摘要：制动技术是影响列车提速的重要因素,制动盘散热能力是提高高速列车运行速度的重要参数。为了从结构上改善制动盘的散热能力,降低制动盘工作温度和热应力,结合仿生学,以鳞片为仿生原型,设计两种具有新结构的仿生制动盘。对比传统直辐板制动盘,使用流体仿真软件模拟不同制动盘内流场情况,进而采用热机耦合方法,计算300 km/h初速度一次紧急制动工况下的制动盘温度及热应力结果。结果表明,新型鳞片仿生制动盘能加速制动盘内空气流通,提高制动过程中的对流换热系数;并降低制动盘的工作温度以及热应力,在一定程度上减小热载荷对于制动盘的影响。

摘要：目的探讨激光功率和扫描速度对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形钛合金Ti-6Al-4V薄壁结构边缘挂渣及尺寸精度的影响规律,分析薄壁中心凹陷的主要原因。方法设计两因素三水平试验,对比不同工艺参数下成形薄壁上表面微观形貌及壁厚,提出影响薄壁边缘挂渣和中心凹陷的机理,并得到较优的成形工艺参数。结果挂渣现象对薄壁尺寸精度的影响较大,薄壁的厚度越小,影响越大。当薄壁厚度达到2 mm时,边缘挂渣区域厚度明显减小。相较于扫描速度,激光功率对挂渣区域厚度的影响更大。采用低激光功率、较高扫描速度有助于减小挂渣区域厚度。激光能量密度越大,SLM成形薄壁尺寸误差越大,二者存在三次非线性关系。结论在低激光功率对应的低能量密度下,成形薄壁尺寸误差较小,当能量密度为44.44 J/mm^(3)时,薄壁获得了最小壁厚(529.37μm)。试验获得的成形薄壁结构误差最小的工艺参数为P=200 W,v=900 mm/s,h=50μm。SLM成形过程中的勾边扫描策略及残余应力导致的翘曲变形是造成薄壁中心凹陷的主要原因。

摘要：为了研究不同变位设计下斜齿轮的动态特性,以标准斜齿轮和变位斜齿轮为对比研究对象,基于拉格朗日动力学建立了斜齿轮传动系统动力学模型;采用解析法求解变位斜齿轮时变啮合刚度,分析了不同变位系数对啮合刚度的影响;将不同变位设计下的斜齿轮时变啮合刚度与动力学模型结合,分析了不同变位设计对斜齿轮系统动态特性的影响。结果表明,斜齿轮正传动修正能够减小时变啮合刚度,从而减小啮合力;负传动修正能够增大时变啮合刚度,从而增大啮合力。研究可为后续斜齿轮传动的设计和优化提供一定的参考。

摘要：制动盘的摩擦磨损是高速列车盘式制动工作失效的重要原因,且摩擦块的排列方式是影响制动盘最大磨损深度的重要因素。为研究摩擦块排列方式对制动盘最大磨损深度的影响,考虑摩擦温度、接触应力和相对滑移速度在制动过程发生变化,基于Archard磨损模型进行修正,利用ANSYS有限元仿真软件,建立制动盘-闸片三维瞬态模型,采用列车在通过42号道岔紧急制动时的工况,仿真计算不同摩擦块排列方式下制动盘摩擦面的最大磨损深度。分析最大接触应力,提出“应力磨损因子”参数,用来表征应力对最大磨损深度的影响。提取径向节点磨损深度,分析摩擦表面的磨损形貌,给出摩擦块不同排列方式对制动盘磨损深度的影响规律。研究成果为改善制动盘磨损提供理论依据和新的思路,为今后铁路制动系统闸片结构的设计提供借鉴。

摘要：针对列车频繁牵引起动对车轮磨耗与疲劳损伤产生的影响问题,在恒定牵引力的基础上,探究了不同牵引特性曲线恒功率区转折点速度对车轮磨耗与疲劳的影响规律。采用SIMPACK和MATLAB软件进行联合仿真,建立了不同牵引特性下城轨列车动力学模型和基于Archard的车轮磨耗模型,分析在牵引电机不同起动转矩下牵引特性曲线恒功率区转折点速度对城轨列车轮轨蠕滑率、车轮磨耗深度、磨耗面积以及疲劳指数的影响规律。结果表明:列车牵引起动过程中,电机起动转矩越大,轮轨蠕滑率、车轮磨耗深度和磨耗面积也越大,而疲劳指数则越小;电机起动转矩一定时,随着列车牵引特性曲线恒功率区转折点速度的增大,轮轨蠕滑率、车轮磨耗深度和磨耗面积也增大,疲劳指数则有所减小;当电机起动转矩从800 N·m增大到1400 N·m,车轮磨耗深度和磨耗面积增长率最大为6.9%和12.6%,而疲劳指数下降率最大为7.2%;当恒功率区转折点速度从50 km/h增加到80 km/h,车轮磨耗深度和磨耗面积增长率最大为4.4%和4.3%,疲劳指数下降率最大为1.9%。本文研究了车辆起动转矩与恒功率转折点速度变化对车轮磨耗与疲劳的影响规律,可为车辆牵引特性设计和电机控制以及车轮运维提供参考。

摘要：针对车轮不圆引起的车轮型面变化对轨底坡设置产生的影响,运用SIMPACK软件建立地铁车辆-轨道动力学模型,设置9种轨底坡和2种车轮不圆工况,选用直线和4种不同半径曲线,分析轨底坡耦合车轮不圆对车辆动力学性能的影响;以轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、轮对横移量和磨耗指数作为评价指标,基于熵权法建立多目标优化模型,对车辆直线运行平稳性和曲线通过能力进行评价,得到轨底坡和车轮不圆的最优匹配方案。研究表明,车轮存在不圆时,轨底坡变化对横向平稳性的影响大于垂向平稳性;车轮不圆会增加轨底坡对轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率的影响程度;存在车轮不圆时,直线线路以及R300、R400、R500和R600 m这4种曲线线路下,外/内轨最优轨底坡分别为(1/40,1/30)、(1/20,1/30)、(1/40,1/30)、(1/30,1/30)和(1/30,1/30);无车轮不圆时则为(1/40,1/30)、(1/30,1/40)、(1/30,1/30)、(1/30,1/30)和(1/40,1/30)。该研究可以为车轮维护及运营线路设计提供技术支持。

摘要：为了解决非刚性支撑条件下传统搅拌头易陷入被焊接板材而导致焊接失败的问题,设计研发了静轴肩焊接结构。通过建立有限元仿真计算模型,并使用热红外成像仪对焊接表面温度进行实时监测,分析不同工艺参数下静轴肩摩擦搅拌焊焊接过程中的温度场变化情况。使用设计研发的静轴肩摩擦搅拌焊进行现场试验并对完成焊接表面无缺陷的焊缝与母材进行拉伸试验对比,检测其焊缝机械强度,并对断口进行微观组织分析。结果表明:在使用静轴肩搅拌头焊接过程中,产热量主要来源于搅拌针轴肩的摩擦生热和搅拌针端部的摩擦生热,搅拌针的侧面摩擦生热和静轴肩的摩擦生热占比较小;对产热量影响较大的是主轴压力和主轴转速,C轴转速对产热量影响不大;在主轴压力为2940~3430 N,主轴转速为1000 r/min,C轴转速为0.05 r/min的工艺参数下,完成焊接的焊缝表面光滑无飞边,内部无沟槽隧道缺陷,焊缝抗拉性能达到母材的71.5%左右;焊缝断口存在分层现象,靠近焊接表面的上层呈脆性断裂特性,下层呈延性断裂特性,与母材相比,焊缝试样的延伸率和抗拉强度均有所降低。

摘要：目前,高速列车制动闸片剩余厚度采用人工方法测量,耗时费力,成本较高。闸片与制动盘的贴合情况也难以判断,影响了制动安全性。为了解决此问题,通过对高速列车转向架基础制动结构空间、实际工况的充分考虑,基于阿贝原则,考虑测量误差补偿,结合现场运用环境,采用光电与机械方法相结合,并考虑数据测量精度,应用模块化设计的理念,建立了合理的检测模型并进行了误差分析,验证了模型的可行性。

摘要：随着我国高速列车速度的不断提高,尤其是长大坡道的存在,使得制动盘的应用环境更加恶劣。由于制动摩擦产生的热量使得制动盘温度快速升高,如果散热不及时,会形成高的热应力,从而导致热疲劳裂纹的产生。因此,高效的制动盘散热问题显得尤其重要。目前,制动盘的散热设计主要采用改变散热筋结构形式,这样的散热效果有一定的局限性。为了进一步降低制动盘的制动温度和热应力,根据相变储热原理,设计制动盘散热结构,通过连续两次紧急制动使得制动盘温度上升。应用有限元分析软件对不同的相变储热材料进行散热分析,得到三种制动盘的温度场和应力场。结果表明,具有相变储热材料的制动盘能够明显降低制动过程中制动盘的最高温度,同时降低了制动盘的温度梯度,从而使得制动盘受到的热应力有所降低,在一定程度上预防了热疲劳裂纹的产生。

摘要：随着我国中西部地区高速铁路的建设,由于长大坡道线路带来的问题日益凸显。在长大坡道行驶时如果电制动出现故障,将采用纯空气制动,长大坡道造成的持续制动会导致制动盘的热负荷急剧上升。由于散热的时效较慢从而导致制动盘温度过高,同时产生较大的温度梯度,从而导致制动盘热疲劳裂纹产生。为了解决长大坡道工况下制动盘的换热效率提升和降温问题,基于兰新线的长大坡道工况,通过设计新型的铝嵌钢结构制动盘,采用有限元分析软件对铝嵌钢结构制动盘和全钢制动盘进行仿真计算,得到温度场和热应力分布。结果表明,在长大坡道采用纯空气制动时,铝嵌钢制动盘可以在实现轻量化的同时明显降低制动盘面的温度和温度梯度,缓解长大坡道制动带来的制动盘热疲劳问题。