关键词： 车轮扁疤   踏面剥离   应变率效应   等效疲劳损伤   轮轨冲击响应  

摘要： 轮轨系统是高速铁路最为核心的组成部分,严重的轮轨失效将会造成灾难性后果以及巨大的经济损失。车轮扁疤和车轮踏面剥离是列车车轮非正常磨耗的两种主要损伤形式,会引起轮轨间接触不平顺,导致轮轨间产生较大冲击和高频振动,加剧车辆关键部件和轨道基础设施的损伤、疲劳和断裂破坏,严重影响列车的运行安全性、平稳性和舒适性。并且随着列车客运高速化和货运重载化的发展,轮轨疲劳损伤现象日益突出,轮轨间动态作用愈发剧烈。本文采用有限元模拟方法研究了不同等效疲劳损伤下车轮踏面缺陷引起的轮轨冲击力学行为。主要内容与成果包括以下几个方面:(1)建立了考虑轨下基础结构和一系悬挂的三维轮轨滚动接触有限元模型,采用隐式-显式序列求解方法模拟了完好车轮、车轮扁疤、踏面剥离三种情形下的轮轨滚动接触行为,对比了轮轨接触力、接触压力、应力/应变状态等响应特征,揭示了完好车轮、车轮扁疤、踏面剥离作用时钢轨节点速度分布特征及演化规律,评估了不同速度等级下轮轨动态接触/冲击的应变率水平。结果表明,踏面缺陷长度相同时,车轮扁疤诱发的最大轮轨接触力大于踏面剥离诱发的最大轮轨接触力;不同踏面缺陷情形下,最大钢轨节点速度和轮轨应变率峰值均随着列车速度的提高呈单调递增趋势。(2)基于等效模拟不同服役周期的轮轨材料力学性能,研究了轮轨材料等效疲劳损伤对车轮扁疤致轮轨冲击力学响应的影响,分析了轮轨接触过程中轮轨垂向接触力、接触压力、应力/应变等响应特征,讨论了不同等效疲劳损伤下列车速度、扁疤长度、轴重等关键参数对轮轨冲击响应的耦合影响规律。结果表明,最大轮轨垂向接触力随列车速度的提高先增大后减小,在列车速度150 km/h时出现最大值,约为准静态轮轨垂向接触力的4.3倍;最大轮轨垂向接触力、von Mises应力、应力分量等轮轨冲击响应均随着扁疤长度和轴重的增大而增大;轮轨材料等效疲劳损伤和应变率效应对轮轨垂向接触力、接触斑、接触压力无明显影响,但对von Mises应力、纵向应力、垂向应力、横向应力和等效塑性应变影响显著。(3)基于等效模拟不同服役周期的轮轨材料力学性能,研究了轮轨材料等效疲劳损伤对车轮踏面剥离致轮轨冲击力学响应的影响,分析了踏面剥离冲击钢轨整个过程中轮轨接触力/压力、接触斑及粘滑特性、应力/应变等动态响应特征,探讨了不同等效疲劳损伤下列车速度、剥离长度和剥离深度等关键参数对轮轨冲击响应的耦合影响规律。结果表明,最大轮轨垂向接触力随列车速度的提高先增大后减小,在列车速度300 km/h具有最大值,约为准静态轮轨垂向接触力的1.35倍;随着剥离长度的增大,轮轨冲击响应均显著增大,而随着剥离深度的增大,仅车轮von Mises应力和等效塑性应变显著增大;轮轨材料应变率效应和等效疲劳损伤对最大轮轨接触压力、von Mises应力、纵向应力、垂向应力和等效塑性应变影响显著,而对轮轨接触力、接触状态、最大横向应力无明显影响。本文研究了不同等效疲劳损伤对车轮扁疤和踏面剥离致轮轨冲击力学响应的影响,评估了不同速度等级下轮轨动态接触/冲击的应变率水平,阐明了应变率效应和等效疲劳损伤对轮轨滚动接触行为的耦合影响机制,揭示了关键参数对轮轨冲击力学响应的影响规律,可为轮轨系统的安全服役与损伤评估提供技术支持。

关键词： 有限元法   重载铁路   疲劳裂纹萌生寿命   应力强度因子  

摘要： 随着我国经济的飞速发展,既有线路的使用频次逐年提高,钢轨承受的载荷水平也显著增大,钢轨伤损问题日益凸显,威胁行车安全的同时也带来了一定的经济损失。因此,对钢轨疲劳伤损问题进行深入研究,对于延长钢轨的服役期限,维护列车运营安全,降低铁路运营成本具有重要意义。本文基于三维弹塑性轮轨滚动接触有限元模型,结合Jiang-Sehitoglu损伤参量理论,对影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的因素展开分析。根据虚拟裂纹闭合法建立预设裂纹的钢轨模型,分析钢轨表面疲劳裂纹的类型以及影响裂纹应力强度因子的因素。本文具体开展的研究内容如下:(1)根据实际尺寸建立三维弹塑性轮轨滚动接触有限元模型,整个模型由轮对、扣件、轨枕、钢轨共4部分组成,车轮踏面类型为LM型,钢轨为75kg/m型轨。并对轮轨间可能发生接触的位置进行网格细化处理,在保证精度的前提下提升计算效率,并对模型的准确性进行了验证。(2)分析轨底坡参数对钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响。轨底坡参数分别设置为1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、0,当采用1:20这一轨底坡参数时,轮轨间发生共形接触,钢轨表面接触应力值最小,钢轨的疲劳裂纹萌生寿命最大。采用这一轨底坡参数,可以有效降低钢轨表面接触应力,延长钢轨的使用寿命。(3)分析轴重和轮轨间摩擦系数对钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响。随着轴重的提高,钢轨表面接触应力不断增加,钢轨的疲劳裂纹萌生寿命持续降低。随着轮轨间摩擦系数的提高,钢轨的纵向剪切应力值随之增加,钢轨的疲劳裂纹萌生寿命随之降低。(4)分析车轮踏面类型对钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响,对比LM和LMa两种类型的车轮踏面,在均选用较为适配的轨底坡参数时,LM型踏面与钢轨的匹配程度更好,重载列车采用LM型车轮踏面可以有效提高钢轨的疲劳裂纹萌生寿命。(5)分析轮对偏移量对钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响。与不发生偏移时相比,当偏移量为5mm时,左轨表面最大接触应力有所降低,钢轨的疲劳裂纹萌生寿命略有增加,右轨表面最大接触应力明显增加,钢轨的疲劳裂纹萌生寿命明显下降;当轮对偏移量为10mm时,左轨表面最大接触应力显著增加,钢轨的疲劳裂纹萌生寿命急剧降低,右轨表面的最大接触应力明显减小,钢轨的疲劳裂纹萌生寿命明显提升。(6)建立预设疲劳裂纹的钢轨模型,对钢轨表面疲劳裂纹的应力强度因子进行计算。钢轨表面疲劳裂纹属于以Ⅱ型为主的Ⅱ、Ⅲ型复合裂纹,且当接触斑中心位于裂纹正上方时应力强度因子值最大。裂尖应力强度因子K、K随着列车轴重的提高而增加。随着裂纹深度的增加K值显著提升,K值随着裂纹深度的增加略有提升但增量较低。对钢轨表面同时预设3条平行裂纹,组合裂纹裂尖的应力强度因子值明显大于单裂纹情况的数值,但随着裂纹间距的增加,组合裂纹的应力强度因子呈下降趋势。本文的研究内容可为预防钢轨疲劳裂纹的萌生和扩展,延长钢轨的使用寿命提供一定的建议。

关键词： 低温环境   轮轨材料   滚动磨损   接触疲劳损伤   磨屑层   钢轨硬度  

摘要： 随着我国铁路修建进程的持续推进,在低温环境下服役的铁路线路日益增多,如哈大高铁、青藏铁路等。环境温度下降将导致轮轨材料磨损及失效机理发生显著变化,使得低温环境轮轨材料服役行为表现出与室温环境较大差异。当前轮轨材料磨损与损伤行为研究主要以室温环境为研究背景,低温环境下轮轨材料服役行为研究尚不充分。因此,开展低温环境下轮轨材料磨损与损伤行为研究显得十分必要,研究成果可为保障低温环境下轮轨材料的可靠服役与材料研发提供重要理论和技术支撑。本研究通过轮轨滚动磨损试验研究了不同温度环境及交变温度工况对车轮和钢轨材料滚动磨损与接触疲劳性能的影响,通过轮轨界面摩擦化学行为分析阐明了低温环境轮轨材料滚动磨损转变机制,研究了低温环境下滑差率、接触应力和钢轨硬度对车轮和钢轨材料磨损与损伤的影响规律,构建了低温环境下车轮和钢轨材料磨损图与损伤机制图;通过有限元方法建立了考虑低温环境轮轨界面磨屑层作用的轮轨三体滚动接触磨损有限元模型,研究了轮轨界面有无磨屑层时轮轨材料滚动磨损与接触疲劳损伤演变行为,分析了低温环境下钢轨材料力学性能变化对钢轨材料滚动接触疲劳损伤影响;结合试验结果,对低温环境下车轮和钢轨材料服役及材料研发提出了建议。论文研究的主要结论如下:(1)随着环境温度由室温(20℃)下降至-40℃,轮轨界面氧化作用被削弱并导致磨屑在轮轨界面塞积程度显著增大;当环境温度低于-20℃后,钢轨表面形成大面积的磨屑层。低温环境磨屑层的形成使轮轨材料磨损机制由室温环境下的疲劳磨损和轻微黏着磨损向-40℃环境下的严重黏着磨损转变并降低了车轮和钢轨材料磨损与损伤。由于磨损下降,低温环境下车轮表层材料将持续累积塑性应变且组织细化严重,局部材料相变形成白层组织。细化铁素体和白层是-40℃环境下车轮材料主要的裂纹萌生源。在温度交变工况中,降温下车轮材料磨损下降而钢轨材料磨损增加;在升温工况下,-40℃环境下钢轨表面黏附的磨屑层迅速去除从而增大了车轮和钢轨材料的磨损与损伤。(2)-40℃环境温度下,车轮材料磨损率随Tγ/A值先线性增加后保持稳定;钢轨材料磨损率与Tγ/A值关系并不密切而与接触应力的关系更为紧密。-40℃环境温度下,ER7车轮材料和U71Mn钢轨材料磨损图可以划分为“轻微磨损”和“严重磨损”两个区域。-40℃环境下,轮轨材料磨损机制将发生两次转变:随着接触应力增加,轮轨界面磨屑层破碎导致轮轨材料磨损机制由黏着磨损向疲劳磨损发生转变;随着滑差增加,轮轨界面摩擦热上升导致轮轨材料磨损机制由疲劳磨损向氧化磨损转变。-40℃环境温度下,当滑差率小于3.0%时,随接触应力的增加,车轮材料损伤机制由点蚀坑逐渐转变为起皮;在大滑差率下(12.0%),随接触应力的增加,车轮材料主要损伤机制由轻微剥落转变为严重剥落。(3)无论在室温还是-40℃环境温度下,随着钢轨材料初始硬度增加,钢轨磨损率下降,即具有高硬度的过共析钢轨材料在低温环境下其耐磨性仍然更强。在-40℃环境温度、1500 MPa下,过共析钢轨材料在滚动接触过程中裂纹扩展深度更深、角度更大,这表明高硬度的过共析钢轨材料在低温环境服役时,抗疲劳性能较U75VH钢轨和U78CrVH钢轨差。(4)考虑磨屑层作用的轮轨三体滚动接触有限元模型相对于两体滚动接触有限元模型能更真实的反映出实际轮轨界面的相互作用,在黏着系数、磨损及损伤行为预测上与试验结果吻合程度更高。作为可变形体的磨屑层通过塑性变形缓和了轮轨接触表面的相对滑动,从而降低了车轮和钢轨材料磨损与损伤。低温环境下钢轨材料力学性能变化会使钢轨材料滚动接触疲劳裂纹萌生寿命上升,试验中钢轨材料在低温环境下严重的疲劳损伤应归因于磨屑层破碎引发的疲劳磨损。

关键词： 高速道岔   曲尖轨   磨耗预测   动力学性能   轮轨接触  

摘要： 曲尖轨是高速道岔的重要组成部分,主要起引导列车变道的作用,其工作形式的特点导致的磨耗一直是铁路线路维护中难以解决的问题。此外,曲尖轨因磨耗而发生的廓形改变会对列车行驶时的轮轨接触状态及动力学性能造成极大影响。因此,研究高速道岔曲尖轨的磨耗因素与轮轨磨耗对轮轨匹配性能的影响问题,对于减少曲尖轨的磨损,延长曲尖轨使用寿命,降低磨耗对车辆平稳性与安全性的影响具有重要意义。针对曲尖轨磨耗预测及轮轨匹配问题,对国内外有关钢轨及道岔曲尖轨磨耗因素分析及轮轨匹配性能研究现状进行了分类阐述与总结。在已有研究方法的基础上,开展本文的工作,主要研究内容如下:（1）运用轮轨型面测量仪对现场不同磨耗程度的xp55车轮型面进行测量,根据轮缘厚度大小进行筛选。将选取的四组磨耗型面测量数据进行平滑处理并生成相应型面,对比分析其磨耗特点。同时根据顶宽大小建立高速道岔曲尖轨关键截面,拟合成整段曲尖轨。（2）建立18号高速道岔曲尖轨不同顶宽截面磨耗预测模型,计算不同通过总重、通过速度、轮轨摩擦系数及车轮磨耗程度对曲尖轨磨耗特性的影响,分析其规律。结果表明:随着通过总重的增加,高速道岔曲尖轨磨耗程度均在增加,在相同通过总重的情况下,顶宽20mm曲尖轨磨耗最严重;对于顶宽20mm曲尖轨截面,通过速度的增加会加速曲尖轨磨耗速率;轮轨摩擦系数的增加也会使曲尖轨磨耗程度加剧;车轮磨耗程度对该截面的磨耗特性有不同程度的影响,磨耗III型车轮对曲尖轨磨耗影响最大。（3）以曲尖轨磨耗预测计算结果及实测不同磨耗程度的车轮型面为基础,计算轮轨磨耗对车辆通过高速道岔曲尖轨的动力学性能的影响。结果表明:轮轨磨耗对轮轨垂向力、轮轨横向力与脱轨系数影响较大;车轮与曲尖轨的磨耗程度对车辆垂向加速度与横向加速度影响不大。（4）建立不同磨耗阶段xp55车轮与有无磨耗顶宽20mm曲尖轨三维有限元弹塑性接触模型,计算轮轨磨耗对两者接触性能的影响。结果表明:磨耗I型与磨耗IV型与标准曲尖轨匹配性能较差,其他三种与曲尖轨匹配性能较好。而标准xp55车轮与磨耗曲尖轨匹配性能较差,但车轮磨耗的发生使轮轨匹配状态有一定的改善。本文计算分析结果为铁路运维部门对曲尖轨的维护检测周期提供了理论依据,同时为轮轨型面设计提供一定的参考。

关键词： 轮轨接触几何   牛顿方法   非均匀B样条曲线   高斯平滑   迭代分形  

摘要： 轮轨磨耗演变仿真的核心在于在动力学计算中实时更新型面曲线,动力学方程每个积分步均进行轮轨接触几何快速计算是其核心。研究了轮轨接触几何约束方程快速迭代算法,围绕轮对与钢轨的物理约束关系,建立相关约束方程组。首先研究了在不考虑摇头角的情况下,二维的约束方程迭代算法;再考虑摇头角,将该约束方程迭代算法扩展到三维。该算法能够解决不同匹配关系的轮轨型面在不同运动姿态下的轮轨接触几何关系问题。并基于Python平台开发了一套快速、准确计算轮轨接触几何关系的牛顿迭代实时算法,以满足在动力学仿真计算过程中,对型面曲线的实时更新以及计算量小的要求。以该算法为基础,通过单轮对系统的运动仿真,验证了该算法适用于车辆动力学仿真中轮轨匹配关系的实时计算。围绕该算法,做了以下几点工作:(1)基于轮轨型面曲线实时更新的需求,具有变截面轮轨匹配关系的车辆动力学仿真过程中,每次更新型面曲线只会改变部分数据点,采用具备局部支撑特性的三阶非均匀有理B样条曲线描述轮轨型面,局部控制点的变化不会引发全局形状的改变;基于计算过程中对轮轨型面的可导性、平滑度的要求,以接触斑横轴尺寸为高斯平滑窗口对型面和导曲线进行平滑处理,以满足雅可比矩阵数值稳定性要求。(2)为了使算法在全局上的计算量适当,避免在轮缘接触区迭代增量越界振荡,采用阻尼型牛顿迭代算法,选取步长缩放系数为0.5。(3)基于迭代分形图研究了不同区域的无条件收敛稳定域,迭代初值在精确值±2 mm的邻域可保证收敛稳定。根据轮轨接触本身具有连续性的特点,采用以上一接触点为迭代初值,并在接触点跳跃处根据横移速度方向进行调整的方法来满足算法对迭代初值精确度的要求。(4)采用实测的轮轨型面曲线,应用轮轨接触几何约束方程快速迭代算法,计算实测轮轨匹配关系,并与最小距离法的计算结果进行对比,验证算法的有效性;对比两者所需的运行时间,轮轨接触几何约束方程快速迭代算法在效率上具有明显优势;采用不同磨耗程度的踏面,应用轮轨接触几何约束方程快速迭代算法,计算实测轮轨匹配关系,验证算法的可靠性。(5)采用Hertz接触理论分析轮轨接触问题与蠕滑率公式,在Python平台上建立相关运动仿真程序,通过对单轮对系统的运动仿真,验证了轮轨接触几何约束方程快速迭代算法适用于车辆动力学仿真中轮轨匹配关系的实时计算。

关键词： 测力轮对   高频轮轨力   模态分析   谐响应分析   全相位滤波器  

摘要： 轮轨力测量是研究车辆动力学的基础。测力轮对作为目前最常用的轮轨力测量技术,它以轮对为传感器,通过测量轮对幅板上有限点处的应变实现轮轨力连续测量。常规动力学试验采用测力轮对测量时会经过低通滤波的处理,只能对低频轮轨力进行分析。随着列车运行环境的复杂化,列车在车轮局部损伤、车轮多边形磨耗、钢轨接头、钢轨波磨以及外部冲击的影响下,轮轨力往往具有明显的高频特性,扩展轮轨力测量频率,准确测量轮轨力对列车运行安全性、平稳性有着重要意义。而较高的轮轨力频率可能导致轮对产生模态共振,使得应变信号在共振频率处被放大,应变频响曲线在高频处出现峰值,这对高频处轮轨力的准确测量有较大的影响。本文针对测力轮对只适用于低频轮轨力测量的不足,以直辐板轮对为研究对象,设计全相位滤波器对模态共振产生的干扰进行修正,使辐板应变与轮轨力保持线性关系,测力轮对测量范围得到扩展,测力轮对方法能够测量高频轮轨力。具体研究内容如下:基于测力轮对连续测量原理,分析了不同组桥方案下,电桥输出的谐波阶次规律。建立轮对有限元模型,分析辐板应变分布规律并研究在不同半径下,垂向电桥与横向电桥输出的谐波阶次与分量大小,确定最佳布片半径。通过谐响应分析,分析辐板在0～1000 Hz频率范围内不同角度的应变响应输出,得到测力轮对频响曲线。结合轮对模态分析,研究轮对模态共振对应变频响曲线的影响。进一步分析了共振对组桥信号主频及主要谐波分量的影响。分析组桥信号的幅频特性,设计了全相位滤波器。对组桥信号进行滤波,修正共振产生的峰值对组桥输出的干扰,扩展轮轨力测量频率。研究了采样点数与窗函数等参数对滤波器性能的影响,优化滤波器性能。对比全相位滤波器与传统FIR滤波器滤波效果,分析理想频响与实际频响之间的误差。对轮对模拟加载时域激励,得到垂向力与横向力同时作用下,轮对应变的时域变化和频率特性。分析了滤波后计算得到的轮轨力值与真实轮轨力值的误差,验证了施加带有高频成分的轮轨力,滤波后的应变信号能够较为准确的计算轮轨力值。

关键词： 低温工况   水介质工况   摩擦调节剂   轮轨磨损   滚动接触疲劳损伤  

摘要： 轮轨黏着是影响列车运行的重要参数。现场中轮轨服役一段时间后经常出现异常磨损、滚动接触疲劳损伤等问题。目前,一般通过钢轨打磨、激光强化、轮轨黏着调控等方法解决上述问题。研究表明,采用摩擦调节剂对轮轨界面进行黏着调控,能有效控制轮轨异常磨损、钢轨波磨及啸叫噪声等问题的发生。由于我国铁路系统纵横南北,轮轨系统常面临低温工况。有诸多研究发现,低温环境会明显影响轮轨黏着,同时恶化轮轨的磨损与损伤,因此希望通过摩擦调节剂进行轮轨黏着调控以减轻低温环境中的轮轨磨损与损伤。目前针对低温环境下摩擦调节剂服役性能的研究较少。因此开展低温环境下摩擦调节剂对轮轨黏着与损伤行为的影响研究十分有必要。本文利用MJP-30A轮轨滚动磨损与接触疲劳试验机,研究了低温及水介质工况下摩擦调节剂对轮轨黏着的影响,针对低温工况研究了摩擦调节剂对轮轨磨损与损伤行为的影响。揭示了不同温度及水介质工况下摩擦调节剂对轮轨黏着的影响机制、低温工况下摩擦调节剂对轮轨磨损与损伤的影响机理。此外针对现有摩擦调节剂在低温工况下的性能不足,研发了适用于低温工况的新型摩擦调节剂。论文的主要结论如下:(1)低温工况下,随着温度的降低,摩擦调节剂的黏着系数表现出先增加后降低的规律,保持转数表现出与黏着系数相反的变化规律,原因是温度的变化影响了摩擦调节剂粘度和流动性。(2)水介质工况下,水量较小时水基摩擦调节剂易出现低黏着现象,且保持转数有明显的增加。水量较大时则不会出现低黏着现象,且保持转数明显减少。而油基摩擦调节剂在水介质工况下均会出现严重的低黏着现象,且保持转数明显增加。两类摩擦调节剂在水介质下黏着行为的差异是由摩擦调节剂与水的溶解性差异造成的。(3)随着温度的降低,干态轮轨磨损率逐渐增加,且出现了较严重的滚动接触疲劳损伤。未优化的摩擦调节剂在不同温度工况下均表现出了较好的减磨性能。在25℃工况下对轮轨滚动接触疲劳损伤有明显减轻效果,0℃工况下会轻微加剧滚动接触疲劳损伤,-40℃工况下出现了严重的滚动滚动接触疲劳损伤现象。因此未优化的摩擦调节剂不适用于低温工况。(4)与未优化的摩擦调节剂相比,优化后摩擦调节剂可使轮轨黏着系数更小,且保持转数更多。在各温度工况下,优化后的摩擦调节剂均表现出较优的减磨性能,同时轮轨滚动接触疲劳损伤有明显的减轻。因此优化后的摩擦调节剂更适用于低温工况。

关键词： 列车编组   扁疤磨耗   谐波磨耗   轮轨作用力   蠕滑特性   摩擦损伤  

摘要： 重载列车由于其大轴重、运货量大的特点,对运输线路轨道会产生较大的摩擦损伤,道岔作为铁路中最薄弱的环节之一,由于其是组合型轨道的特点,其轨道型面在重载列车经过时更容易因为巨大的摩擦损伤而发生剥离、裂纹等缺陷从而不得不进行道岔部件的更换。随着重载列车运行里程的增加,列车车轮不可避免的会发生磨损。扁疤磨耗和谐波磨耗是两种的常见的车轮周向磨耗类型。在列车启动或者车轮发生抱死现象时,车轮会因为打滑从而加剧与轨道之间的摩擦,此时的车轮会因为轮轨之间摩擦的加剧从而使车轮踏面出现严重损伤,擦伤区域会随着车轮的转动不断与轨道产生垂向撞击,从而导致擦伤区域变大变为新扁疤,随着列车运行里程的增加、车轮磨耗的加剧,新扁疤周边的边缘尖角会因为摩擦逐渐变为圆滑,形成较为稳定的旧扁疤,这就是大部分车轮扁疤磨耗产生的原因,这会导致车轮踏面出现剥离、擦伤、熔渣等缺陷。车轮谐波磨耗主要是因为车轮在制造或者修璇过程中存在误差,圆心不在车轮中间,当列车运行时会发生偏心转动从而导致车轮产生不规则磨耗。本文考虑车轮周向磨耗,在UM中建立无磨耗车轮、扁疤磨耗车轮及谐波磨耗车轮三种模型,将1节机车与9节货车采用车钩编组作为研究对象,选取第4节车厢的前轮对,研究无磨耗模型在不同速度、轴重、承受不同大小的侧向风载复杂运行工况下经过道岔时轮轨作用力、蠕滑特性以及对道岔的摩擦损伤,同时分析两种周向磨耗模型对道岔尖轨和心轨轮轨作用力幅值、蠕滑率幅值及磨耗功率幅值的变化情况。

关键词： 重载货车   小半径曲线   轮轨接触   动力学性能   轮轨磨耗  

摘要： 近年来,我国铁路的得到了迅速发展,重载铁路运输已经成为了我国铁路现代化的一个重要标志,随着对货运量要求的不断提高,我国重载货车的轴重和编组在不断增大,同时随着运行速度的不断提高,轮轨磨损问题也愈发严重,尤其是在小半径曲线路段,轮轨磨损变得极为复杂。所以对于深入研究长编组重载货车通过小半径曲线路段的动力学性能以及轮轨磨损问题具有重要意义。本文主要完成的工作如下:(1)利用动力学软件UM建立了一维与三维混合长编组重载货车模型,编组数量参考我国3万t货运量重载货车,编组数量为303节,其中一维货车为300节,三维货车为3节,货车型号采用在我国重载货运线上运行的轴重为25t的C80货车,同时根据大秦线曲线路况,将大秦线最小半径500m的曲线路段作为本文的运行线路,同时建立了轮轨滚动接触模型。(2)调查分析了我国重载货车车轮的磨耗情况,发现车轮磨耗主要有两种,分别为主要磨耗为踏面垂直磨耗和主要磨耗为轮缘磨耗,在500m半径曲线钢轨上,外轨轨头顶面以及靠近轮缘的一侧磨损较为严重,而内轨轨头顶面磨损较为严重,对长编组重载货车通过500m半径曲线进行仿真,研究分析了踏面垂直磨耗严重的车轮和轮缘磨耗严重的车轮在500m半径曲线磨耗钢轨上运行过程中一位轮对(即前导轮)的轮轨接触和接触应力的变化情况。(3)对标准车轮和两种类型的磨耗车轮分别与标准钢轨和磨耗钢轨进行组合匹配,形成了6种轮轨匹配,通过对6种轮轨匹配组合状态下重载货车的动力学性能和轮轨磨耗进行仿真研究,最终分析了车轮磨耗以及钢轨磨耗对长编组重载货车通过小半径曲线的动力学性能和轮轨磨耗的影响。