有轨电车车轮轮缘异常磨耗成因与缓解措施研究

摘要

随着经济社会的发展，交通拥堵和环境保护等问题日益得到人们的重视。汽车工业发展所带来的问题正促使人们寻找一种更加绿色环保的出行方式。有轨电车以其绿色环保，快速便捷等优点，逐渐成为城市公共交通重要的组成部分。伴随着有轨电车线路的快速建设，一些工程问题也逐渐显露出来。有轨电车线路条件往往比较差，使得车轮踏面磨耗问题突出，特别是当轮轨关系匹配不佳时，容易造成踏面异常磨耗的现象。车轮异常磨耗降低有轨电车的使用寿命，大大增加运营维护成本。　　本文首先阐述了国内外有轨电车的发展现状，并简要叙述了国内外轮轨磨耗研究的发展现状。在这个基础上，根据五模块100%低地板有轨电车的转向架和车体结构特点，利用SIMPACK多体动力学软件建立了五模块100%低地板有轨电车的多刚体动力学模型。基于现场测试结果，分析了有轨电车不同运营里程条件下车轮的磨耗规律，并根据现场观测结果对轮轨表面的接触状态进行了初步分析。基于动力学仿真计算，分析了车轮型面不同磨耗深度条件下的轮轨静态接触关系和动力学性能。研究了摩擦系数对车轮磨耗和车辆动力学性能的影响。根据车轮异常磨耗成因的分析结果，对有轨电车车轮型面进行了优化设计，对比分析了优化型面和原始型面的轮轨接触关系和动力学性能。　　研究结果表明：(1)本文关注的有轨电车车轮踏面主要为轮缘磨耗，且当轮缘磨耗深度达到3mm即轮缘宽度达到21mm时车轮磨耗开始减缓；有轨电车车轮型面和钢轨型面不匹配，接触点对的分布不均匀也不居中，车轮踏面和钢轨存在明显的两点接触现象；(2)车辆磨耗后的动力学性能分析表明，轮缘侧磨深度的增加，轮轨间隙也随之增大，有利于车辆动力学性能的改进以及接触噪声和轮缘磨耗的减缓；(3)轮轨摩擦系数对有轨电车动力学性能和磨耗都有较大影响，随着摩擦系数的增大，车轮磨耗指数大幅增加，即采用涂油等降低轮轨摩擦系数的技术措施能够降低有轨电车轮缘磨耗。(4)本文优化设计的有轨型面改进了轮轨接触状态，优化型面的曲线区段磨耗量、轮轨安全性能、直线稳定性均好于原始型面。

目录

声明

第1 章绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 有轨电车的发展现状

1.2.1 国内有轨电车的发展

1.2.2 国外有轨电车的发展

1.2.3 有轨电车列车结构的发展

1.3 国内外车轮磨耗研究现状

1.4 论文的主要工作

第2 章有轨电车动力学模型及动力学性能评价指标

2.1 有轨电车系统动力学模型

2.1.1 有轨电车物理模型

2.1.2 有轨电车数学模型

2.2 轮轨接触关系模型

2.3 动力学性能评价指标

2.4 本章小结

第 3 章有轨电车车轮磨耗规律分析

3.1 不同运营里程的车轮磨耗规律分析

3.2 基于轮轨接触几何关系的轮缘异常磨耗分析

3.2.1 轮轨表面接触光带分析

3.2.2 标准车轮型面静态接触几何关系分析

3.3 不同磨耗深度型面的轮轨匹配性能分析

3.3.1 不同磨耗深度型面的轮轨接触几何关系分析

3.3.2 不同磨耗深度型面的动力学性能分析

3.4 本章小结

第 4 章轮轨摩擦系数对有轨电车动力学性能的影响分析

4.1 磨耗指数的影响分析

4.2 脱轨系数的影响分析

4.3 轮轨横向力的影响分析

4.4 轮重减载率的影响分析

4.5 横向平稳性指标的影响分析

4.6 垂向平稳性指标的影响分析

4.7 本章小结

第 5 章基于低轮缘磨耗的车轮型面优化设计研究

5.1 某有轨电车车轮型面的低轮缘磨耗优化设计

5.2 优化型面的轮轨接触几何关系分析

5.2.1 轮轨接触点对分析

5.2.2 轮轨几何参数对比

5.2.3 轮轨接触斑局部参量对比

5.3 优化型面的动力学性能分析

5.3.1 直线运行性能

5.3.2 曲线运行性能

5.4 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及参加的科研项目

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