道岔转辙器部分轮轨接触应力分析

摘要

本文在已有的研究成果基础上，以客运专线18号道岔为例，考虑到尖轨断面在逆向进岔方向是不断加宽加高的不规则实体，选取磨耗型踏面车轮，建立起弹性基底约束条件下的道岔区转辙器部分轮轨接触计算模型，对尖轨轨头顶宽20mm-50mm范围内轮载过渡区，车轮贴靠钢轨运行时，尖轨及基本轨的轮轨接触应力进行较为细致的分析，在轮载过渡区，不仅会发生与区间相同的“单点接触”和“两点接触”，有时还会出现“三点接触”，垂向力是以一定的比例从基本轨向尖轨过渡的。 文中对于四个断面的接触应力进行了计算，分别为尖轨顶宽20mm、30mm、40mm、50mm断面，对该区域基本轨、尖轨接触应力的变化进行了比较分析。此外，选取了20mm、50mm两个断面进行了不同参数对轮轨接触应力的影响分析，包括横移量、摩擦系数、轴重、基底约束条件以及轨下基础的横向、垂向支承刚度等。为确定容许过岔速度和改进道岔结构设计提供理论依据。 研究表明，轮轨接触位置即横移量对接触应力的影响最大，其次是轴重。而摩擦系数、基底约束条件及轨下基础的横向、垂向支承刚度对接触应力的影响不明显。在过渡区前端，尖轨的侧磨较为严重，为能使车辆顺利通过曲线，要求车轮踏面有合适的斜度。保证正常状态下车轮与钢轨间不致发生严重磨耗。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1引言

1.2高速道岔现在的主要技术问题

1.3轮轨接触研究国内外现状

1.4本课题的研究内容及现实意义

第2章客运专线1 8号道岔结构理论

2.1 18号道岔结构主要设计参数

2.1.1道岔平面设计理论

2.1.2客运专线道岔平面设计参数标准

2.2 18号道岔的结构设计特征

2.2.1转辙器

2.2.2可动心轨辙叉

2.2.3扣件系统

2.3 18号道岔的刚度合理化设置研究

第3章轮轨接触理论

3.1两弹性体接触的赫兹理论

3.2轮轨局部接触应力的赫兹解

3.3考虑车轮踏面影响轮轨局部接触应力计算

3.4轮轨接触应力的有限元法

3.4.1接触摩擦单元结点接触应力与结点力之间的关系

3.4.2接触面约束条件

3.4.3三维接触单元的等效刚度矩阵和等效荷载向量

3.4.4坐标转换矩阵

3.4.5数值计算的实现

3.5ANSYS有限元法接触理论

3.5.1接触基本理论

3.5.2面—面接触理论

第4章转辙器部分轮轨接触应力分析

4.1尖轨模型的建立

4.2计算所用单元介绍

4.3计算参数选取

4.4基本假定

4.5计算模型的建立

4.6接触应力分析

4.6.1接触应力图

4.6.2基本轨接触应力

4.6.3尖轨接触应力

4.6.4基本轨与尖轨垂向力比例分配

4.7接触斑大小

4.8小结

第5章不同工况下轮轨接触应力分析

5.1横移量的影响

5.2摩擦系数的影响

5.3轴重大小的影响

5.4基底约束条件的影响

5.5不同轨下基础刚度的影响

5.5.1不同横向刚度的影响

5.5.2不同垂向支承刚度的影响

5.6降低值的影响

5.7小结

第6章结论与展望

6.1本文所完成的工作及结论

6.2道岔区轮轨接触研究进一步展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文