加装扣环机车轮对的力学行为研究

摘要

铁路运输在我国的交通运输业中举足轻重，对整个国民经济影响巨大。针对我国机车广泛采用的组装式机车轮对，可能因轮箍弛缓造成的机车脱轨事故、颠覆，影响铁路运输安全的问题，本文提出给组装式机车轮对轮箍加装安全扣环。该措施可有效地防止因轮箍弛缓而造成的列车脱轨乃至颠覆等重大事故。 加装扣环后的机车轮对在运用过程中的应力及其分布状态、轮对的动力学特性、轮箍的踏面和轮缘使用安全边界、运用过程中轮对的温度场及应力等方面将产生相应的影响。因此，必须对加装扣环后机车轮对的力学行为进行研究，为保证铁路机车运行安全提供理论依据。本文在分析轮轨系统相互作用关系的基础上，对加装扣环车轮的力学行为进行了研究，主要研究内容包括： (1)针对组装式机车轮对可能因轮箍迟缓造成机车脱轨与颠覆问题，提出在轮箍内侧加装扣环的解决方案，可有效地防止因此造成的列车脱轨与颠覆。 (2)对加装扣环的机车轮对的静、动力学行为进行了研究。研究结果表明扣环槽的存在对轮对静、动力学行为产生了一定影响，但这些影响是局部的，并没有引起质的变化。从理论上证明机车轮对加装扣环后能够保证运行安全。 (3)分析了轮对踏面线形的演变及磨耗型踏面的特点，提出了轮箍踏面均匀磨损假说。由此假说建立优化模型，寻求到加装扣环轮对的理论极限边界。研究表明铁道部轮对技术规范规定的禁用限度对于加装扣环的机车轮对仍然是安全和适用的。 (4)对加装扣环的机车轮对在紧急制动工况下的力学行为进行了研究。模拟分析了垫片间间隙对轮对的应力分布的影响，指出轮箍加装垫片时，其片间间隙的控制范围。 上述研究是以与武汉铁路局科委及武昌机务段的合作研究项目《轮对加装扣环的性能分析及模拟仿真》为背景的，研究结果表明机车轮对加装扣环方案是安全可靠与可行的，可有效的防止因轮箍弛缓造成列车脱轨与颠覆，对于保证铁路机车的运行安全有着重大的意义。该方案已在武汉、郑州、北京等铁路局部分机车上采用，运行情况良好。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

第2章轮轨相互作用关系与轮对工况分析

第3章装扣环机车轮对的强度分析与评价

第4章加装扣环机车轮对的动力学行为研究

第5章装扣环机车轮对轮箍踏面与轮缘禁用限度

第6章加扣环机车轮对的温度、应力场分析

第7章轮箍与轮辋之间垫片间隙对轮箍应力分布的影响

第8章研究成果的实践验证

第9章总结与展望

参考文献

附录一分析计算的APDL程序清单

附录二加装扣环车轮的相关照片

附录三查新报告

附录四攻读博士学位期间论文发表情况

附录五攻读博士学位期间主持及参与的科研工作

附录六攻读博士学位期间发明与专利

致 谢