车轮多边形态下机车轮轨动态响应研究

发布时间：2022-02-14 14:41

　　某和谐型电力机车车轮运营中表现出较为严重的多边形磨耗,对机车的零部件失效、乘坐舒适性和运行安全性产生较大影响。为研究车轮多边形态下机车轮轨动态响应规律,基于SIMPACK软件建立了考虑机车牵引行为和轮对、钢轨等部件柔性的刚柔耦合动力学模型,利用机车振动试验结果对模型进行验证。研究了典型车轮多边形阶次、幅值和运行速度等对轮轨力和振动响应的影响,并分析了机车牵引行为对轮轨蠕滑率/力和车轮磨耗的影响。结果表明,速度等级为70 km/h时,车轮18阶多边形态下激发了轮对一阶弯曲共振,出现了轮轨力波动大和机车异常振动的现象;机车牵引状态下显著增大了纵向蠕滑率的波动幅值,并提高了纵向蠕滑力,导致轮轨磨耗指数相比无牵引工况下大幅增加,加剧车轮多边形磨耗的发展。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(16)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

轮对模态分析结果

本文建立的钢轨有限元模型长度为116 m,节点间距0.029 m,轨枕间距0.58 m。除在扣件处选取主节点外,在轨枕间距四等分点处也选取了主节点。钢轨有限元模型和子结构模型模态分析阶数达到600阶,二者计算结果差异不超过1%。因此,在SIMPACK中建立柔性钢轨模型可以选取较高的模态阶数,以期提高模型计算精度。2 模型验证

为进一步分析刚性轨道模型和柔性轨道模型计算结果产生差异的原因,对轴箱垂向振动加速度时域结果进行FFT(Fast Fourier Transform)频谱分析,得到了轴箱垂向振动频域结果(见图4(b))。由图4(b)可知,两种仿真模型计算出的轴箱振动幅值在0～100 Hz内一致,振幅大于100 Hz时,刚性轨道模型计算结果比柔性轨道模型大。该现象导致时域结果中刚性轨道模型计算出的振动加速度幅值比柔性钢轨模型大,同时说明了模型中考虑钢轨柔性变形对低频动力学行为影响不大。柔性轨道模型对大于100 Hz的中高频振动成分有显著的衰减作用,有以下两点原因:①钢轨弹性柔性变形和振型阻尼的存在对轮轨间中高频冲击载荷具备缓冲作用;②扣件力元和阻尼衰减了轮轨冲击。刚性轨道模型、柔性轨道模型计算结果与试验结果的差异说明重载机车仿真预测模型建立过程中必须将钢轨等部件视为柔性体,必须考虑关键部件柔性变形的影响。两种仿真模型未能准确反映轨枕参数激振对轴箱振动响应的影响是因为模型对轨枕支撑作用进行了简化,采用线性力元代替轨枕的支撑作用。机车现场振动试验得到的轴箱振动频域结果与柔性钢轨模型一致,二者均充分反映了轴箱垂向振动特性。图3(b)给出的车轮不圆度测试结果中,车轮偏心、12阶、14阶和18阶多边形现象比较明显,根据车轮多边形通过频率与多边形阶次关系

【参考文献】：
期刊论文
[1]新HXD1型机车走行部异常振动分析与对策[J]. 周易.  电力机车与城轨车辆. 2018(04)
[2]直线电机振动特性对车轮多边形问题的影响研究[J]. 付彬,罗世辉,许自强,唐阳,马卫华.  振动与冲击. 2018(01)
[3]HXD1型机车轮对多边形发展趋势探讨[J]. 柳炜,颜宁,蒲全卫,汪林峰.  电力机车与城轨车辆. 2017(06)
[4]牵引及制动操纵对重载机车轮轨动力作用的影响[J]. 刘鹏飞,王开云,张大伟.  中国铁道科学. 2017(02)
[5]HXD1C机车异常振动分析与控制[J]. 程雄,陈晓.  技术与市场. 2014(04)
[6]车轮状态变化对重载货车轮轨作用力影响[J]. 杨亮亮,罗世辉,傅茂海,黄晓翠.  振动与冲击. 2014(03)
[7]高速车轮非圆化现象及其对轮轨行为的影响[J]. 崔大宾,梁树林,宋春元,邓永果,杜星,温泽峰.  机械工程学报. 2013(18)



本文编号：3624748