輪軌滑動及沖擊接觸特性分析.pdf

1、經(jīng)濟的快速發(fā)展推動著鐵路的快速發(fā)展，鐵路的快速發(fā)展又推動著經(jīng)濟的快速前進(jìn)，尤其在我國，這種相輔相成已然形成。列車需要克服摩擦又要依靠摩擦來提供動力，從世界上第一條鐵路建成以來，這個矛盾一直吸引著各國科研工作者去潛心研究、取舍。輪軌接觸復(fù)雜，雖已被大量研究者研究詳細(xì)，因高溫、高速化輔助監(jiān)控設(shè)備的缺失，輪軌摩擦學(xué)受這些方面的制約慢慢發(fā)展到瓶頸，還有部分影響輪軌接觸的邊界條件考慮不細(xì)致。
　　文中首先介紹了輪軌接觸研究現(xiàn)狀和發(fā)展歷程（從

2、動力學(xué)到摩擦學(xué)），輪軌接觸研究中ANSYS有限元軟件的引入，以及輪軌接觸相關(guān)理論。建立了輪軌接觸有限元模型，詳細(xì)介紹了應(yīng)用軟件建模的過程，以及輪軌摩擦的三維非線性熱傳導(dǎo)方程，體現(xiàn)了應(yīng)用數(shù)值模擬軟件來研究輪軌接觸問題可以大量節(jié)省人力、財力，甚至達(dá)到試驗無法觀測的效果。
　　通過大量的文獻(xiàn)查找發(fā)現(xiàn)大量的科研工作者在研究輪軌摩擦中忽略了對流換熱系數(shù)和軌底基礎(chǔ)剛度對輪軌接觸特性的影響，鐵路線路跨區(qū)域大，形成區(qū)間環(huán)境復(fù)雜，輪軌間的對流換熱和

3、軌底基礎(chǔ)剛度均因區(qū)域變化而不同，作者通過建立輪軌接觸有限元模型，模擬分析了上述兩種邊界條件變化對輪軌接觸特性的影響；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1m/s、2m/s速度下的輪軌接觸區(qū)最高溫度時程曲線在不同對流換熱下的發(fā)展趨勢基本相同，2m/s無對流換熱工況對接觸區(qū)溫度、接觸壓力、應(yīng)力、接觸面積影響很大，照比有對流換熱的接觸區(qū)溫度高很多，1m/s情況下有無對流換熱系數(shù)對輪軌的接觸特性影響不大，變相說明不同速度下輪軌滑動生熱功率不同，受到對流換熱系數(shù)的影響也不

4、一樣，建議目前將車輪滑動速度設(shè)為1m/s、2m/s、5m/s的輪軌摩擦研究中，甚至是滾動研究中，不要忽略對流換熱系數(shù)對輪軌接觸特性的影響，具體問題具體分析，最好采用實驗實測對流換熱系數(shù)來研究；在不同基礎(chǔ)剛度下，500MPa基礎(chǔ)剛度的輪軌接觸區(qū)最高溫稍大于其他兩種工況，從總體時程曲線來看，基礎(chǔ)剛度對接觸區(qū)溫度的影響不大。隨著基礎(chǔ)剛度的增加，輪軌接觸區(qū)的接觸面積逐漸減小，從滑動伊始到溫度時程曲線最大溫度，輪軌的接觸面積增大到2.2倍左右。靜

5、力分析過程中，輪軌接觸區(qū)的等效壓力和等效應(yīng)變均隨著基礎(chǔ)剛度的增加而減小，在最大溫升時刻，三種基礎(chǔ)剛度的最大等效應(yīng)力數(shù)值相等且溫度基本一致。
　　軌道迎順縫的存在對鐵路行車安全和旅客舒適度以及線路維修養(yǎng)護(hù)均有很大的危害，通過對0.1mm、0.3mm、0.5mm三種迎順縫高度的輪軌接觸模擬分析，得出了迎順縫兩種軌道不平順下的應(yīng)力應(yīng)變分布特性，隨著迎縫高度的增加，碰撞接觸區(qū)的最大溫度越高，在滑動最終時刻，接觸區(qū)溫度已經(jīng)達(dá)到1000℃之多