車輪踏面?zhèn)麚p對高速列車動力學行為的影響.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和難點問題，隨著列車運營速度的提高，車輪傷損現(xiàn)象日益嚴重。伴隨著車輪外形的改變，輪軌關系更加復雜，車輛系統(tǒng)動力響應也發(fā)生變化，對運動穩(wěn)定性、運行平穩(wěn)性、安全性以及運行可靠性都有很大影響。本文重點圍繞車輪磨耗、多邊形、扁巴等車輪踏面?zhèn)麚p對輪軌幾何型面匹配、輪軌接觸力學行為和車輛系統(tǒng)動力學性能的影響，通過仿真與試驗相結合的方法，運用不同的模型進行了詳細的分析。具體的研究內(nèi)容有以

2、下幾個方面:
　　(1)根據(jù)京滬線路實測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、非對稱磨耗、車輪不圓磨耗（車輪多邊形）等。根據(jù)實測踏面/輪緣磨耗量和磨耗范圍，總結出踏面/輪緣磨耗隨運營里程的關系;同時通過分析磨耗量與等效錐度、接觸角等接觸幾何參數(shù)的關系，給出車輛運動穩(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，這為沒有實際踏面磨耗外形時進行動力學性能研究提供了依據(jù)。
　　(2

3、)為了研究車輪磨耗對車輛動力學性能的影響，建立了車輛多剛體系統(tǒng)動力學模型;為了研究車輪不圓磨耗所引起的高頻振動對車輛系統(tǒng)動力學性能的影響，建立了考慮車體、構架、輪對彈性振動的剛柔耦合動力學模型。采用一種新的車輪多邊形的數(shù)學模型，該方法中車輪半徑沿車輪圓周方向變化，同時考慮了輪徑變化對輪軌關系的影響;在前人的基礎上，對車輪扁疤的數(shù)學模型行改進，采用變化車輪半徑的方法模擬車輪新、舊扁疤，同時考慮車輪半徑對輪軌接觸狀態(tài)和接觸參數(shù)的影響。

4、>　　(3)為了明確剛體動力學模型和剛柔耦合動力學模型在具體計算結果上的差異，尤其是車輪多邊形引起的高頻振動對車輛動力學性能的影響，對比計算了兩種模型下標準車輪、多邊形車輪和扁疤車輪的動力學性能，對比計算車輛穩(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，從輪軌接觸幾何關系入手研究車輪磨耗對輪軌接觸行為的影響，推導了非赫茲輪軌接觸模型，運用Matlab編制了可求解任意輪軌外形的輪軌

5、法向接觸程序。分析了一個磨耗周期內(nèi)均勻垂直磨耗和實測京滬線上占主導地位的4種多邊形以及新扁疤車輪的輪軌法向接觸應力。同時，運用Kalker簡化理論，求解了一個磨耗周期內(nèi)輪軌蠕滑力。
　　(5)利用線路跟蹤試驗所測得的S1002CN磨耗踏面數(shù)據(jù)，在多體動力學軟件SIMPACK中生成不同磨耗里程踏面，計算均勻垂直磨耗和非對稱磨耗對高速車輛動力學性能的影響，其中非對稱磨耗考慮輪徑差工況和實測非對稱磨耗工況。根據(jù)實測踏面磨耗量，擬合出不同

6、磨耗里程下的磨耗外形，進行動力學計算;通過對非對稱磨耗的動力學仿真計算，明確了高速動車組輪徑差的允許限度。
　　(6)利用剛柔耦合動力學模型對京津線上占主導地位的1階、3階、6階和11階車輪多邊形進行仿真計算:假設車輪型面不發(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上的兩個多邊形車輪不存在幅值和相位的差異，計算高速運營狀態(tài)下周期性多邊形的車輪振動響應、輪軌垂向力等動力學指標。針對高速列車車輪多邊形的動