重载货车车轮磨耗及其动力学影响研究

摘要

大秦铁路是中国西煤东运的主要通道，为最大限度发挥其运输功能以缓解煤炭运输压力，铁道部对大秦铁路实施了扩能技术改造，增开大轴重列车。同时新建重载专线，30t轴重货车的研制和运行正在逐步进行当中，大轴重货车的轮轨动态相互作用及轮轨磨耗问题的研究更具现实意义。铁道车辆是借助轮轨相互作用力来实现列车牵引，而轴重增加将使轮轨动力作用增大，加剧轮轨磨耗并导致车轮踏面形状改变，从而影响重载列车的动力学性能如行车安全性、稳定性等，同时增加车辆和线路的养护维护工作。车轮磨耗是重载列车研究的重点也是难点，掌握其磨耗规律对提高车辆长期运用的可靠性、降低运输成本具有重大意义，是发展重载运输亟待解决的问题。
　　 论文的主要工作如下:
　　 建立包含60个自由度的30t轴重货车非线性动力学模型，讨论不同轨道结构模型（等效集总参数模型、刚性轨道结构模型），轮轨接触几何关系计算方法（在线计算、查表计算）及轮轨接触力计算方法（约束接触、弹性接触）的对踏面磨耗分布的影响。仿真结果非常接近，不同轨道结构模型，轮轨接触几何关系计算方法，轮轨接触力计算方法的对磨耗分布的影响甚小。
　　 建立基于Archard模型的整体磨耗函数和局部磨耗函数，对比二者计算结果差异。结果显示相同工况下整体磨耗函数计算结果大于局部磨耗函数一倍左右，因此在计算磨耗分布时应采用局部接触函数。
　　 研究大秦线长大坡道制动及牵引工况下的车轮踏面磨耗情况，并与直线线路惰行工况的计算结果进行对比。结果表明，制动及牵引工况下的踏面磨耗对整条线路的车轮踏面磨耗分布结果影响不大，由于制动工况需要仿真一个完整的制动循环，计算耗时巨大，故在研究整条线路的车轮踏面磨耗时可以忽略。
　　 研究大秦线上一定里程内(30万公里)的车轮踏面磨耗情况，轮轨接触几何关系变化和磨耗对动力学性能的影响。结果表明，当车轮磨耗深度达到一定值后，磨耗将出现一个稳定区间，该区间内单个磨耗步的磨耗深度、磨耗范围和磨耗趋势较为一致，且整个磨耗区间上磨耗分布均匀。磨耗后车辆系统稳定性和平稳性恶化，临界速度降低，Sperling指数增大。动力学分析结果表明，当磨耗深度达到一定程度时为满足平稳性及稳定性要求，应适当降低运行速度或者考虑镟轮。
　　 讨论转向架悬挂参数对车轮踏面磨耗的影响，包括一系纵向定位刚度、一系横向定位刚度、旁承摩擦系数、轴距。结果表明，车轮踏面磨耗随着一系纵向定位刚度增加而变大;在一定参数区间内，直线工况下车轮踏面磨耗随着一系横向定位刚度、旁承摩擦系数和轴距的增大而降低，曲线工况反之。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 本文所做工作

第2章 车轮踏面磨耗研究方法

2．1 磨耗模型

2．1．1 Archard磨耗模型

2．1．2 摩擦功磨耗模型

2．2 磨耗计算方法

2．3 本章小结

第三章 大轴重转向架货车动力学建模

3．1 大轴重转向架货车数学模型

3．2 模型中考虑的非线性环节

3．3 车辆参数

3．4 轨道结构模型

3．5 计算结果

3．6 制动及牵引工况

3．6．1 运行阻力

3．6．2 制动力

3．6．3 动力学模型

3．6．4 计算结果

3．7 小结

第4章 大秦线磨耗计算及动力学影响分析

4．1 计算工况

4．2 车辆往返一次磨耗量计算

4．3 车辆运行一定里程的磨耗量

4．4 磨耗后轮轨接触几何关系分析

4．5 磨耗后动力学性能分析

4．6 小结

第5章 转向架参数对车轮磨耗的影响

5．1 一系纵向定位刚度

5．2 一系横向定位刚度

5．3 旁承摩擦系数

5．4 轴距

5．5 小结

结论与展望

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