車輪踏面?zhèn)麚p對(duì)高速列車動(dòng)力學(xué)行為的影響.pdf

1、車輪踏面?zhèn)麚p如車輪磨耗、多邊形、扁巴等是近年來高速鐵路研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題，隨著列車運(yùn)營速度的提高，車輪傷損現(xiàn)象日益嚴(yán)重。伴隨著車輪外形的改變，輪軌關(guān)系更加復(fù)雜，車輛系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)也發(fā)生變化，對(duì)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、運(yùn)行平穩(wěn)性、安全性以及運(yùn)行可靠性都有很大影響。本文重點(diǎn)圍繞車輪磨耗、多邊形、扁巴等車輪踏面?zhèn)麚p對(duì)輪軌幾何型面匹配、輪軌接觸力學(xué)行為和車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的影響，通過仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，運(yùn)用不同的模型進(jìn)行了詳細(xì)的分析。具體的研究?jī)?nèi)容有以

2、下幾個(gè)方面:
　　(1)根據(jù)京滬線路實(shí)測(cè)某高速列車車輪磨耗數(shù)據(jù)，將車輪磨耗分為均勻垂直磨耗、非對(duì)稱磨耗、車輪不圓磨耗（車輪多邊形）等。根據(jù)實(shí)測(cè)踏面/輪緣磨耗量和磨耗范圍，總結(jié)出踏面/輪緣磨耗隨運(yùn)營里程的關(guān)系;同時(shí)通過分析磨耗量與等效錐度、接觸角等接觸幾何參數(shù)的關(guān)系，給出車輛運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性隨等效錐度的變化過程。在橫移3mm位置，接觸角差和等效錐度的比值都在27左右，這為沒有實(shí)際踏面磨耗外形時(shí)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)性能研究提供了依據(jù)。
　　(2

3、)為了研究車輪磨耗對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響，建立了車輛多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型;為了研究車輪不圓磨耗所引起的高頻振動(dòng)對(duì)車輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的影響，建立了考慮車體、構(gòu)架、輪對(duì)彈性振動(dòng)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型。采用一種新的車輪多邊形的數(shù)學(xué)模型，該方法中車輪半徑沿車輪圓周方向變化，同時(shí)考慮了輪徑變化對(duì)輪軌關(guān)系的影響;在前人的基礎(chǔ)上，對(duì)車輪扁疤的數(shù)學(xué)模型行改進(jìn)，采用變化車輪半徑的方法模擬車輪新、舊扁疤，同時(shí)考慮車輪半徑對(duì)輪軌接觸狀態(tài)和接觸參數(shù)的影響。

4、>　　(3)為了明確剛體動(dòng)力學(xué)模型和剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型在具體計(jì)算結(jié)果上的差異，尤其是車輪多邊形引起的高頻振動(dòng)對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響，對(duì)比計(jì)算了兩種模型下標(biāo)準(zhǔn)車輪、多邊形車輪和扁疤車輪的動(dòng)力學(xué)性能，對(duì)比計(jì)算車輛穩(wěn)定性、平穩(wěn)性和曲線通過性能等，為界定兩種模型的使用范圍提供依據(jù)。
　　(4)利用非赫茲接觸理論，從輪軌接觸幾何關(guān)系入手研究車輪磨耗對(duì)輪軌接觸行為的影響，推導(dǎo)了非赫茲輪軌接觸模型，運(yùn)用Matlab編制了可求解任意輪軌外形的輪軌

5、法向接觸程序。分析了一個(gè)磨耗周期內(nèi)均勻垂直磨耗和實(shí)測(cè)京滬線上占主導(dǎo)地位的4種多邊形以及新扁疤車輪的輪軌法向接觸應(yīng)力。同時(shí)，運(yùn)用Kalker簡(jiǎn)化理論，求解了一個(gè)磨耗周期內(nèi)輪軌蠕滑力。
　　(5)利用線路跟蹤試驗(yàn)所測(cè)得的S1002CN磨耗踏面數(shù)據(jù)，在多體動(dòng)力學(xué)軟件SIMPACK中生成不同磨耗里程踏面，計(jì)算均勻垂直磨耗和非對(duì)稱磨耗對(duì)高速車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響，其中非對(duì)稱磨耗考慮輪徑差工況和實(shí)測(cè)非對(duì)稱磨耗工況。根據(jù)實(shí)測(cè)踏面磨耗量，擬合出不同

6、磨耗里程下的磨耗外形，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算;通過對(duì)非對(duì)稱磨耗的動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算，明確了高速動(dòng)車組輪徑差的允許限度。
　　(6)利用剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型對(duì)京津線上占主導(dǎo)地位的1階、3階、6階和11階車輪多邊形進(jìn)行仿真計(jì)算:假設(shè)車輪型面不發(fā)生變化，只有車輪圓周方向圓度發(fā)生改變。只考慮車輪周期性多邊形且同一輪對(duì)上的兩個(gè)多邊形車輪不存在幅值和相位的差異，計(jì)算高速運(yùn)營狀態(tài)下周期性多邊形的車輪振動(dòng)響應(yīng)、輪軌垂向力等動(dòng)力學(xué)指標(biāo)。針對(duì)高速列車車輪多邊形的動(dòng)