基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的大軸重貨車(chē)輪軌磨耗研究.pdf

1、2006年，我國(guó)25t軸重貨車(chē)投入大秦線(xiàn)運(yùn)用;2014年新一代27t軸重貨車(chē)在大秦線(xiàn)進(jìn)行商業(yè)性線(xiàn)路運(yùn)行，30t軸重貨車(chē)在朔黃鐵路開(kāi)始運(yùn)用考驗(yàn)。這些成就表明我國(guó)鐵路貨運(yùn)已進(jìn)入重載新時(shí)代。隨著軸重增加，我國(guó)車(chē)輪、鋼軌磨耗及各種動(dòng)力學(xué)問(wèn)題日漸突出。大秦線(xiàn)25t軸重運(yùn)煤專(zhuān)用敞車(chē)95％以上車(chē)輪在2年內(nèi)即須鏇修。輪軌磨耗已嚴(yán)重制約重載運(yùn)輸發(fā)展，甚至危及行車(chē)安全，成為重載技術(shù)研究的核心問(wèn)題之一。
　　本文以既有貨車(chē)輪軌磨耗的調(diào)查及線(xiàn)路試驗(yàn)為基礎(chǔ)

2、，建立了大軸重貨車(chē)輪軌磨耗仿真模型，研究了我國(guó)鐵路重載服役條件下輪軌界面管理對(duì)輪軌磨耗的影響、典型車(chē)輪磨耗的形成和控制、車(chē)輪磨耗與車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能的演變關(guān)系、低動(dòng)力轉(zhuǎn)向架降低輪軌磨耗的效果、制動(dòng)工況對(duì)輪軌磨耗的影響等一系列問(wèn)題。具體的研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)方面:
　　1.論文首先依據(jù)我國(guó)重載鐵路貨車(chē)的實(shí)際結(jié)構(gòu)、參數(shù)和運(yùn)用線(xiàn)路建立了貨車(chē)動(dòng)力學(xué)模型:斜楔等主要摩擦件采用粘著-滑動(dòng)干摩擦模型;徑向轉(zhuǎn)向架導(dǎo)向臂等變形較大的主要部件則采用剛?cè)狁詈?/p>

3、動(dòng)力學(xué)模型。研究結(jié)果表明:斜楔干摩擦接觸模型得到的相對(duì)摩擦系數(shù)等結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果有很好的一致性，能反映垂向加載頻率等外部條件對(duì)轉(zhuǎn)向架減振能力的影響，并能模擬出斜楔橫向減振力和轉(zhuǎn)向架抗菱剛度的滯環(huán)特性;徑向轉(zhuǎn)向架U形副構(gòu)架結(jié)構(gòu)剛度對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能有一定影響，采用剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型不但能得到更高的計(jì)算精度，還能得到動(dòng)力學(xué)性能更優(yōu)和更輕量化的設(shè)計(jì)。
　　2.在上述車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，本文將車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型、輪軌接觸模型、輪軌磨耗模型、輪軌

4、外形更新及運(yùn)行工況統(tǒng)一組織在動(dòng)力學(xué)軟件中，采用SIMPACK軟件內(nèi)嵌的子程序進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算和磨耗過(guò)程的工況和數(shù)據(jù)組織，實(shí)現(xiàn)了輪軌磨耗的自動(dòng)迭代計(jì)算?；谳嗆壢浠碚摰妮嗆壗佑|和磨耗模型，對(duì)FASTSIM算法和CONTACT算法的計(jì)算效率和精度進(jìn)行了對(duì)比，并將其運(yùn)用到磨耗計(jì)算的不同階段;采用切比雪夫多項(xiàng)式曲線(xiàn)擬合方法，進(jìn)行磨耗輪軌外形的平滑計(jì)算，可有效的提高原始數(shù)據(jù)的光滑性，降低因局部毛刺形成的不真實(shí)多點(diǎn)接觸，提高磨耗計(jì)算的魯棒性。

5、>　　3.采用以上程序?qū)ξ覈?guó)大軸重貨車(chē)輪軌界面管理的輪軌外形配合、材質(zhì)選擇及摩擦控制3個(gè)方面進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:標(biāo)準(zhǔn)LM踏面與R75軌配合時(shí)接觸斑面積和接觸應(yīng)力變化劇烈，輪軌磨耗比R60軌明顯增大，采用提高強(qiáng)度R60軌更符合我國(guó)重載鐵路的實(shí)際情況;采用硬度更高的新型材質(zhì)CL70鋼車(chē)輪后，鋼軌磨耗增加量遠(yuǎn)小于車(chē)輪磨耗的減少量。在所計(jì)算的工況下，鋼軌磨耗而積最大僅增加約2.48％，而車(chē)輪磨耗面積卻可降低約31.87％，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值;

6、輪軌摩擦控制可以顯著降低輪軌磨耗，曲線(xiàn)軌側(cè)摩擦控制主要減小外軌車(chē)輪輪緣和外軌軌角磨耗。軌側(cè)+軌頂摩擦控制時(shí)不論直線(xiàn)還是曲線(xiàn)，均可同時(shí)減小兩側(cè)車(chē)輪和鋼軌磨耗。
　　4.調(diào)查顯示車(chē)輪凹槽磨耗和車(chē)輪局部磨耗形成的扁疤是我國(guó)重載貨車(chē)車(chē)輪磨耗的典型形式之一。本文以凹槽磨耗和車(chē)輪扁疤磨耗對(duì)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)性能和輪軌相互作用的影響為出發(fā)點(diǎn)，研究了其成因和發(fā)展，并建議我國(guó)重載貨車(chē)車(chē)輪凹槽磨耗深度維修限度為2.0mm、車(chē)輪擦傷或剝離形成的扁疤深度維修限度

7、為1.0mm。
　　5.車(chē)輪磨耗與車(chē)輛動(dòng)力學(xué)是相互耦合的。車(chē)輪磨耗與車(chē)輛運(yùn)行里程、軸重和運(yùn)行速度呈近似線(xiàn)性關(guān)系，據(jù)此并按車(chē)輪等量磨耗的計(jì)算方法，可以選擇確定不同軸重下車(chē)輛的經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)速度。此外，輪軌相互作用和磨耗的相關(guān)研究還表明，徑向轉(zhuǎn)向架是實(shí)現(xiàn)重載貨車(chē)低動(dòng)力、低運(yùn)行阻力、低能耗和低磨耗的有效技術(shù)手段。
　　6.假設(shè)閘瓦磨耗與輪瓦摩擦功成線(xiàn)性關(guān)系。將輪軌磨耗模型進(jìn)行推廣，建立了我國(guó)大軸重貨車(chē)空氣制動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動(dòng)的動(dòng)力學(xué)