动车组轮对组成对动力学性能影响

摘要

轮对是铁道车辆走行部的重要组成部分，随着铁道车辆技术朝着高速和重载方向的发展，车辆动力学性能对轮对参数的敏感度越来越高，轮对不同踏面形状、轮对组成质量、各阶模态等参数对动力学性能的影响越来越值得关注。
　　本文应用计算仿真的方法对轮对踏面、轮对质量、轮对固有频率等轮对组成参数对动力学性能的影响进行了研究。
　　轮对踏面外形直接影响轮轨接触几何关系，本文从滚动圆半径差、等效锥度和轮轨接触点分布等方面对LMA、S1002G、XP55三种踏面的轮轨接触几何关系进行计算和比较，三种踏面在通过道岔的对比分析表明，等效锥度先减小后增大，最终回归初始值附近。踏面磨耗后，这一变化过程更为明显，而同时考虑踏面磨耗和钢轨磨耗时，这一变化过程会更加剧烈。在尖轨与基本轨贴靠不完全的情况下，S1002G踏面轮轨接触关系会恶化。
　　本文还分析了车轮磨耗对车辆动力学性能影响，通过对踏面磨耗后车辆动力学性能的计算发现，踏面磨耗造成的凹形变形是造成车辆动力学性能恶化的主要原因，左右轮不对称磨耗引起的轮径差也会对动力学性能有一定的影响。
　　本文还建立了车辆通过低接头轨道时的轮轨冲击动力作用模型，研究轮对质量对轮轨垂向作用力的影响，在轮对质量由小变大的过程中，车辆的稳定性下降明显，轮轨垂向力增大。计算还发现，轮对质量的增加会会使轨垂向冲击P2力增大，加剧对轮轨冲击对轨道基础结构的破坏。
　　本文还建立了考虑轮对弹性的车辆系统刚柔耦合模型，研究了轮对固有频率对车辆动力学性能的影响，计算表明考虑轮对固有频率会使车辆临界速度下降，轮轴横向力和脱轨系数上升。这些变化主要是由车轴扭转模态和车轴弯曲模态造成的，更高阶的轮对模态对车辆动力学性能影响不大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 论文的主要内容与研究方法

1．3．1 论文内容介绍

1．3．2 动力学仿真模型和方法介绍

1．3．3 轮对踏面磨耗数据的获取

第2章 国内高速动车组车轮踏面对比

2．1 滚动圆半径差对比

2．1．1 新轮新轨(打磨轨)配合的滚动圆半径差对比

2．1．2 滚动圆半径差受轮轨磨耗影响对比

2．2 等效锥度对比

2．2．1 新轮瓤轨(打磨轨)配合的等效锥度对比

2．2．2 等效锥度受轮轨磨耗影响对比

2．3 轮轨接触点分布情况对比

2．3．1 新轮新轨配合的轮轨接触点分布情况对比

2．3．2 磨耗轮磨耗轨配合的轮轨接触点分布情况对比

2．4 道岔转辙区轮轨接触关系变化过程分析

2．4．1 尖轨完全贴靠时轮轨接触几何关系变化过程

2．4．2 尖轨贴靠不完全时轮轨接触几何关系变化过程

2．4．3 考虑道岔区基本轨磨耗的轮轨接触几何关系变化过程

2．4．4 对道岔区轮轨接触几何关系的补充说明

本章小结

第3章 车辆通过道岔时动力学性能变化分析

3．1 计算模型介绍

3．2 车辆正向直线通过标准18号高速道岔

3．3 车辆正向直线通过磨耗后的18号高速道岔

本章小结

第4章 踏面磨耗对车辆动力学性能影响

4．1 车轮踏面磨耗测量结果

4．2 不考虑轮径差时踏面磨耗对动力学性能的影响

4．2．1 踏面磨耗对车辆运行稳定性的影响

4．2．2 踏面磨耗对车辆运行平稳性的影响

4．2．3 踏面磨耗对车辆曲线通过安全性的影响

4．3 车轮磨耗引起的轮径差对车辆动力学性能影响

4．4 基于经济镟修的薄轮缘车轮踏面动力学性能研究

4．4．1 薄轮缘踏面外形的制定

4．4．2 薄轮缘踏面动力学性能验证

本章小结

第5章 轮对质量对车辆动力学性能影响

5．1 轮对质量对车辆运行稳定性的影响

5．2 轮对质量对车辆运行平稳性的影响

5．3 轮对质量对车辆曲线通过安全性的影响

5．4 轮对质量对轮轨冲击P1、P2力的影响

本章小结

第6章 轮对固有频率对车辆动力学性能影响

6．1 轮对刚柔耦合建模软件及方法介绍

6．1．1 轮对三维模型的建立与Pro／ENGINEER软件

6．1．2 有限元软件ANSYS介绍及其应用

6．1．3 FEMBS程序介绍及SIMPACK软件中弹性体轮对的生成

6．2 轮对固有频率对车辆运行稳定性的影响

6．2 轮对固有频率对车辆曲线通过安全性的影响

本章小结

结论与展望

1 主要研究结论

2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目