40t轴重货车车轮热负荷性能研究

摘要

随着科技进步和经济发展的步伐，中国铁路货运列车正逐步向重载化时代迈进。作为地广物博的铁路大国之一，我国铁矿、煤矿等大宗货物必须依靠铁路运输的方式进行流通。经济的迅速增长拉动了货运量的猛增，倘若运能不足则不能满足货运量增长的需求。发展重载运输可以有效弥补运能不足的缺陷，同时又能降低运输成本、提高生产效率，其创造的经济价值和效益已是有目共睹。目前，我国通用货车的轴重为23t，重载专用货车的轴重也仅为25t，自主研发的大轴重货车已出口到其他国家，其中，包括出口到澳大利亚的40t轴重矿石敞车。因受到机车车辆、轨道线路等相关设施的限制，40t轴重货车还未能在我国既有线路上运行，有关部门正在对其相关技术进行研究。
　　 货车轴重大幅度提高，必然导致轮轨作用力和轮轨磨耗加剧，制动时车轮所承受的摩擦热负荷恶化，这对轨道线路、车辆部件及其装备的使用寿命有严重的影响，对列车的运行品质和安全性能亦是严峻的考验。若这些问题能得以解决，必然有利于铁道车辆综合性能的全面提升。因此，本文以40t轴重矿石敞车为参照对象，就40t轴重货车在踏面制动时，车轮热负荷的变化状态及热负荷对车轮强度的影响情况进行了探索分析。
　　 首先，本文根据我国正在研制的40t轴重货车的相关参数建立了该车动力学计算模型并对其动力学性能进行了计算分析，得到了其直线及曲线动力学性能随速度的变化趋势，该分析结果显示，40t轴重货车合理的最大商业运行速度以不超过80km/h为宜。
　　 在确定了40t轴重货车合理的运行速度之后，进而对其车轮热负荷进行了分析。本文分析了紧急、坡道两种制动条件下车轮温度场和热应力场的变化状态。结果显示，两种条件下温度场的变化趋势各不相同，热应力场始终随温度梯度的变化而变化，车轮踏面是高温地带，踏面和辐板都极易出现高水平的热应力，不同的薄弱位置其三向应力的波动情况也不相同。本文还就四种载荷工况下热载荷对车轮静强度的影响情况进行了深入研究。研究结果发现，新车轮的静强度均满足相关规定，而磨耗到限车轮由于轮辋较薄，紧急制动某些工况的静强度已经不满足相关规定;在此基础上，本文又进一步分析了踏面及辐板两侧不同位置静强度的变化状态，得到了热载荷对不同位置的影响情况。最后，对热载荷和机械载荷综合影响下的车轮疲劳强度进行了评定，分析发现，新车轮的疲劳强度满足要求，而磨耗到限车轮辐板某些部位的疲劳强度已经超过了相关要求。
　　 本文对40t轴重货车的动力学性能进行了基础性计算分析，就制动热负荷对40t轴重货车车轮的影响做了深入的研究，为40t轴重货车在我国的实践运用提供了有益的参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文选题背景

1．2 重载列车发展现状

1．2．1 国外重载列车发展现状

1．2．2 中国重载列车发展现状

1．3 车轮热负荷研究现状

1．4 本文主要工作内容

第2章 40t轴重货车动力学模型

2．1 动力学计算模型

2．2 车辆系统运动方程

2．3 非线性环节的处理方法

2．4 本章小结

第3章 车辆合理运行速度的确定

3．1 动力学性能评定标准

3．2 稳定性计算与分析

3．3 平稳性计算与分析

3．4 直线运行性能计算与分析

3．5 曲线通过性能计算与分析

3．6 本章小结

第4章 基于有限元法的热分析理论

4．1 有限元法

4．2 热分析理论

4．2．1 热传导理论基础

4．2．2 车轮温度场的边界条件

4．2．3 热应力计算理论基础

4．3 本章小结

第5章 车轮瞬时热负荷分析

5．1 车轮建模

5．1．1 车轮材料性能

5．1．2 车轮有限元模型

5．2 瞬时温度场计算和分析

5．2．1 紧急制动

5．2．2 坡道制动

5．3 热应力场计算和分析

5．3．1 紧急制动

5．3．2 坡道制动

5．4 本章小结

第6章 热负荷对强度的影响分析

6．1 载荷工况

6．2 强度评定理论及方法

6．3 计算结果

6．3．1 紧急制动

6．3．2 坡道制动

6．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文