高速道岔辙叉区轮轨瞬态滚动接触分析

摘要

列车高速过岔时对其产生强烈的冲击作用，严重影响道岔的使用寿命。而高速道岔辙叉区因其几何结构变化更为复杂，受到的冲击作用最为明显。为了适应高铁不断提速的现状，有必要探究车轮在辙叉区发生轮载过渡过程中轮轨瞬态滚动接触的变化规律。本文以LMA磨耗型车轮通过18号高速道岔辙叉区为研究对象，采用ANSYS/LS-DYNA建立了考虑辙叉区真实轮轨廓形的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型。模型考虑了材料的弹塑性本构关系，在时域内体现了真实情况下车轮通过辙叉区的轮轨滚动接触行为。主要工作和结论如下：　　车轮以300km/h的速度过辙叉区时，轮载过渡始于心轨顶宽24.2mm处，并在心轨顶宽38.2mm处过渡完成；车轮通过辙叉区翼轨中心线偏折点时会发生较大的轮轨减载情况，翼轨轮轨力、接触应力、等效应力和轮轨接触滑动区面积占比均相应减小；等效塑性应变仅出现在心轨顶宽26.2mm位置以后，在轮载过渡过程中塑性应变逐渐增大，在轮载过渡完成时达到最大值0.0135，翼轨未出现塑性应变。翼轨垂向位移在车轮达到稳态滚动时达到最大值1.5mm，经过翼轨中心线偏折点后翼轨位移有所减小，心轨垂向位移在轮载过渡完成时达到最大值1.7mm。　　车轮过岔速度越大，心轨上轮载过渡的位置越靠后，轮轨之间受到的冲击作用越明显，轮轨接触应力及塑性应变均相应增大；心轨和翼轨的垂向位移随车轮过岔速度的增加而减小，但相差不大；车轮以较小的速度过岔时，心轨轮轨的粘着性能较好，有利于减小辙叉区轮轨的磨损和冲击作用。　　辙叉区扣件系统刚度越大，轮载过渡发生的位置越靠后，但对轮轨力和接触应力的影响不大；对比等效应力和塑性应变发现，当翼轨和心轨扣件系统刚度分别为25kN/mm与30kN/mm时，车辆通过辙叉区心轨所受到的磨损最小；扣件系统刚度越大，辙叉区轮载过渡过程中心轨和翼轨的位移越小。　　车轮以不同牵引系数过岔时，对轮轨垂向力、轮轨接触应力和钢轨垂向位移影响较小；轮轨纵向力、等效应力、等效塑性应变、0.01以上较大塑性应变的分布范围以及心轨上接触斑滑动区面积占比均因牵引系数的增加而增大，因此车辆加速过岔会加剧钢轨的磨损。

目录

声明

第1 章 绪论

1.1 研究背景

1.2 轮轨瞬态滚动接触研究现状

1.3 辙叉区轮轨瞬态滚动接触研究现状

1.4 本文主要内容

第2 章 高速道岔辙叉区三维显式有限元模型

2.1 模型的几何参数

2.2 三维有限元模型

2.2.1 模型概述

2.2.2 数值模拟过程

2.3 模型参数

2.4 本章小结

第3 章辙叉区轮轨接触分析

3.1 轮轨力

3.2 接触应力

3.3 等效应力和等效塑性应变

3.4 轮轨接触粘滑分布

3.5 钢轨垂向位移

3.6 本章小结

第4 章车轮过岔影响因素分析

4.1 车轮速度对车轮过岔的影响

4.2扣件垂向刚度对车轮过岔的影响

4.2.1 轮轨力

4.2.2 接触应力

4.2.3 等效应力和等效塑性应变

4.2.4 粘滑分布

4.2.5 钢轨垂向位移

4.3 牵引系数对车轮过岔的影响

4.3.1 轮轨力

4.3.2 接触应力

4.3.3 等效应力和等效塑性应变

4.3.4 粘滑分布

4.3.5 钢轨垂向位移

4.4 本章小节

结论与展望

1.主要结论

2.工作展望

致谢

参考文献