基于蠕滑機(jī)理的重載貨車(chē)車(chē)輪磨耗研究.pdf

1、在貨車(chē)軸重不斷增大的條件下，展開(kāi)車(chē)輪磨耗的研究工作對(duì)于如何減輕輪軌磨耗和提高運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益具有重要的指導(dǎo)意義。本文在SIMPACK中建立車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，采用傅立葉逆變換將軌道不平順功率譜密度轉(zhuǎn)換為時(shí)域不平順序列，基于MATLAB軟件編制了車(chē)輪踏面磨耗仿真程序WWS。根據(jù)仿真結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)Zobory磨耗模型進(jìn)行修正，系統(tǒng)研究影響重載貨車(chē)車(chē)輪磨耗的關(guān)鍵問(wèn)題，從車(chē)輪磨耗的角度確定了軸重與運(yùn)行速度的匹配關(guān)系。通過(guò)對(duì)車(chē)輛非理想狀態(tài)下的車(chē)

2、輪磨耗仿真，分析輪軌型面和轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)對(duì)車(chē)輛非理想狀態(tài)的適應(yīng)性。研究鋼軌表面滾動(dòng)接觸疲勞損傷的特征，對(duì)車(chē)輪滾動(dòng)接觸疲勞和磨耗耦合關(guān)系進(jìn)行數(shù)值模擬。取得的主要結(jié)果和結(jié)論如下：
　　1.半赫茲接觸的接觸斑形狀較赫茲接觸更接近于CONTACT，同時(shí)基于半赫茲接觸的FASTSIM算法的計(jì)算結(jié)果與CONTACT比較接近，而且計(jì)算速度較快，因此半赫茲接觸可以應(yīng)用于需要大量輪軌滾動(dòng)接觸計(jì)算的車(chē)輪磨耗仿真。
　　2.在半赫茲接觸中考慮彈性剪切

3、變形對(duì)滑動(dòng)速度的影響時(shí)，其磨耗計(jì)算結(jié)果與CONTACT的結(jié)果比較接近，具有較高的精度。法向載荷主要影響Jendel模型的第Ⅳ磨耗區(qū)，蠕滑率和摩擦系數(shù)同時(shí)接觸斑內(nèi)黏滑區(qū)的分布和磨耗區(qū)的分布。在小蠕滑工況下，Braghin模型的磨耗最大，Jendel模型次之，Zobory模型最小，而在大蠕滑工況下，Jendel模型的磨耗遠(yuǎn)大于其余兩種模型。
　　3.美國(guó)軌道譜各種中心線不平順之間相關(guān)系數(shù)均小于0.3，為微弱相關(guān)，可以直接將中心線的軌道

4、不平順等效轉(zhuǎn)換為左、右軌道的垂向和橫向不平順。轉(zhuǎn)換后的美國(guó)五級(jí)譜左、右軌垂向和橫向不平順譜密度與中國(guó)干線譜進(jìn)行比較，在低頻部分(<1.5Hz)，美國(guó)五級(jí)譜略大于中國(guó)干線譜，在中等頻率(1.5Hz～15Hz)部分，基本和中國(guó)三大干線譜相當(dāng)，在高頻部分(>15Hz)，低于中國(guó)干線譜。
　　4.小波濾波平滑能更好反映原始數(shù)據(jù)的分布情況，同時(shí)最大更新磨耗深度取0.1mm時(shí)能較好滿足計(jì)算速度和計(jì)算精度要求。利用Zobory模型、Jendel

5、模型和Braghin模型對(duì)重載貨車(chē)在環(huán)形線和大秦線上的車(chē)輪磨耗仿真結(jié)果都大于實(shí)測(cè)結(jié)果，最后對(duì)Zobory模型進(jìn)行了修正，并分析了磨耗后車(chē)輪對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能的影響。
　　5.在文中所設(shè)線路條件下，軸重的增加主要影響踏面上磨耗的增大，對(duì)輪緣上的磨耗影響不大。擺動(dòng)式轉(zhuǎn)向架和交叉支撐轉(zhuǎn)向架車(chē)輪的磨耗行為比較接近，而徑向式轉(zhuǎn)向架能有效減輕車(chē)輪輪緣磨耗。車(chē)輛定距越大，車(chē)輪踏面上的磨耗越小。對(duì)三大件式轉(zhuǎn)向架，一系橫向定位剛度和垂向剛度對(duì)車(chē)輪磨耗

6、的影響不大，一系縱向定位剛度對(duì)車(chē)輪的磨耗壽命和輪緣磨耗均有較大影響。軸距增加使車(chē)輪磨耗壽命減小，同時(shí)加劇輪緣磨耗。輪徑越大，車(chē)輪踏面圓周磨耗深度和踏面磨耗面積越小。曲線半徑的增大能使車(chē)輪磨耗急劇減小，但隨著半徑的增大，磨耗減小的幅度變小。軌砸加寬可以減輕車(chē)輪踏面上的磨耗，延長(zhǎng)車(chē)輪磨耗壽命。當(dāng)LM踏面與CN75鋼軌匹配時(shí)，從車(chē)輪磨耗的角度來(lái)說(shuō)軌底坡取1/40是合理的。采用CN75鋼軌較CN60和UIC60能有效減輕車(chē)輪踏面上的磨耗。線路等

7、級(jí)越差，車(chē)輪輪緣和踏面上的磨耗越大。運(yùn)行速度主要影響車(chē)輪踏面上的磨耗，且運(yùn)行速度越大，車(chē)輪磨耗壽命減小的幅度越大。輪軌摩擦系數(shù)為0.1時(shí)車(chē)輪磨耗咀顯減小，而摩擦系數(shù)分別為0.25、0.4和0.55時(shí)車(chē)輪磨耗變化不大。以25t軸重以100km/h速度運(yùn)行時(shí)的段修磨耗壽命為基準(zhǔn)，軸重為27.5t時(shí)不需要降速運(yùn)行，30t軸重時(shí)需降速到85km/h，32.5t軸重時(shí)需降到80km/h，35t軸重時(shí)需降到60km/h以下。
　　6.初始安裝

8、偏轉(zhuǎn)角ψ0對(duì)平衡后輪對(duì)沖角影響較大，而輪徑差△D主要影響輪對(duì)橫移量，同時(shí)低的踏面等效錐度更容易形成大的輪對(duì)沖角和橫移量。ψ0和△D都會(huì)導(dǎo)致車(chē)輪磨耗壽命減少，其中ψ0對(duì)車(chē)輪磨耗壽命的影響較大，而△D主要導(dǎo)致車(chē)輪出現(xiàn)偏磨。從減輕車(chē)輪磨耗的角度看，擺動(dòng)式轉(zhuǎn)向架和交叉支撐轉(zhuǎn)向架對(duì)車(chē)輛非理想狀態(tài)的適應(yīng)性較好，徑向式轉(zhuǎn)向架的適應(yīng)性較差。
　　7.車(chē)輛在速度和軸重增加的情況下均會(huì)加劇鋼軌的疲勞損傷，并存在一個(gè)拐點(diǎn)，超過(guò)拐點(diǎn)后由于鋼軌磨損加劇而使