高速轮轨黏着机制进展及模拟试验研究

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高速列车轮轨交互作用的数值模拟研究

高速列车轮轨交互作用的数值模拟研究随着高速列车越来越快，其运行安全问题也越来越受到关注。

其中，高速列车轮轨交互作用是影响列车运行安全的关键因素之一。

因此，在了解高速列车轮轨交互作用机理的基础上，进行数值模拟研究是非常必要的。

一、高速列车轮轨交互作用机理高速列车的轮轨交互作用是指轴承轮与轨道之间的阻力、摩擦等相互作用。

在这个过程中，轮对和轨道之间发生了复杂的机械和热失配。

因此，在高速列车运行过程中，研究轮轨交互作用的机理不仅能够帮助运行安全的提高，也能够减少列车的能量消耗和噪声产生。

轮轨交互作用主要包括三个方面：接触变形、力学变形和热学效应。

其中，接触变形是最主要的方面。

在高速列车运行过程中，由于轮对与轨道之间的接触形变，导致接触点处的应力、变形和温度发生了变化，从而对列车运行安全和轨道损坏产生了不利影响。

二、高速列车轮轨交互作用的数值模拟研究为了深入了解高速列车轮轨交互作用的机理，对其进行数值模拟研究是非常必要的。

数值模拟研究能够帮助研究人员对复杂的运动和应力分布进行分析，并且能够指导轮轨交互作用相关的工程设计和决策。

目前，高速列车轮轨交互作用的数值模拟主要采用有限元方法。

该方法在计算接触问题时，能够处理非线性、非平稳、非对称以及涉及接触面的非均匀问题，因此特别适用于轮轨接触问题。

数值模拟的基本思想是将连续体分成一组离散的有限元，采用有限元公式来计算每个元素所受的应力和变形，从而得到整个系统的应力和变形分布。

然后，利用计算结果预测列车运行时出现的问题，并据此提出解决方案。

三、高速列车轮轨交互作用数值模拟研究中的关键问题1.轮轨接触模型的建立轮轨接触模型是进行数值模拟研究的基础，其准确性直接影响到研究结果的可靠性。

因此，建立一个精确、快速和可靠的轮轨接触模型是进行数值模拟的首要问题。

目前，轮轨接触模型主要包括Duncan模型、Kalker模型和Polach模型等。

2.材料本构模型的选择材料的本构模型是指材料应力-应变关系的数学表达式，是进行数值模拟研究的另一个重要因素。

复杂运行环境下高速轮轨最佳撒砂增黏策略试验

关键词：复杂运行环境；高速动车组；轮轨黏着；增黏试验；增黏砂；撒砂量；增黏最佳策略
中图分类号：U211. 5 文献标识码：A
doi： 10. 3969/j. issn. 1001-4632. 2020. 02.15
轮轨黏着是轮轨型轨道交通工具动力行为的物理基础，决定牵引力、制动力以及导向力的潜在水平，通常由定义为轮轨间可传递最大黏着力（或切向力）与法向力比值的轮轨黏着系数（简称黏着系数）表征。在开放环境中服役的轮轨系统接触界面常会受到雨水、油污、冰雪和树叶等污染，形成复杂、多变的界面第三介质，极大地影响轮轨间的黏着水平。世界范围内的广泛试验和模拟研究表明3刃，干燥条件下黏着系数在0.3以上，无尘埃等污染时可达0.6〜0.65；轮轨接触界面存在水时, 黏着系数会降至0.25以下，且随速度的增加而降低，400 km • 时可降至0. 02〜0.04；存在油、树叶等污染物时，黏着系数亦会随速度的增加而降低, 且大概率比同速度、水介质下更低。当轮轨黏着低至无法满足正常牵引或制动要求时，即为低黏着问题，可导致车轮空转和打滑，损伤接触表面的同时, 造成列车失控，进而引发列车晚点、停过站台、错过信号等事故，甚至造成列车碰撞。撒增黏砂仍然是目前最常用的低黏着应对措施，现有数值模拟手段尚无法就包含增黏砂的复杂第三介质进行建模, 相关研究只能在双盘对滚等试验机上开展。
轮①40 轨①36. 7
均①320
2. 7 10.8
水
水、油、树叶
中间粒径0. 5和1. 3 mm的细、粗砂
120〜600 g • min-1
轮轨试件下的静态黏着系数试验
水、油
河砂、石英砂
结论
砂子会增黏
粗砂增黏效果更好，喷砂量增加会降低黏着系数

环境条件对轮轨黏着特性影响的试验研究

ｔｎｃｅｓｆｔｎｃｄｎｅａｈｅｉｒａｅｏｈｅｉｉｅｃｎｇｌｅ，ｗｈｌｈｅｌｔｒｌｄｓｖｏｅｆｃｅｎｃｅｓｓＢｙｃｉｅｔａｅａａｈｅｉｅｃｆｉｉｎｔｉｒａｅ．ｏｍｐｒｓｆｔｙａｉｏｎｏｈｅｄｒｃｎｄｔｏｏｔｅｗｅｏｉｉｎ。ｉＳｆｎｄｔａｎｄｒｔｔｃｄｉｉｎｈｅｌｇｉｕｉｌａｅｉｏｆｉｉｎｔｄｅｏｉｉｎｔｈｔｃｎｄｔｏｔｉｏｕｈｔｕｅｈｅｗｅｏｎｔｏｔｏｎｔｄｎａｄｈｓｖｅｃｅｆｃｅ — ｃｅｓｓａｌｔ，ｂｕｈｅｌｔｒｌａｅｉｏｅｆｃｅｃｅｓｓｓｉｔｙ．Ｔｈｅａｈｅｉｅｃｅｆｃｅｂｔｉｄｏｗｒａｅｏｔｔａｅａｄｈｓｖｅｃｆｉｉｎｔｄｅｒａｅｌｇｈｌｄｓｖｏｆｉｉｎｔｏａｎｅｎａｎｅｓｍｕａｉｇｗｈｅｓｓｌｅｈｎｔｔｏｂａｎｄｏｎｏｄｓｍｕｌｔｎｉｌｔｎｅｌｉｍａｌｒｔａｈａｔｉｅｎａｌｉａｉｇｗｈｅ１ｅ．Ｍｅｎａｗｈｉｅ，ｔｅｅｉｉｔｅｄｉｆｒｌｈｒｓａｌｔｌｆｅ — ｅｅｂｔｅｈｅａｈｅｉｅｃｅｆｃｅｔｏｂａｎｅｎａｎｅｓｍｕｌｉｎｃｅｗｅｎｔｄｓｖｏｆｉｉｎｔｉｄｏｗｉａｔｎｇｗｈｅｌａｈｔｏｂａｎｅｎａｒｔｄｓｍｕｌ — ｅｎｄｔａｔｉｄｏｕｓｅｉａｔｎｇｗｈｅ１ｉｅ．Ｋｅｗｏｄｓｉｕｌｔｎｇｗｈｅｌｕｓｅ；ｉｉｅｃｎｇｅ；ａｈｅｉｅｃｅｆｃｅｔｙｒ：ｓｍａｉｅ；ｒｔｄｎｃｄｎｅａｌｄｓｖｏｆｉｉｎ

列车传动最优黏着控制策略研究

列车传动最优黏着控制策略研究吴能峰;钟立群;杨北辉;王辉华【摘要】在列车的行驶过程中,轮轨间的黏着控制尤其重要,最大化利用黏着力可提高列车的牵引/制动性能.文中提出的列车传动最优黏着控制策略通过全维状态观测器准确地估计出当前利用的黏着系数;利用可变遗忘因子的递归最小二乘法有效地计算出黏着-蠕滑特性曲线斜率;采用最速梯度法迅速搜索最佳蠕滑速度给定值.同时为了实现最优黏着控制,设计了蠕滑速度控制环来获得牵引电机转矩指令补偿量.最后通过仿真,证明了该控制策略的正确性和有效性.【期刊名称】《铁道机车车辆》【年(卷),期】2018(038)001【总页数】6页(P26-30,42)【关键词】黏着控制;全维状态观测器;递归最小二乘法;最速梯度法【作者】吴能峰;钟立群;杨北辉;王辉华【作者单位】深圳市英威腾交通技术有限公司,广东深圳518100;深圳市英威腾交通技术有限公司,广东深圳518100;深圳市英威腾交通技术有限公司,广东深圳518100;深圳市英威腾交通技术有限公司,广东深圳518100【正文语种】中文【中图分类】U260.11+5现代列车的牵引控制中，黏着控制是列车牵引传动控制的一个重要环节，列车牵引力的产生直接来源于轮轨间的黏着力[1-2]。

通常，黏着系数随轮轨条件的变化而变化。

当路面状况变得恶劣时，若司机手柄给的牵引力大于可利用的黏着力，列车会出现打滑或空转现象；当司机手柄给的牵引力小于当前路况可利用的最大黏着力时，列车的牵引和制动性能也会受到影响。

因此，如何实现列车的最优化黏着已成为研究热点[3-6]。

文献[7]采用干扰观测器估计电机负载力矩，进而估算出轮轨间的黏着系数，该方法虽简单易行，但信号测量过程中含有较大噪声，会影响系统性能。

由文献[8]可知，在黏着-蠕滑特性曲线的峰值处黏着利用可最大化，而黏着系数与蠕滑速度的微分定会引入高频干扰，因此，尽管文献[8-9]采用全维状态观测器估算黏着系数可降低测量噪声带来的影响，但在求取该曲线斜率k的过程中又会引入干扰。

我国高速铁路轮轨关系研究现状及创新发展规划

特别策划0 引言高速铁路以其绿色、安全、便捷、舒适等特征已成为我国人民出行的首选方式。

截至2016年底，我国高速铁路运营里程已超过2.2万km，占世界高速铁路总里程60%以上，高速铁路已成为我国创新发展的闪亮名片。

随着“一带一路”倡议的全面实施，铁路“走出去”战略不断取得新进展，高速铁路还将成为影响我国国际影响、战略布局的重要因素。

轮轨关系是铁路的基本问题，也是高速铁路的核心技术之一，不但直接影响动车组运行的安全性和旅客乘坐舒适性，同时对于运营成本也有重要的影响，轮轨关系研究既与应用技术相关，也涉及基础理论问题，是保障高速铁路安全、高效运营和技术创新的重要支撑。

近年来，为贯彻全国科技创新大会精神与国家创新驱动发展战略要求，中国铁路总公司党组提出：铁路科技要更加重视发挥行业技术和标准的引领作用，围绕企业发展的重点难点把科技创新的重点放在应用创新的突破上，为中国铁路总公司“保安全、强管理、增效益”提供科技支撑。

简要回顾国内外高速铁路轮轨关系研究进程及应用现状，分析国内高速铁路轮轨关系研究需求，阐述国内高速铁路轮轨关系理论及技术创新总体发展规划，以及我国高速铁路轮轨关系最新研究进展，结合中国铁路总公司“强基达标、提质增效”的工作主题，提出高速铁路轮轨关系下一步研究及应用的重点领域建议。

我国高速铁路轮轨关系研究现状及创新发展规划胡华锋，杨国涛（中国铁路总公司科技和信息化部，北京 100844）摘要：轮轨关系是铁路行业永恒的主题，对于我国高速铁路而言，通过对轮轨关系的深化研究进一步提高运输经济性、乘客舒适性，降低运营安全风险和成本是中国铁路总公司极为关注的创新发展重点领域。

简要回顾国内外高速铁路轮轨关系研究进程及应用现状，分析我国高速铁路轮轨关系研究需求，阐述我国高速铁路轮轨关系理论及技术创新总体发展规划，以及我国高速铁路轮轨关系最新研究进展，结合中国铁路总公司“强基达标、提质增效”的工作主题，提出高速铁路轮轨关系下一步研究及应用的重点领域建议。

低黏着条件下高速轮轨黏滑振动行为及轮轨损伤机理研究

低黏着条件下高速轮轨黏滑振动行为及轮轨
损伤机理研究
低黏着条件下高速轮轨黏滑振动行为及轮轨损伤机理研究是针对高速铁路运行中的一个重要问题展开的研究。

在高速铁路运行中，由于列车运行速度快、轮轨之间缺乏足够的黏着力，容易出现轮轨之间的黏滑现象。

黏滑会导致轮轨之间的摩擦力急剧减小，使得列车在运行过程中出现振动、摇摆等不稳定现象，甚至可能引发轨道侧翻等事故。

因此，该研究旨在深入探究低黏着条件下高速轮轨黏滑振动行为及轮轨损伤机理。

研究的内容主要包括以下几个方面：
1. 振动行为分析：通过实验和数值模拟等方法，研究低黏着条件下轮轨黏滑引起的振动行为，包括振动频率、振幅等参数的变化规律，以及不同运行工况下的振动特性。

2. 黏滑现象机理研究：通过分析黏滑现象的发生机理，探究轮轨之间黏滑的原因和影响因素。

研究包括轮轨接触面的摩擦特性、轮轨表面状态等。

3. 轮轨损伤机理研究：分析黏滑振动引起的轮轨损伤机理，包括轨道的磨耗、损伤、裂缝等情况的产生原因和发展规律。

4. 技术改进和措施研究：根据黏滑振动行为及轮轨损伤机理的研究结果，提出相应的技术改进和措施，包括轮轨材料的改进、黏滑检测与预警系统的研发等。

该研究对于提高高速铁路运行的安全性和可靠性具有重要意义，可以为高速铁路的设计、建设和运营提供科学依据和技术支持。

高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用

高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用常崇义;蔡园武;李兰;陈波【摘要】轮轨黏着影响列车牵引和制动,对铁路运营效率和行车安全至关重要.论述国内外高速轮轨黏着的研究成果,包括仿真研究和试验研究进展情况.在仿真研究方面,介绍国内外轮轨黏着的理论模型发展和数值方法;在试验研究方面,介绍国内外的试验方法和试验结果.通过对轮轨黏着机理进行研究,揭示影响轮轨黏着的因素及其影响规律.分析现场存在的轮轨黏着方面的问题以及国内外轮轨黏着的控制与利用情况,包括最新的轮轨增黏措施和防滑防空转技术,并对高速轮轨黏着机理未来的研究方向进行展望.【期刊名称】《中国铁路》【年(卷),期】2017(000)011【总页数】9页(P24-32)【关键词】轮轨黏着特性;黏着系数;滚动接触;水介质;粗糙度;高速;增黏【作者】常崇义;蔡园武;李兰;陈波【作者单位】中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,北京100081;中国铁道科学研究院高速轮轨关系试验室,北京100081;中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,北京100081;中国铁道科学研究院高速轮轨关系试验室,北京100081;中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,北京100081;中国铁道科学研究院高速轮轨关系试验室,北京100081;中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心,北京100081;中国铁道科学研究院高速轮轨关系试验室,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U211.5高速轮轨黏着机理及理论是轮轨关系研究的核心基础。

高速轮轨黏着特性是高速铁路所面临的迫切需要研究的基础科学前沿和应用科学热点问题，其研究目的是探索高速轮轨黏着曲线，深入认识轮轨黏着机理，为有效控制或利用动车黏着力提供必要的技术支撑。

轮轨黏着特性直接影响高速列车的牵引、制动性能及运行品质，列车的起动、加速、减速和停车等都与黏着特性有直接关系。

列车牵引时轮轨黏着力不足将会发生车轮空转，造成钢轨擦伤，影响正常启动加速；制动时轮轨黏着力不足将会引起车轮滑行，造成车轮擦伤，导致停车距离超限。

一种求解高速轮轨黏着问题的简化数值模型

温度对黏着系数的影响变大遥研究结果表明袁相比于其他因素袁速度和表面粗糙度对黏着系数影
响较大袁且界面温升会使黏着系数增加遥
关键词院高速铁路曰轮轨黏着曰简化模型曰水介质曰热效应曰表面粗糙度
பைடு நூலகம்
中图分类号院哉圆员员援缘
文献标识码院粤
文章编号院圆园怨缘原缘园怨载渊圆园圆园冤员园原园园怨员原园远
我国经济发展迅速袁铁路运输的客尧货运量大幅度增长袁因而铁路运输安全至关重要遥高速铁路网涉及到的气候条件复杂多变袁比如雨雪尧风沙尧高寒等恶劣天气袁这给高速列车运行安全以及轮轨界面都带来了一定危害遥相关研究咱员原缘暂表明袁当高速列车轮轨之间存在水介质污染时袁黏着系数会急剧下降遥当黏着系数较小时袁很多问题发生的可能性会增加袁比如轮轨擦伤尧剥离等接触疲劳问题遥另外袁黏着系数对列车的牵引和制动能力有很大的影响袁当黏着系数较小时袁列车牵引和制动能力也相应减弱袁所以有必要对高速列车轮轨黏着特性进行
简化模型和平均流量模型研究了轮轨间存在水介质时的黏着规律遥吴兵等咱苑原愿暂在水介质情况下利用平均流量模型建立了高速轮轨二维和三维数值模型袁详细研究了影响轮轨黏着特性的因素遥杨翊仁等咱怨暂通过数值仿真的方式研究了高速列车轮轨接触表面存在水介质污染时轮轨的黏着特性遥吴涛等咱员园暂利用弹流简化理论建立了高速轮轨黏着三维简化数值模型袁该模型假设接触区内水的黏度为常数袁因此接触区内膜厚为常数袁通过简化模型获得表面粗糙度较小时轮轨的黏着特性遥然而袁目前对水介质状况下轮轨接触黏着特性的分析大多需求解繁琐的雷诺方程遥文献咱员园暂中提到的简化算法省去了对雷诺方程的迭代求解袁为黏着系数计算提供了一种简易途径遥本文在文献咱员园暂的基础上进一步考虑了温度的影响袁讨论了列车速度尧表面粗糙度及边界摩擦系数对黏着系数的影响遥

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ｉｌｕｅｈｘｕｅｏｉ，ｔｒｃｎｉｉｎＴｉｅｌｒｉｓｍｕａｉｎｆｃｌｉｓＣｌｂｓｄｔｎｅｔａｅｔｄｅｉｎｍａｎｄｒｔｅｍｉｔｒｏｌｗａｅｏｄｔ．ｈｓｗｈｅａｌｉｌｔａｉｉｅａｌｅｕｅｏｉｖｓｉｔｈｅａｈｓｏｆｏ／ｏｔｇ
油水介质下的轮轨黏着系数最小，利用此模拟试验机可开展轮轨黏着特性研究。
关键词：高速铁路；轮轨；黏着系数；介质中图分类号：Ｕ１文献标识码：Ａ文章编号：０５０５（０１１０４２３２４— １０２１）１ —１５—
ａｄｒｉｉｌｉｄｂｅｄｅｉｏｆｃｎ（ｃｉｏｆｃｎ）ｆｏｔｔｏｅｏｗｅｌｒｉＴｅｅｒ，ｅａｈｓｎｏｎｌｓｉｔｙｔｈｓｎｃｅｉｔｆｔｎｃｅｉｔｏｃｎｃｚｎｆｈｅａ．ｈｒｏｔｄｅｉｆａｍｅｈａｏｉｅｒｏｉｉｅａ／ｌｆｅｈｏ
铁路运输是藉轮轨相互作用产生的牵引和制动黏着摩擦力实现列车的运行，随着高速铁路的修建，使得电力机车牵引负荷１益增大，提高机车黏着性能成３为一个至关重要的课题。车轮在轨道上滚动，由于车
２１年１０１１月第３６卷第１期１
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ＮＯ．０１Ｖ２１
Ｖｏ．６Ｎｏ１１３．１
Ｄ：１．９９ｊｉｎ０５０５．０１１．２ＯＩ０３６／．ｓ．２４— １０２１．１０５ｓ
ＡｂｔａｔＴｒｉｓ１ｎｍｕｔｂｔｈｉｆｒｉｈｅｄｅｉｎａｄｂａｅ，ｈａｇｓｄｅｉｎｆｒｅｂｔｅｅｌｓｒｃ：ａｎ１ｓｅｗｉｔｅａｄｏａｌ＇１ｈ／ｗｅｌａｈｓｏｎｒｋｔｅｌｒｅｔａｈｓｏｏｃｅｗｅｎｗｈｅ
ｔａｈｄｅｉｎｃｅｆｃｅｔｉｘｍａｎｅｈｘｕｅｏｉ．ｔｒａｄｓｎｏｄｔｎＴｅａｈｓｏｏｆｃｅｔｓｍｉ－ｈｔｔｅａｈｓｏｏｆｉｎｓｍａｉｌｄｒｔｅｍｉｔｒｆｏｌｗａｅｎａｄｃｎｉｏ．ｈｄｅｉｎｃｅｉｎｎｉｕｉｉｉ
高速轮轨黏着机制进展及模拟试验研究
王文健张鸿斐刘启跃
四川成都６０３）１０１
（西南交通大学摩擦学研究所
摘要：列车的运行要借助于轮轨之间的黏着和制动，轮轨之间的最大黏着力受到接触斑上黏着系数的限制，因此轮轨关系中的黏着问题是与高速铁路运营密切关联的带有基础性的研究课题。综述国内外高速轮轨黏着的进展及现状，指出研究面临的主要问题。介绍轮轨模拟试验机开展的轮轨黏着试验，结果表明：油水砂介质下的轮轨黏着系数最大，
ＷａｇＷｅｊｎＺａｇＨｎｆｉＬｙｅｎｎａｈｎｏｇｅｉＱｉｉｕｕ
（ｒｏｇｅｅｒｈＩｓｔｅＳｕｗｓＪｏｎｎｅｉ，ｈｎｄｉｕｎ６０３，ｈａＴｉｌｙｓａｃｎｔｕ，ｏｔｅｔｉｔｇｉｒｔＣｅｇｕＳｃａ１０１Ｃｉ）ｂｏＲｉｔｈａｏＵｖｓｙｈｎ

ＲｅｅｒｈＰｒｇｅｓｏｓａｃｏｒｓｆＡｄｈｓｏｅｈｎｓｆＨｉｈ－ｅｉｎＭｃａｉｍｏｇ
ｓｅｄＷｈｅｌａｌａｉｌｔｏｐｒｍｅｓｐｅｅ／ｒｉｎｄＳｍｕａｉｎＥｘｅｉｎｔ
ｅ．ｈｄｅｉｎｂｈｖｏｆｗｅｌｒｉｗｓｉｖｓｇｔｄｕｉｇＪ一ｈｅｒｉｓｌｔｎｆｃｌｉｓＴｅｒｓｌｎｉａｅｎＴｅａｈｓｏｅａｉｒｏｈｅａｌａｎｅｔａｅｓｎＤ１ｗｅｌａｌｉａｏａｉｔ．ｈｅｕｔｉｄｃｔ／ｉ／ｍｕｉｉｅｓ
ｃａａｔｒｓｉｆｗｈｅｒｉ．ｈｒｃｅｉｔｃｏｅｌａｌ／Ｋｅｗｏｄ：ｉｈｓｅｄｒｉｙ；ｅｌｒｉ；ｄｅｉｎｃｅｃｅｔｍｅｉｍｙｒｓｈｇ —ｐｅａｌｗａｗｈｅａｌａｈｓｏｏｆｉｎ；ｄｕ／ｉ
ｈｈｓｅｄｗｅｌｒｌｓｌｅｌｅｅｏｅａｏｆｉ — ｅｄｒｌａｎａｉｒｅｃｒｅｔＴｅｒｉ — ｅｈｅａｏｌｒａｄｔｔｐｒｉｏｈｈｓｅｉｙａｄｉｉａｂｓｅａｈｐｏｃ．ｈ — ｇｐ／ｉｉｃｓｙｅｔｏｈｔｎｇｐａｗｔｓｃｓｒｊｅ
ｓａｃｒｇｅｓｏｄｅｉｎｍｅｈｎｓｗａｉｃｓｅｎｈｉｒｂｅｏｄｅｉｎｏｉｈ・ｐｅｅｌａｌｒｉ－ｅｒｈｐｏｒｓｆａｈｓｏｃａｉｍｓｄｓｕｓｄａｄｔｅｍａｎｐｏｌｍｆａｈｓｏｈｇ－ｅｄｗｈｅ／ｒｉｗｅｅｇｖ・ｆｓ