城轨车辆作为城市出行的重要交通工具之一,城轨车辆的运行安全更是重中之重,随着地铁运营里程的增加,在实际运营中轮对会因为载荷突变或者疲劳等原因造成车轮故障的产生,威胁着行车安全。其中,车轮擦伤及不圆是城轨车辆运行过程中的常见故障。车轮擦伤的产生会造成车辆运行过程中受到周期性脉冲型冲击,对车辆传动系统以及构架、车体等部件产生较大影响,甚至造成轮轨分离引起脱轨等事故。车轮不圆作为谐波型周期性故障,使其同样对车辆的关键部件产生影响。并且由于两种故障的存在对车辆行驶过程中的平稳性,舒适度产生较大影响。为保障车辆安全运营,本文对车轮常见故障所产生的动态特性进行研究分析,研究结果可以在为故障诊断,可靠性分析等方向提供理论基础外,还可以为现场镟修以及运行维保提供参考。本文所做主要工作及主要结论如下:1.本文根据车辆轨道耦合动力学模型建立含车轮不圆及擦伤故障的车辆动力学模型,并加入了传动系统以及齿轮系统。将上述部件均考虑为刚体,将轮轨接触以及齿轮间的轮齿相互接触考虑为局部弹性,利用达朗贝尔原理对问题进行方程推导并求解。对于模型建立以及对计算结果分析所得,齿轮箱对于轨道不平顺垂向振动响应的幅值与轮对垂向振动响应幅值较为接近,受到的激励作用大于电机。此外,车辆运行在低速时,齿轮系统的扭转振动受齿轮内部激励影响较大,当速度较高时,齿轮扭振加速度受到轨道不平顺激励影响较大,且由于齿轮系统的内外激励同时作用。2.城轨车辆在实际运行中分为惰行,牵引与制动工况,本文讨论在变速工况下,上述车轮故障对车辆动力学模型的各部件的时频域影响;在惰行条件下,由于基本阻力的作用,振幅呈平稳而微弱的下降趋势。在牵引工况下,振幅变化较大,车轮擦伤故障冲击频率的变化明显增大。与恒转矩区相比,恒功率区故障频率的快速变化是由于牵引力的作用,使车辆的速度提高得更快。3.车轮擦伤长度与牵引力呈正相关。且随着速度的提高,擦伤将由周期性激励向随机激励转化。通过上述分析,可以从车速和故障长度两个方面确定对振幅的贡献。长度对冲击幅值的影响大于速度对冲击幅值的影响,因此在变速工况下长度对冲击幅值的影响更大。4.车轮不圆故障在阶数较低时,故障特征不明显。仅对含有车轮不圆故障的时域信号进行短时傅里叶变换并不能够获取其时频故障特征,需要进行进一步处理,经过分析计算发现,谱图重构适用于脉冲型激励的故障特征提取,车轮不圆则可以利用变分模态分解进行处理。在三种工况条件下,经比较,在牵引工况下的不圆车轮故障相较于惰行工况下的不圆车轮故障更易引起齿轮箱体的振动,以及垂向振动加速度响应幅值的增加。5.将计算结果输出并用统计学指标对振动特征进行规律性分析,利用载荷谱对其进行分析。经过对计算结果的统计特征分析发现,结果用动态统计指标表示擦伤故障特征时,指标在惰行条件下波动较小。对于车轮擦伤故障,峰峰值更适合描述车轮擦伤故障;对于车轮不圆故障,可以利用p2,fr1两项指标对车轮不圆故障进行统计特征的计算与评估。经过对其载荷谱分析发现,车轮擦伤故障的循环次数主要由速度主导且作用点较为集中,车轮不圆主要由故障深度以及故障阶数主导且作用点较为分散。且两种故障在惰行与制动工况下,虽然速度有所降低,但循环次数依旧呈上升趋势。