触发生在轮和铁路和轮轨相互作用恶化,大大增加了轮轨横向力的振幅。的存在WDD引起轮对的横向运动,车轮和铁路之间的横向蠕变倾向于增加。大直径车轮内一侧时,横向蠕变在离心力的方向相同。大直径车轮外一侧时,侧向蠕变是在离心力的方向相反,从而减少轮轨横向力。

 5.2。脱轨系数

图 13显示了不同程度的脱轨系数WPW wdd加上不同。

脱轨系数。(一)内部轮(右轮)。(b)外车轮(左车轮)。

以下从图可以看出 13:

对于一个给定的WDD,左右两个车轮的脱轨系数WPW增加程度的增加,和这一趋势更明显外车轮(左车轮)。增加脱轨系数剖面变化造成的 年代1到 年代3对不同wdd(−−−1日0.8−0.5,0.2,0,0.2,0.5,0.8,和1毫米)展示在表 8。很明显,脱轨系数的增加大幅增长,当WDD达到0.8毫米和1毫米。

在大直径车轮外一侧(即。,WDD > 0), the derailment coefficient was relatively low, indicating that the vehicle’s stability against derailment can be improved by positioning larger-diameter wheels on the outer side. When the larger-diameter wheels were on the inner side (i.e., WDD < 0), the derailment coefficient was relatively high. When a −1 mm WDD was coupled with the worn wheel profile 年代3、脱轨系数峰值为0.84,高于0.8的安全限制。

外车轮(左车轮)的脱轨系数更高,及其峰值为1.91倍内轮子。

增加峰值脱轨系数外车轮由于剖面变化 年代1到 年代3所示。

WDD −1 (%) −0.8 (%) −0.5 (%) −0.2 (%) 0 (%) 0.2 (%) 0.5 (%) 0.8 (%) 1 (%)
增加 86.3 86.6 87.4 87.8 91年 76.7 89.7 109.1 125.2

脱轨系数的变化模式相似的轮轨横向力。这是因为WPW和WDD有对轮轨横向力的影响大于对轮轨垂向力,和脱轨系数的比例是轮轨横向力对轮轨垂向力。

 5.3。轴侧向力

图 14描述了不同程度的的轴侧向力WPW wdd加上不同。如图,

对于一个给定的WDD, WPW程度的增加,轴侧向力以日益增长的速度增加。增加轮轴横向力由于剖面变化 年代1到 年代3对不同wdd(−−−1日0.8−0.5,0.2,0,0.2,0.5,0.8,和1毫米)展示在表 9。

很明显从图 14和表 9,随着WDD改变(即从1毫米到1毫米。,一个年代the difference between outer wheel diameter and inner wheel diameter increased), the magnitude and growth rate of axle lateral force declined at a decreasing rate. This suggests that when the outer wheel diameter was larger than the inner wheel diameter, the growth in axle lateral force due to increased profile wear was slowed down to some degree. If inner wheels had a greater diameter, the growth in axle lateral force would speed up.

当一个−1毫米WDD伴随着穿轮概要文件 年代3、轴侧向力达到峰值37.51 kN,接近37.75 kN的安全限制。这表明,轨道上的车辆产生相对较大的横向部队在这种情况下,这可能会导致横向追踪运动甚至出轨。

轮轴横向力。

增加轮轴横向力峰值外车轮由于剖面变化 年代1到 年代3所示。

WDD −1 (%) −0.8 (%) −0.5 (%) −0.2 (%) 0 (%) 0.2 (%) 0.5 (%) 0.8 (%) 1 (%)
增加 57.4 52.3 49.2 45.5 45.1 43.7 41.7 36.5 26.9

轴侧向力主要是影响轮轨横向力以及与轴转向架的力量转移。分析结果表明,轮轴横向力的变化规律类似于轮轨横向力。

 5.4。磨损指数

Elkins磨损指数计算加法的标量产品蠕变力和蠕变对所有接触补丁。

图 15描述了不同程度的磨损指数WPW wdd加上不同。

磨损指数。(一)内部轮(右轮)。(b)外车轮(左车轮)。

以下从图可以看出 15:

左右两个车轮的磨损指数WPW程度的增加而增加。外(左)车轮有一个更大的磨损指数和磨损指数峰值约为1.99倍的内心的轮子。表 10显示了外车轮的磨损指数的增加由于剖面变化 年代1到 年代3对不同wdd(−−−1日0.8−0.5,0.2,0,0.2,0.5,0.8,和1毫米)。

在大直径车轮外一侧(即。,WDD > 0), the wear index was relatively low, indicating that the resistance to wheel wear can be improved by positioning larger-diameter wheels on the outer side. When the larger-diameter wheels were on the inner side (i.e., WDD < 0), the wear index was relatively high. In the case where a −1 mm WDD was coupled with worn wheel profile 年代3、磨损指数达到356.78 N,指示轮轨磨损非常严重。

增加穿外车轮由于剖面变化指数 年代1到 年代3所示。

WDD −1 (%) −0.8 (%) −0.5 (%) −0.2 (%) 0 (%) 0.2 (%) 0.5 (%) 0.8 (%) 1 (%)
增加 47.9 61.6 70.1 60.6 58.4 66.6 68.9 74.6 67.1

随着WPW程度增加,轮轨相互作用恶化和轮轨磨损增加。当内部轮子直径比外车轮,轮副的偏航角和横向漏电增加而增加WDD和轮轨磨损的共同作用下,离心力增加。

 6。结论

车轮轮廓磨损和等价同步轮直径差异共存研究地铁线路。本研究调查的影响WPW加上WDD车辆动力,外部和内部的动态响应车轮相比,然后分析了车辆动态性能的不同位置的大直径车轮。这项研究可能导致下列结论:

动态性能的车辆在直线上运行可以描述如下:

在WPW加上WDD,车辆的行驶舒适指数随着WDD的绝对值的增加而减少。这表明WDD可以减缓恶化引起的乘坐舒适指数增加WPW和提高车辆的平顺性在某种程度上。然而,耦合损伤降低了临界速度和破坏了狩猎的稳定。穿的临界转速为14×10轮概要文件<年代up>4公里低于最大允许速度运行在一条直线(100 km / h)当WDD−1,−0.8, 0.8, 1毫米。

大直径车轮是否内在或者外在方面几乎没有影响车辆的临界速度和行驶舒适指数。

车辆的性能曲线谈判有以下特点:

在WPW加上WDD,车辆显示横向轮轨接触力增加,脱轨系数、轴侧向力和磨损指数和恶化时的性能曲线谈判大直径车轮内一侧。大直径车轮外一侧时,横向轮轨接触力、脱轨系数、轴横向力,和磨损指数下降,表明耦合损伤可以提高车辆的动态性能,如果外车轮直径大于内轮直径。

在WPW加上WDD,外车轮明显更大的横向轮轨接触力,脱轨系数和磨损指数相比,内部轮子,和他们的高峰值分别为1.67,1.91,和1.99倍,分别比内在的一面。

当穿为14×10轮概要文件<年代up>4公里数是加上1毫米WDD,横向轮轨接触力峰值和峰值轴外端的侧向力达到38.74 kN, 37.51 kN,分别,这是接近相应的安全限制。峰值脱轨系数为0.84,高于0.8的安全限制。磨损指数高达356.78 N,表明车轮被严重磨损。

在地铁车辆的维修过程中,维修人员应检查不同类型的轮的耦合损伤除了轮损伤检测。此外,特别要注意外车轮的曲线谈判表现当内部轮子直径大于外车轮。后的距离达到14×10<年代up>4公里,人员应检查是否横向轮轨接触力、脱轨系数、轴侧向力超过安全限度。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从第一作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

 确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(批准号51975038)。

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