为了研究地铁弹性车轮车辆通过钢轨波磨不平顺处的动力学行为,建立了弹性车轮车辆和轨道模型。基于多刚体动力学理论建立车辆系统模型,在传统刚性车轮车辆-轨道耦合模型的基础上,将弹性车轮简化为轮辋与轮芯双质量块,轮箍与轮芯的橡胶层用弹簧-阻尼进行建模。推导了矩阵形式的车辆-轨道运动方程,分别调查了刚性车轮及弹性车轮经过钢轨波磨处动力学行为。结果表明短波长波磨比长波长波磨对车辆运行的平稳性影响更大,在特定条件下,轮轨力比长波长波磨增大了约75.8%;在钢轨波磨波长为0.04~0.05 m时轮轨力会有极大值;钢轨波磨波深与轮轨力呈自相关;弹性车轮相较普通刚性车轮有更好的动力学性能。

弹性车轮刚度是车轮设计中的关键参数,其刚度大小直接影响车辆的运行安全性。为了解弹性车轮刚度特性,基于橡胶材料的Mooney-Rivlin模型,考虑橡胶元件的超弹性以及橡胶与金属元件的接触属性,建立了压剪复合型弹性车轮有限元模型,探究压装对弹性车轮刚度计算的影响,并通过改变V字型橡胶元件的结构参数和摩擦系数,研究弹性车轮刚度的变化规律,仿真结果显示在对弹性车轮刚度进行仿真计算时,不可省略车轮的压装过程,否则会使刚度仿真数值严重失真;橡胶元件的结构参数和摩擦系数会对弹性车轮刚度产生较大影响,其中径向刚度对参数的变化更为敏感,橡胶厚度增加,车轮的径向和轴向刚度随之降低;橡胶角度增加,车轮的径向刚度增加,轴向刚度减小;摩擦系数增加,车轮的径向和轴向刚度均随之增加。

弹性车轮具有良好的减振降噪性能,广泛应用于我国城市有轨电车系统,目前正将其推广应用到地铁车辆上。针对踏面制动地铁弹性车轮温度及应力问题,建立弹性车轮机械-热耦合有限元模型,计算弹性车轮的橡胶层温度以及轮辋内表面应力,并与试验室制动热测试数据进行对比。通过仿真对比了仅考虑机械载荷与考虑机械-热耦合的弹性车轮应力分布,发现制动热应力对轮辋应力影响较大。通过正交设计方法,研究了轮辋厚度、橡胶层角度、橡胶层弹性模量在不同线路情况下对弹性车轮橡胶层的最高温度以及轮辋内表面应力的影响。结果表明:提高轮辋的厚度可以降低橡胶温度和机械-热耦合应力;当轮辋厚度小于55 mm时机械应力占主导,当轮辋厚度大于60 mm时温度应力占主导;但橡胶层弹性模量的影响则不是单调的,在给定轮辋厚度和橡胶层角度的情况下,存在一...

通过对弹性车轮的刚度测试分析,设计了一台用于测量弹性车轮刚度的专用设备。该设备具有以下特点:1.设备使用液压施加载荷,可以模拟径向、轴向、周向三种加载力;2.油缸的运动由步进电机驱动,定位准确,控制稳定;3.控制系统依托于西门子博图V16开发,PLC、HMI、触摸屏集成于一体,便于后期维护。设备实际运行稳定、操作简单、结构合理,测量及控制精度好,能够模拟弹性车轮静态刚度试验,为我国弹性车轮设计研发能力的提升和安全使用提供了可靠有效的试验验证手段。