高速道岔曲尖軌磨耗仿真分析研究.pdf

1、道岔運營中鋼軌磨耗的控制是自身使用壽命和過岔行車品質(zhì)的關(guān)鍵影響因素之一，本文在總結(jié)國內(nèi)外已有相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，對道岔鋼軌磨耗傷損機理及其對車輛過岔平穩(wěn)性及安全性的影響作了深入的研究，本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.道岔區(qū)輪軌滾動接觸行為研究
　　基于區(qū)間線路典型的滾動接觸理論，對道岔區(qū)輪軌滾動接觸行為進行研究，以LMA型車輪踏面分別與標(biāo)準(zhǔn)及磨耗后道岔鋼軌型面接觸為例，對比分析了Hertz接觸理論、半Hertz接觸理論、Ka

2、lker三維非赫茲接觸理論及有限元接觸理論等在道岔區(qū)輪軌法向接觸行為的應(yīng)用，包括接觸斑個數(shù)、形狀、面積及最大接觸應(yīng)力等計算結(jié)果;同時，對比分析了Shen-Hedrick-Elkins理論、簡化理論、Kalker三維非Hertz接觸理論及半Hertz接觸理論等在道岔區(qū)輪軌切向接觸行為的求解，包括蠕滑力、粘滑區(qū)分布、滑動區(qū)面積及計算效率等，在此基礎(chǔ)上，編制用于道岔區(qū)輪軌滾動接觸行為求解的子程序，為車輪-道岔耦合動力學(xué)及道岔鋼軌磨耗仿真分析選

3、取輪軌滾動接觸理論提供理論支撐。
　　2.車輛-道岔耦合振動模型的建立及方程求解
　　建立了車輛-道岔耦合振動分析模型，用于進行道岔鋼軌磨耗分析及研究道岔鋼軌磨耗對系統(tǒng)耦合振動的影響。耦合模型由車輛子模型和道岔子模型組成，其中車輛模型由車體、構(gòu)架及輪對等剛體和懸掛系統(tǒng)組成，其中車體與構(gòu)架分別考慮沉浮、橫移、點頭、搖頭及側(cè)滾等5個自由度，而輪對考慮沉浮、橫移、搖頭及側(cè)滾等4個自由度，則共有31個自由度;道岔模型包含轉(zhuǎn)轍器、轍又

4、及連接部分等三個主要部件基礎(chǔ)上，還考慮了頂鐵、間隔鐵、限位器及轉(zhuǎn)換鎖閉結(jié)構(gòu)等部件以及道岔鋼軌的變截面特性及滑床臺板、頂鐵等的非線性支承;車輛子模型與道岔子模型之間通過輪軌接觸模型進行耦合，根據(jù)哈密爾頓原理建立系統(tǒng)耦合振動方程，并編制了相應(yīng)的求解程序。
　　3.道岔區(qū)鋼軌磨耗行為關(guān)鍵影響因素分析
　　在分析輪軌磨耗相關(guān)試驗及理論研究基礎(chǔ)上，重點研究對輪軌磨耗行為影響顯著的動力學(xué)響應(yīng)，分析輪軌接觸界面彈性剪切變形及不同磨耗模型對

5、輪軌磨耗的影響，以上述動力學(xué)響應(yīng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用基于正交表設(shè)計的Plackett-Burman無重復(fù)飽和析因設(shè)計方法分析各個影響因子對輪軌磨耗的影響，結(jié)合圖形分析法和數(shù)值分析法篩選道岔區(qū)鋼軌磨耗的關(guān)鍵動力學(xué)參數(shù)，便于進行道岔鋼軌磨耗仿真分析。
　　4.道岔鋼軌磨耗仿真分析研究
　　基于道岔鋼軌磨耗仿真分析流程，建立了道岔鋼軌磨耗仿真分析方法，并且綜合車輛-道岔耦合動力學(xué)、輪軌滾動接觸理論、鋼軌磨耗模型、磨耗疊加方法及鋼軌廓形更新

6、等理論及方法，編制了道岔鋼軌磨耗仿真程序，以尖軌典型斷面為例，計算了不同通過總重情況下道岔鋼軌廓型改變情況，并且分析了車輛軸重、側(cè)向過岔速度、軌距、軌底坡及輪軌摩擦系數(shù)等對道岔鋼軌磨耗的影響;
　　5.道岔鋼軌磨耗對系統(tǒng)耦合振動特性影響分析
　　分析總結(jié)了道岔鋼軌磨耗特點及表現(xiàn)型式，選取了曲尖軌側(cè)面磨耗、尖基軌相對高差偏差及基本軌垂直磨耗等三種典型磨耗傷損型式，應(yīng)用車輛-道岔耦合系統(tǒng)動力學(xué)分析道岔鋼軌磨耗對車輛-道岔耦合振動