基于系統(tǒng)動力學的大軸重貨車輪軌磨耗研究.pdf

1、2006年，我國25t軸重貨車投入大秦線運用;2014年新一代27t軸重貨車在大秦線進行商業(yè)性線路運行，30t軸重貨車在朔黃鐵路開始運用考驗。這些成就表明我國鐵路貨運已進入重載新時代。隨著軸重增加，我國車輪、鋼軌磨耗及各種動力學問題日漸突出。大秦線25t軸重運煤專用敞車95％以上車輪在2年內(nèi)即須鏇修。輪軌磨耗已嚴重制約重載運輸發(fā)展，甚至危及行車安全，成為重載技術(shù)研究的核心問題之一。
　　本文以既有貨車輪軌磨耗的調(diào)查及線路試驗為基礎(chǔ)

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

3、動力學模型。研究結(jié)果表明:斜楔干摩擦接觸模型得到的相對摩擦系數(shù)等結(jié)果與試驗結(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)剛度對車輛動力學性能有一定影響，采用剛?cè)狁詈蟿恿W模型不但能得到更高的計算精度，還能得到動力學性能更優(yōu)和更輕量化的設計。
　　2.在上述車輛動力學模型基礎(chǔ)上，本文將車輛動力學模型、輪軌接觸模型、輪軌磨耗模型、輪軌

4、外形更新及運行工況統(tǒng)一組織在動力學軟件中，采用SIMPACK軟件內(nèi)嵌的子程序進行動力學計算和磨耗過程的工況和數(shù)據(jù)組織，實現(xiàn)了輪軌磨耗的自動迭代計算。基于輪軌蠕滑理論的輪軌接觸和磨耗模型，對FASTSIM算法和CONTACT算法的計算效率和精度進行了對比，并將其運用到磨耗計算的不同階段;采用切比雪夫多項式曲線擬合方法，進行磨耗輪軌外形的平滑計算，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多點接觸，提高磨耗計算的魯棒性。

5、>　　3.采用以上程序?qū)ξ覈筝S重貨車輪軌界面管理的輪軌外形配合、材質(zhì)選擇及摩擦控制3個方面進行了研究。結(jié)果表明:標準LM踏面與R75軌配合時接觸斑面積和接觸應力變化劇烈，輪軌磨耗比R60軌明顯增大，采用提高強度R60軌更符合我國重載鐵路的實際情況;采用硬度更高的新型材質(zhì)CL70鋼車輪后，鋼軌磨耗增加量遠小于車輪磨耗的減少量。在所計算的工況下，鋼軌磨耗而積最大僅增加約2.48％，而車輪磨耗面積卻可降低約31.87％，具有較高的經(jīng)濟價值;

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

7、為1.0mm。
　　5.車輪磨耗與車輛動力學是相互耦合的。車輪磨耗與車輛運行里程、軸重和運行速度呈近似線性關(guān)系，據(jù)此并按車輪等量磨耗的計算方法，可以選擇確定不同軸重下車輛的經(jīng)濟運營速度。此外，輪軌相互作用和磨耗的相關(guān)研究還表明，徑向轉(zhuǎn)向架是實現(xiàn)重載貨車低動力、低運行阻力、低能耗和低磨耗的有效技術(shù)手段。
　　6.假設閘瓦磨耗與輪瓦摩擦功成線性關(guān)系。將輪軌磨耗模型進行推廣，建立了我國大軸重貨車空氣制動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向架基礎(chǔ)制動的動力學