内外钢轨摩擦因数对车辆曲线通过动力学性能的影响_宋瑞
铁轨和轮子的摩擦力铁路系统如何利用摩擦力控制列车的速度和方向
铁轨和轮子的摩擦力铁路系统如何利用摩擦力控制列车的速度和方向摩擦力在铁轨和轮子交互作用中起着至关重要的作用，铁路系统正是通过调节摩擦力来控制列车的速度和方向。
本文将介绍铁轨和轮子的摩擦力在铁路系统中的应用及其相关原理。
一、摩擦力的基本原理摩擦力是物体之间接触面上的相互作用力，其大小与接触面的压力和物体表面之间的摩擦系数有关。
在铁轨和轮子的接触面上，由于两者并不是完全光滑的，存在微小的凹凸以及不规则的表面结构，因此会产生摩擦力。
二、摩擦力在列车制动中的应用1. 制动系统的基本原理列车制动是通过增加轮轴和车轮之间的摩擦力来减缓和停止列车的运动。
在蒸汽机车时代，常用的制动方式是手动操作调节车轮与轨道之间的摩擦力。
而在现代列车中，常采用空气制动系统来实现制动的迅捷和精确。
2. 空气制动系统的工作原理空气制动系统通过控制空气压力的变化来调节制动力的大小。
当列车需要减速或停车时，列车司机会触发制动指令，使空气制动装置释放压力，当轮轴和车轮受到制动器夹持时，产生的摩擦力将减速列车。
三、摩擦力在列车加速中的应用1. 牵引系统的基本原理列车的加速是通过将机车或动车组的牵引力传递给车轮来实现的。
牵引系统利用摩擦力将机车的动力传递给车轮，使列车获得运动能力。
2. 电力牵引系统的工作原理现代电力牵引系统通过电机驱动车轮，使其转动从而产生牵引力。
电机的转动通过减速齿轮传递给车轮，摩擦力在减速齿轮和车轮之间产生，从而产生了牵引力。
四、摩擦力在列车转弯中的应用1. 转弯半径与摩擦力的关系在列车转弯中，摩擦力的大小直接影响着列车的转弯半径。
摩擦力越大，列车转弯半径越小。
因此，在设计铁路线路时，需要考虑列车的转弯半径以及相应的摩擦力。
2. 曲线区段的摩擦力调节为了确保列车安全行驶，铁路系统会在曲线区段进行摩擦力的调节。
通过限制列车的速度，并调整轮轴与车轮之间的压力，使得涵盖曲线区段的摩擦力能够满足列车的安全运营要求。
五、摩擦力对列车运行的影响1. 摩擦力大小的限制摩擦力的大小对列车的运行速度和加速度有一定的限制。
钢轨波磨对车辆-轨道动态响应的影响
312019年第5期0 引言随着现代城市规模的日益扩大，轨道交通作为一种新型的交通工具，以其运量大、速度快、安全可靠等特点，成为解决城市交通问题的重要手段[1]。
然而随着城市轨道交通快速发展，轮轨伤损现象越加明显，其中较为普遍的问题为轮轨异常磨耗，包括钢轨波浪形磨损（简称钢轨波磨）、车轮多边形磨耗、钢轨侧磨、轮轨擦伤、车轮凹陷和沟槽形磨损等[2]。
钢轨波磨不仅会直接引起车辆、轨道结构振动，增加工务维护费用、造成环境噪声污染，而且限制了车速进一步提高，并给行车安全带来隐患[3]。
随着行车速度提高、车流密度加大以及新型车辆和轨道结构的推广，钢轨波磨逐渐变得复杂。
从20世纪70年代开始，各国科研人员更加注重这一问题。
李伟等[4]采用钢轨波磨测量仪测量了钢轨波磨特征，采用加速度和位移传感器测量了钢轨打磨前后车辆和轨道零部件的振动加速度，分析了钢轨波磨对车辆和轨道零部件振动的影响。
钟硕乔等[5]基于地铁车辆―轨道耦合动力学模型分析了科隆蛋扣件轨道的钢轨波磨对车辆动力学性能的影响，结果表明波磨主要影响了车辆系统的垂向振动特性。
Ekberg等[6]结合高频车辆轨道动态模型和滚动接触疲劳模型分析了短波钢轨波磨对车轮疲劳的影响，考虑了不同运营条件下的波磨影响。
目前，我国城轨交通针对钢轨波磨的评价依据参照《铁路线路维修规则》，评价指标仅包含波深参第一作者：周昌盛（1993―），男，工程师，硕士。
E-mail ：1056977848@钢轨波磨对车辆-轨道动态响应的影响周昌盛，周华龙，王小韬，杨文茂，金忠凯（中铁二院工程集团有限责任公司 地下铁道设计研究院，四川 成都 610031）摘 要：在对我国某地铁A 型车、轨道结构、行车速度以及钢轨波磨状态等进行现场调查的基础上，根据车辆-轨道耦合系统动力学理论，建立车辆-轨道垂向耦合动力学数值分析模型，计算分析波磨波长、波深和行车速度对轮轨相互作用及车辆运行稳定性的影响，并且以轮重减载率限值标准为判定依据，计算分析了不同波长情况下波磨波深的建议控制值。
钢轨波磨对高速车辆
第 54 卷第 11 期2023 年 11 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.11Nov. 2023钢轨波磨对高速车辆−道岔系统动力性能的影响李智恒1, 2，闫正1, 2，李抒效1, 2，徐井芒1, 2，王平1, 2(1. 西南交通大学 高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川 成都，610031；2. 西南交通大学 土木工程学院，四川 成都，610031)摘要：为研究钢轨波磨对高速车辆−道岔系统动力学性能的影响，建立高速车辆−道岔刚柔耦合动力学模型，考虑道岔区多钢轨的柔性变形，通过数值模拟来描述钢轨表面波磨；考虑钢轨波磨的分布相位、波长、波深及通过速度等影响因素，重点分析道岔区波磨工况下轮轨垂向力和车辆部件垂向振动的变化规律。
研究结果表明：在尖轨顶宽40 mm 处，当钢轨波磨处于波深时变率最大的相位时，尖轨侧轮轨垂向力最大；道岔区波磨会缩短轮载过渡段长度；当波长为150 mm 、波深达到0.08 mm 时，尖轨侧车轮在轮载过渡段完全减载，出现瞬间轮轨分离现象；轮轨垂向力、车辆轴箱垂向振动加速度最大值与波长呈负相关，与波深、速度呈正相关。
关键词：高速道岔；钢轨波磨；车辆−道岔刚柔耦合模型；轮轨动态相互作用；轮载过渡中图分类号：U213.6 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）11-4596-14Influence of rail corrugation on dynamic performance of high-speed vehicle-turnout systemLI Zhiheng 1, 2, YAN Zheng 1, 2, LI Shuxiao 1, 2, XU Jingmang 1, 2, WANG Ping 1, 2(1. MOE Key Laboratory of High-Speed Railway Engineering, Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031, China;2. School of Aeronautic Science and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)Abstract:In order to study the effect of rail corrugation on the dynamic performance of the high-speed vehicle-收稿日期： 2023 −01 −11； 修回日期： 2023 −03 −28基金项目(Foundation item)：国家自然基金科学基金资助项目(52122810，51978586，51778542)；中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目(J2021G013，P2021T013)；铁科院集团公司科研开发计划项目(2021YJ022)；四川省杰出青年科技人才项目(2020JDJQ0033) (Projects(52122810, 51978586, 51778542) supported by the National Natural Science Foundation of China; Projects(J2021G013, P2021T013) supported by the Science and Technology Research and Development Program of China State Railway Group Co. Ltd.; Project(2021YJ022) supported by the Science and Technology Research and Development Program of China Academy of Railway Sciences Group Co. Ltd.; Project(2020JDJQ0033) supported by the Distinguished Young Scientific and Technological Talents Project of Sichuan Province)通信作者：徐井芒，博士，教授，从事轨道工程研究；E-mail ：******************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.11.036引用格式： 李智恒, 闫正, 李抒效, 等. 钢轨波磨对高速车辆−道岔系统动力性能的影响[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(11): 4596−4609.Citation: LI Zhiheng, YAN Zheng, LI Shuxiao, et al. Influence of rail corrugation on dynamic performance of high-speed vehicle-turnout system[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(11): 4596−4609.第 11 期李智恒，等：钢轨波磨对高速车辆−道岔系统动力性能的影响turnout system, a rigid-flexible coupling dynamic model of high-speed vehicle-turnout was established. Considering the flexible deformation of multiple rails in the turnout area, the surface corrugation of the rail was described by numerical simulation, and the influence factors such as distribution phase, wavelength, depth of wave and passing speed of rail corrugation were considered. The variation laws of wheel-rail vertical force and the vertical vibration of the vehicle components under the condition of corrugation in the turnout area were emphatically analyzed. The results show that when the rail corrugation is in the phase with the largest time-varying rate of the wave depth at the top width of the switch rail of 40 mm, the wheel-rail vertical force on the switch rail side is the largest. The rail corrugation of the turnout area will shorten the length of the wheel-load transition section. When the wavelength is 150 mm and the wave depth reaches 0.08 mm, the wheel on the side of switch rail is completely reduced in the wheel-load transition section, and the instantaneous wheel-rail separation phenomenon occurs. The maximum value of the wheel-rail vertical force and the vertical vibration acceleration of the vehicle axle box is negatively correlated with the wavelength, and positively correlated with the wave depth and speed.Key words: high-speed turnout; rail corrugation; vehicle-turnout coupled rigid and flexible model; wheel-rail dynamic interaction; wheel load transition钢轨波磨是指新的钢轨在铺设使用后，随列车荷载的反复作用，逐渐在钢轨轨面出现波浪形周期性磨损的现象，是一种常见的钢轨缺陷形式[1−3]。
钢轨打磨对小半径曲线车辆动力学特性分析
钢轨打磨对小半径曲线车辆动力学特性分析杨逸航【期刊名称】《《铁道机车车辆》》【年(卷),期】2019(039)004【总页数】7页(P73-78,115)【关键词】钢轨打磨; 等效锥度; 车辆-轨道多体系统动力学; 轮轨接触特性【作者】杨逸航【作者单位】中铁物轨道科技服务集团有限公司北京 100036【正文语种】中文【中图分类】U211.5随着铁路交通运输的飞跃式发展，轮轨之间的磨损问题越发显著，其中主要包括钢轨剥离、疲劳裂纹、塑性流变、波状磨损等[1]，严重影响着行车的安全和稳定。
钢轨打磨是解决以上问题的有效策略之一，钢轨打磨可以有效地优化钢轨廓形，改善轮轨接触关系，延长钢轨使用寿命、改善列车运行性能[2]。
郭战伟[3]基于对轮轨蠕滑形成机理的研究，提出应通过钢轨打磨消除或减弱轮轨蠕滑，达到延长钢轨使用寿命的目的。
任娟娟[4]选取现场实际打磨后的轮轨廓形，建立轮轨有限元模型并进行仿真计算，结果表明打磨后轮轨接触状态得到改善；金学松[5]论述了钢轨打磨技术与轮轨接触疲劳伤损之间的关系，建立了优化打磨模型；王军平[6]对个性化钢轨廓形打磨方法进行了阐述，并结合实际案例对不同线路实施廓形打磨后的效果进行了分析。
依据中国铁路总公司郑州局管内某条线路打磨现状，选取2条磨损较为严重的小半径曲线钢轨作为研究对象，钢轨曲线A(简称：曲线A)里程为上行K627+400～K628+400，半径为500 m；钢轨曲线B(简称：曲线B)里程为上行K634+800～K635+800，半径为500 m。
基于mininprof钢轨廓形仪分别测量得到打磨前后曲线A及曲线B处曲中钢轨廓形，进行个性化打磨方案设计，并对轮轨接触几何特性进行分析，随后采用多体动力学软件UM建立车辆-轨道多体系统动力学模型，研究车辆通过打磨前后曲线A及曲线B时车辆动力学特性。
1 现场打磨情况1.1 打磨方案设计图1为曲线A及曲线B中曲线中间处钢轨实测廓形，与设计廓形相比可知，曲线A及曲线B左股外侧均高于设计廓形，曲线A及曲线B右股内外侧均高于设计廓形，已经形成马鞍形磨耗。
高速铁路曲线段钢轨磨耗对列车振动特性影响仿真分析
高速铁路曲线段钢轨磨耗对列车振动特性影响仿真分析高速铁路曲线段钢轨磨耗对列车振动特性影响仿真分析随着高速铁路网络的不断发展，曲线段是铁路线路中必不可少的一部分。
然而，曲线段钢轨长期以来受到列车行驶的影响，其表面会出现磨耗现象。
这种磨耗不仅会对钢轨本身的使用寿命造成影响，还可能对列车振动特性产生不良影响。
因此，对高速铁路曲线段钢轨磨耗对列车振动特性的影响进行仿真分析，将有助于优化曲线段设计，提高铁路运输效能和安全性。
本文基于高速铁路列车运行特点，使用仿真软件建立了高速铁路钢轨和列车系统的数学模型。
模型主要包括钢轨、车辆车体、悬挂系统和轮轴等组成部分。
通过设定不同曲线半径、列车速度和钢轨磨耗程度等参数，对不同条件下的列车振动特性进行仿真分析。
首先，针对不同曲线半径条件下的列车振动特性，本文进行了仿真分析。
发现随着曲线半径的减小，列车在曲线段上的横向加速度、竖向加速度和横向力会明显增加。
这是因为曲线半径较小时，列车在转弯过程中受到较大的离心力作用，导致车体倾斜和轮轨之间的侧向力增加。
这些加速度和力的增加将对乘客的舒适性和列车的运行稳定性产生不利影响。
其次，本文对不同列车速度条件下的列车振动特性进行了仿真分析。
结果表明，随着列车速度的增加，列车在曲线段上的竖向和横向加速度均会增加。
这是因为列车速度较高时，钢轨与列车车轮之间的摩擦力增加，导致车辆在曲线段上的振动加剧。
同时，列车速度的增加还会对车体倾斜和轮轨之间的侧向力产生更大的影响，使得列车在转弯过程中的横向力增加。
因此，在提高列车运行速度时，要考虑对曲线段的设计和维护进行相应调整，以确保列车振动特性的合理控制。
最后，本文通过设定不同钢轨磨耗程度的条件，对列车振动特性进行了仿真分析。
研究发现，钢轨磨耗对列车振动特性有着较大的影响。
当钢轨磨耗程度较大时，列车在曲线段上的横向加速度和横向力会增加，给乘客的体验和列车的运行稳定性带来不利影响。
因此，高速铁路运营管理部门应定期检查和维护曲线段的钢轨，及时进行更换或修复，以保证铁路线路的安全性和运行稳定性。
分析曲线钢轨磨耗演变预测及对车辆动力学影响
分析曲线钢轨磨耗演变预测及对车辆动力学影响摘要：受运量不断增大、车速不断提高的列车影响，轮轨磨耗问题开始引起业界重视。
基于此，本文将围绕曲线钢轨磨耗演变预测方法开展研究，并深入探讨曲线钢轨磨耗对车辆动力学的影响，希望研究内容能够给相关从业人员以启发。
关键词：曲线钢轨；磨耗；车辆动力学前言：对于存在廓形差异的60和60N钢轨来说，磨耗状况差异明显，这种差异在车辆动力学性能受到的影响方面同样存在。
为满足研究需要，本文采用简化理论和算法，轨道磨损计算选用多点接触法，钢轨磨耗计算需要叠加单独计算得出的各接触斑内磨耗深度。
1.曲线钢轨磨耗演变预测方法1.1仿真模型为预测曲线钢轨磨耗演变预测，需建立钢轨型面磨耗仿真模型，模型建设采用多体动力学软件，以此建立货车（C70）动力学模型，该货车转向架为ZK6，轴箱、轮对、侧架、弹簧、摇枕、交叉拉杆为主要转向架部件，图1为货车运动学拓扑图[1]。
图1货车运动学拓扑图在具体建模环节，简化弹簧和交叉拉杆为等效力元，以刚体表示轴箱、轮对、侧架、摇枕，基于LM型踏面的车轮型面及60、60N轨进行研究。
以60轨为依据，60N轨划分5段轨顶圆弧为7段，以此在轨头中部集中轮轨接触点，避免剥离掉块问题在曲线段轨距角处出现，稳定性更高的车辆运行能够顺利实现。
进一步开展磨耗模型建设，对于拥有较为复杂过程的轮轨磨耗来说，各种因素影响的全面考虑存在较高难度，需基于一定假设进行定量分析，因此本文研究需要设法简化轮轨磨耗过程。
在已有研究中，接触状态表述可采用接触区域、滑动磨损等角度，如通过材料磨损理论模型研究材料硬度与磨损率的关系。
轮轨磨损过程也可以通过软件系统进行研究，车辆轨道在不同线路条件下存在的横向动力学响应能够得到较好模拟，磨耗量可在模拟中通过质量密度损进行表示。
也可以采用新的方法计算车轮磨耗数值，如基于磨耗模型研发新方法，以此对比现场实测廓形与车轮磨耗计算结果，即可证明计算方法的实用性。
缓和曲线对小半径曲线钢轨磨耗的影响研究
缓和曲线对小半径曲线钢轨磨耗的影响研究
郭晶
【期刊名称】《能源科技》
【年(卷),期】2024(22)1
【摘要】为研究缓和曲线长度对小半径曲线钢轨磨耗的影响,以朔黄铁路R400m 小半径曲线实际磨耗数据为依托,以仿真模型为手段研究缓和曲线长度对钢轨侧磨及车辆动力学性能的影响,分析结果表明:相同条件下缓和曲线较长的线路钢轨磨耗量相对较小,有助于提高小半径曲线钢轨使用寿命。
相同条件下缓和曲线较长的线路车辆通过时轮轨横向力、脱轨系数、轮轨冲角和轮轴横向力均明显减小,有助于提高列车通过小半径曲线的安全性,缓和曲线长度对列车通过的轮重减载率影响较小。
【总页数】4页(P79-82)
【作者】郭晶
【作者单位】国家能源集团朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司
【正文语种】中文
【中图分类】U213.4
【相关文献】
1.关于广州地铁五号线曲线钢轨磨耗及几段线小半径更换钢轨的探讨
2.轨枕支撑刚度和阻尼对小半径曲线钢轨磨耗型波磨影响的有限元研究
3.地铁小半径曲线钢轨
磨耗影响因素研究4.小半径曲线钢轨磨耗对HXN5型机车曲线通过性能影响5.高速铁路小半径曲线钢轨磨耗影响因素分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
钢轨波磨对地铁车辆动力学响应的影响
龙源期刊网
钢轨波磨对地铁车辆动力学响应的影响
作者：钟硕乔吴磊李伟肖新标金学松
来源：《计算机辅助工程》2012年第06期
摘要：建立地铁车辆-轨道耦合动力学模型，将钢轨视为弹性离散点支撑的无限长Timoshenko梁，将实测钢轨短波波磨不平顺数据作为不平顺激励.通过数值计算得到在科隆蛋扣件线路上不平顺发展过程中车辆动力学响应的变化情况.随着短波波磨不平顺幅值的增大，
轮对和转向架的横、垂向加速度以及轮轨横、垂向力均呈增大趋势，且受不平顺程度的影响较大.结果表明钢轨波磨主要影响车辆系统的垂向振动.
关键词：车辆-轨道耦合动力学；钢轨波磨；轮对；转向架；轮轨力
中图分类号： U270.2 文献标志码： B。
不同摩擦系数对地铁列车曲线碰撞的影响
不同摩擦系数对地铁列车曲线碰撞的影响杨皓杰;肖守讷;高天阳【摘要】为分析不同摩擦系数对地铁列车曲线碰撞的影响,以某4节编组地铁列车为研究对象,建立其有限元模型.设计了动摩擦系数在0.05～0.5之间变化的6种碰撞工况,从碰撞能量转化、车辆点头姿态和车轮抬升量等方面,对地铁列车碰撞结果进行了详细的对比分析.研究结果表明,随着摩擦系数的提高,轮轨间滑移能逐渐增大,车体结构变形吸收的总内能变化不大,而防爬吸能装置和头车前端结构吸收的能量逐渐减少;碰撞能量转化、车辆点头姿态和车轮抬升量等增大或减小的趋势随摩擦系数的提高而逐渐变缓.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】4页(P19-22)【关键词】地铁列车;摩擦系数;曲线碰撞;能量转化;安全性【作者】杨皓杰;肖守讷;高天阳【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TH160 引言近年来，我国城市轨道交通行业的迅猛发展，到目前为止已经有31个城市开通了地铁，在公共交通领域承担着与日递增的客运量。
由于受到城市规划和用地的制约，小半径曲线在地铁运营里程中占据越来越大的比例，随着车辆运行速度和客流量的增大，一旦地铁列车发生碰撞事故将严重危害乘客的生命安全。
轮轨间摩擦系数作为车辆运行安全的重要参数，研究其对地铁列车曲线碰撞的影响是非常有必要的。
EL-Sibaie[1]指出曲线运行过程中列车的车钩会产生水平摆角，车钩纵向力使轮轨接触面产生横向力，该横向力最终作用于车体并严重降低车辆运行的稳定性。
Mayville[2]等调查并模拟仿真了碰撞过程中列车的横向褶曲行为。
列车褶曲行为可分为两种模式：锯齿式褶曲和大移位横向褶曲。
6节编组及以下的列车一般不会因碰撞而发生该模式的褶曲行为，并指出大移位横向褶曲行为主要发生在长编组列车(不少于8节编组)的碰撞事故中。
钢轨波磨对车辆-轨道系统动力特性的影响
(1)
式中：mt，mw 分别为一系弹簧簧上质量和簧下质 量 ； Zt2(t)， Zw3(t)分 别 为 车 体 和 轮 对 的 垂 向 位 移 ； ks1，cs1 分别是一系悬挂的等效刚度和阻尼。
轮轨垂向接触力表达式为：
fc =
{ [ ] CH
Zw ( t ) - Zr ( x,t ) - r
3/2
构架侧滚、点头、摇头 转动惯量/(kg∙m2)
2.25×103/2.94×103/4.6×103
车辆定距/m
17.5
轴距/m
2.5
一系钢簧纵、横、垂向 刚度/(kN∙m−1)
980/980/1 252
一系钢簧垂向阻尼/ 1.77
(kN∙s∙m−1)
二系空簧纵、横、垂向 刚度/(kN∙m−1)
160/160/240
(2) 路轨底坡设定为 1:40，并将试验区段实测的钢轨波
第6期
杨超，等：钢轨波磨对车辆−轨道系统动力特性的影响
1449
磨数据以轨道激励的方式输入到模型中。高速动 车组以不同速度级匀速通过波磨区段作为计算工
况，分析动车组通过波磨区段时的轮轨接触动力 学性能。
图 1 车辆−轨道垂向耦合动力学模型 Fig. 1 Vertically coupled dynamic model of train-track
表 1 车辆参数 Table 1 Vehicle parameters
参数 车体质量/t 轮对质量/t 构架质量/t
数值 42
1.353 4.6
车体侧滚、点头、摇头 转动惯量/(kg·m2)
1.68×105/2.18×106/2.05×106
轮对侧滚、点头、摇头 转动惯量/(kg∙m2)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文章编号:1002-7602(2008)05-0007-03内外钢轨摩擦因数对车辆曲线通过动力学性能的影响宋瑞1,沈钢1,沈景远2(1.同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201804;2.北京科大同创机电有限公司,北京100068)摘要:利用M AT LA B/SIM U L IN K建立了车辆曲线通过动力学仿真模型,探讨了内外钢轨摩擦因数在0105~016之间变化时对轮轨横向力、磨耗功、脱轨系数等考察指标的影响。
提出了合理的内外轨顶摩擦因数控制方案,可以减小轮轨磨损,提高车辆运行安全性。
关键词:摩擦因数;车辆;曲线通过;动力学性能中图分类号:U270.1文献标识码:A合理控制并利用轮轨间的摩擦因数或粘着系数对车辆通过曲线是有帮助的,这项技术已在重载线路上得到了试用。
如加拿大大西洋铁路公司应用于重载线路,不仅减少了运行阻力,而且还减小了曲线横向力,延长了轮轨寿命,获得了理想的效果。
Kelsan KELT RACK 提供了能使轨顶摩擦因数控制在0135左右的摩擦调节剂,所进行的试验证明能减小横向力和降低轨道磨耗50%。
本文研究如何将该技术应用到曲线半径更小的地铁线路上,分析不同摩擦因数的内外轨组合情况下轮轨间的动力作用,优化曲线轨道的摩擦控制,以进一步减小轮轨磨损,提高安全性。
1仿真模型本文针对一四轴客车匀速通过一段由缓和曲线+圆曲线+出缓和曲线组成的轨道进行研究。
假定车辆结构对称,车体、构架及轮对均为刚体,分别考虑车体、前后构架的横移、摇头和侧滚自由度,4个轮对的横移、摇头自由度和滚动,共计38个自由度。
计算时考虑轮轨实际外形及其蠕滑力非线性、横向止挡的非线性、多级一系刚度特性、不同的内外轨顶面摩擦因数。
表1为车辆主要动力学计算参数。
计算软件采用基于MAT LAB/SIM ULINK的动态仿真软件。
表1车辆主要动力学计算参数车体质量/kg41910构架质量/kg4060轮对质量/kg1670收稿日期:2007-11-02作者简介:宋瑞(1983-),男,硕士研究生。
轴重/t14.1轴距/m m2500圆曲线半径/m300曲线通过速度/(km#h-1)60一系纵向定位刚度(每轴箱)/(M N#m-1)7.8一系横向定位刚度(每轴箱)/(M N#m-1)7.8二系横向刚度(每转向架)/(M N#m-1)0.4轮径/m m840转向架定距/mm15700圆曲线超高/mm80车轮外形S10022主要计算方案及结果设内轨的摩擦因数变化范围为011~015,计算步长为011;外轨的摩擦因数变化范围为0105~016,计算步长为0105。
针对不同内外轨摩擦因数的组合,计算输出每个轴随时间变化的变量,包括轮轨横向力、左轮磨耗功、右轮磨耗功、脱轨系数和轮对冲角等。
稳态值以圆曲线上中点的值为准。
本文主要以轮轨横向力为分析对象,讨论最佳的轮轨摩擦因数的范围。
当车辆通过小半径曲线时(R=300m),计算结果如图1~图4所示,分别为各轮外侧轮轨横向力随着内外轨摩擦因数的变化情况。
从图中可见受力较大的是导向轮,即1位、3位轴上的轮对,受力最大的是1位轴上的外轮。
当外轨摩擦因数u1恒定时,1位、3位轮对外侧轮轨横向力随着内轨摩擦因数u2的减小而减小,2位轮对的横向力也能减小,但4位轮对的横向力在内轨摩擦因数u2为012~013时为最小;当内轨摩擦因数u2恒定时,1位、3位轮对外侧轮轨横向力随外轨摩擦因数u1的增加而减小,而2位、4位轮对则相反。
图5所示为1位轮对内轮磨耗功随内外轨摩擦试验研究铁道车辆第46卷第5期2008年5月因数的变化曲线图,可见内轮磨耗功随着内轨摩擦因数的减小而明显减小。
图6所示为1位轮对外轮磨耗功随内外轨摩擦因数的变化曲线图,可见外轮磨耗功主要随着外轨摩擦因数的增加而增加。
可见,控制内轨摩擦因数至一定的容许值,而保持较高的外轨摩擦因数,对减小外侧轮轨的横向力是很有效的,若能将外轨的摩擦因数由016降低到013,则外侧轮轨横向力可以降低到原来摩擦因数016时的85%左右,内轮磨耗功能降低到原来的60%,外轮磨耗功能升高到原来的160%。
因此,在曲线上降低内轨轨顶的摩擦因数,同时保持较高的外轨轨顶摩擦因数,对于减小轮轨横向力、减小冲角是有明显作用的。
并且摩擦控制剂为轮轨之间的第三介质,可以改变轮轨间的蠕滑率-蠕滑力特性,从而可以避免因蠕滑特性引起的蠕滑振动问题。
当假设轮对为两点接触时,在其他条件均相同的情况下,1位、4位轮对轮轨横向力计算结果分别如图7和图8所示。
可见,1位轮对轮轨横向力随内轨摩擦因数的减小而明显减小(3位轮对类同,这里不再示铁道车辆 第46卷第5期2008年5月出);4位轮对的轮轨横向力则随着内轨摩擦因数的减小而增大,2位轮对虽也如此,但其绝对值与1位、3位轮对相比要小得多。
说明对于两点接触的情况,减小内轨轨顶摩擦因数能得到更好的效果。
但从绝对值上比较,两点接触情况下的横向力仍要大于一点接触的情况。
进一步分析曲线半径更大一些的情况,当圆曲线半径为500m 时,1位~4位轮对横向力随内外轨摩擦因数的变化曲线图如图9~图12所示,可见,1位、3图9 1位轮对横向力随内外轨摩擦因数的变化(R 500m)位轮对横向力的变化情况同前;2位、4位轮对横向力随内轨摩擦因数u 2的减小而增大,当内轨摩擦因数恒定时,2位、4位轮对外侧轮轨横向力随外轨摩擦因数u 1的增加而增大。
当圆曲线半径为800m 时,1位、4位轮对横向力随内外轨摩擦因数的变化曲线图如图13、图14所示。
可见,1位轮对横向力随内外轨摩擦因数的变化情况同前,但4位轮对横向力随内轨摩擦因数的变化已不敏感,而对外轨摩擦因数的变化敏感,随外轨摩擦因数的增大而增大。
(下转第31页)内外钢轨摩擦因数对车辆曲线通过动力学性能的影响 宋 瑞,沈 钢,沈景远靠接地,因此,建议相关部门对该标准进行修订,明确轨道的每节钢轨必须进行有效的电气连接(电气连接电缆采用铜绞线,截面积不小于35mm 2),并与接地网或供电电源变压器接地母线可靠相连,使钢轨成为地面电源供电系统的保护接地线,实现对客车电气设备和作业人员的有效保护。
(2)客车增设接地电气连接线。
由于轨道信号设置的原因,相应区段轨道间会有绝缘,若客车在线路上运行时恰好发生干线或设备绝缘故障,则短路或漏电电流不能通过绝缘节回馈。
因此,车辆之间钢结构应建立电气连接。
2005年新造的青藏客车在车端已设置了车辆钢结构接地电气连接线,有效地解决了这个问题。
建议对客车进行厂修时,在车端加装车辆钢结构接地电气连接线。
(3)建议段修或A3修时对客车进行零地分离改造,并加装漏电报警装置。
自2003年6月1日起,厂修工厂开始对厂修后的客车实现保护接地,但未经过厂修的客车仍为保护接零。
为此,上海局的空调客车在进行段修或A3修时,按照厂修标准对主干线中的零线和接地线进行分离改造,并在电源柜内加装漏电报警装置。
自2005年6月开始至今,在段修或A3修时共对799辆空调客车施行电力干线零地分离改造,并加装了漏电报警装置。
在改造过程中,发现了相当数量的电气设备无接地保护(PE)线、接地保护线和工作零线混接以及三相四线制的电源主干线中因缺少N 线而直接以车体作为N 线的问题。
通过改造,不仅消除了空调客车配线中存在的隐患,还大大加快了供电系统保护形式的统一。
参考文献:[1] 杨 岳.电气安全[M ].北京:机械工业出版社,2003.(编辑:颜 纯)(上接第9页)3 结论对于半径为300m 的曲线,仅减小内轨轨顶摩擦因数,而维持较高的外轨轨顶摩擦因数,能显著减小1位、3位导向轮对的轮轨作用力,也能减小2位轮对的横向力,而4位轮对的横向力有极值点。
在曲线半径较大时,如500m,对于1位、3位轮对来说,当外轨摩擦因数增大,内轨摩擦因数减小,轮轨横向力均能减小;而对于2位、4位轮对,则反之,即当外轨摩擦因数增大,内轨摩擦因数减小,轮轨横向力明显增大。
当曲线半径更大时,如800m,1位、3位轮对的横向力仍能有所减小,但2位、4位轮对的横向力已变化不大。
根据以上计算分析结果,建议在试验应用中,应针对不同的曲线半径采取不同内外轨摩擦因数控制方案,以取得最佳效果,节约摩擦剂的不必要损耗。
参考文献:[1] E adie D T ,Vidler B,H ooper NE,et al.2003,Top of rail fric -tion control:Lateral force and rail w ear reduction in a freight ap -plication,International H eavy H au l As sociation [A].Proceedings of the Specialist Technical S ess ion on Implementation of H eavy H aul T echnology for Network Efficiency [C ],Dallas,T ex as ,U SA,2003.[2] Reiff R.2005,Implementing top of rail friction control:NorthAm erican freight railroad experience[A].Proceedings of the 8th Internation al H eavy H aul Con feren ce[C],Rio de Janiro,Brazil,2005.[3] S croba P,Oldknow K,Dashk o R,et al.2005,C anadian pacificRailway 100%effective friction man agemen t strategy [A ].Pro -ceedin gs of th e 8th International H eavy H aul Conference[C],Rio de J an eiro,Brazil,2005.(编辑:田玉坤)关于A C 380V 空调客车接地保护的探讨 叶 丹ABSTRACTAnalysis of Abnormal W ear of WheelFlanges for Qingzang Passenger CarsLIU H ong-you,et al.(male,bor n in1973,senior engineer(professo-r ial),Qingdao Sifang Rolling Stock Resear ch Institu-te Co.,Ltd.,Qingdao266031,China)Abstract:T he causes to abnorm al w ear of wheel flanges for Qingzang passenger cars are discussed.In view of the non-matching betw een the LM flange tread contour and the50kg/m rail,on the basis of the wheel contour data measured in field,the QZ wheel flange tread co ntour w ith the co mpromise w heel flange w ear while operating w ith the60kg/m rail and the50kg/m rail as w ell as the thin w heel flange QZ-28w heel flange tread contour for inspection and repair is designed a-g ain,and the dynam ics performance of the new tread is analyzed.In light of the actual operation,it is sug ges-ted that the QZ-28contour be applied in turning repair of wheels.Key words:Qingzang passeng er car;w heel; tr ead contour;w heel flange w ear;r ail;w hee-l rail matchThe Effect of the Inner and Outer Rail Friction C oefficient on Negotiating Dynam ics Perform ance of V ehiclesSONG Rui,et al.(male,bor n in1983,g raduate student for mas-ter degree,Institute of Railw ay&U rban Rail T ran-sit of T ongji U niversity,Shang hai201804,China) Abstract:T he simulation mo del for vehicles ne-g otiate a curre is set up w ith M ATLAB/SIM U-LINK.T he effects o f the inner and outer r ail friction coefficient changing fro m011to016on w hee-l rail lateral force,w ear w o rk and der ailm ent coefficient, etc.are analyzed.The reasonable control schem e fo r inner and o uter rail to p frictio n coefficient is put for-w ard to reduce w hee-l r ail w ear and im prov e the veh-i cle.s running safety.Key words:friction;vehicle;nego tiation;dynam-ics performanceHead Metro C ar-Rail C oupling Vibration AnalysisXIAO S-i pu,et al.(male,born in1965,lecturer,Scho ol of M e-chanical&Ener gy Engineering of Shaoy ang Univ er-sity,Shaoyang422001,China)Abstract:By modelizing the carbo dy,frame and w hee-l sets into a multiple rigid body system,dispo-sing the rail into an infinite long T imoshenko sill sup-ported by discrete sleepers w ith finite space,the head metr o car-rail coupling dynamics model is set up. With the rail ir reg ular ity as the exciting input,the vibr ation response o f a w hole car is calculated,the vibr ation load at the contact point betw een the sec-o ndar y air spring and the car bo dy in a three-dimen-sional space is obtained,and it is concluded that the load am plitudes ex cited by the rail ir reg ular ity at the vertical and lateral directions are fairly big,and the load am plitude ex cited at the longitudinal direction is fairly sm all.Key words:passenger car;r ail;coupling vibra-tion;w hee-l rail relatio nAnalysis of the Gauge of Air Springs inAM96Bogies for Qingzang CarsSONG H ong-g uang,et al.(male,born in1979,engineer,Dam ping De-partment o f Qing dao Sifang Ro lling Stock Resear ch Institute Co.,Ltd.,Qing dao266031,China) Abstract:With the M ARC software,the calcula-tion m odel of air springs is set up,the gauge chec-king is made for the air springs in AM96bogies fo r Qing zang cars w ithin the defor ming rang e,the dy-namic envelope diagram is formed,the g aug e test is made w ith the pro to ty pe,and the v erificatio n is made by mo unting it on car.Key words:air spring gauge;inter ference;dy-namic envelope curv eDesign of Passenger C arbodiesBased on UIC566GAO Yang,et al.(male,born in1980,engineer,Changchun Rai-l w ay Vehicles Co.,Ltd.,Changchun130062,China) Abstract:With the I-DEAS and H YPERM ESH as the model establishment softw are,the ANSYS and LS-DYNA as the quas-i static analysis and co ll-i sion analy sis softw are,the finite element m odel o f an ex ported railw ay passeng er car body is set up,g iving consider ation to both the quas-i static analy sis and the collision analy sis.And through the schem e compar-i son and analy sis,the carbody structure in acco rdance w ith the requirements in the Internatio nal Railw ay Union Standard U IC566is finally obtained.Key words:passenger car body;static strength; ant-i collision perfo rmanceDevelopment of the200km/hTrack Inspection C arsH UANG Zh-i ho ng(m ale,born in1972,senior eng ineer,Passeng er Car Design Department o f CSR Nanjing Puzhen Ro l-l ing Sto ck Wo rks,Nanjing210031,China)Abstract:The main desig n principles,technical parameter s and str ucture o f the200km/h tr ack in-spection cars are descr ibed.And the negotiatio n ca-l culation is made.Key words:track inspection car;desig n parame-ter;structure;neg otiationDevelopment of the PB Alternate Box CarsSH I Lei(male,born in1962,senior engineer,Guang-zho u Rolling Sto ck Works o f Guangzhou Rail(Group) Co mpany,Guangzhou510800,China)Abstract:Described are the technical perfo rmance parameter s,main structure and testing of the PB a-l ternate box car reformed fro m the ex isting B6series ice-cooled car.Key words:PB alterate box car;perfo rmance pa-r am eter;structure;test。