轮轨踏面摩擦调控对轮轨动力效应的影响研究

摘要

随着我国机车不断提速，以及重载铁路的大面积开行，钢轨伤损问题更加突出，钢轨踏面的波浪磨损和疲劳剥离是最常见的钢轨伤损模式，钢轨伤损不仅会大大缩短钢轨的使用寿命而且会对铁路的行车安全产生严重的影响，一直受到国内外铁路行业的普遍关注。随着轮轨润滑技术以及轮轨蠕滑理论研究的深入，开始尝试对轮轨踏面进行润滑与摩擦控制，使得轮轨间达到中等摩擦因数，在不降低牵引制动需要的粘着系数下，延缓钢轨的伤损。轮轨踏面摩擦调控技术作为一种新的概念被提出，并在重载货运线路不断得到应用，结果表明，轮轨踏面摩擦调控可改善轮轨接触状态，有效抑制钢轨波浪磨耗，减缓轨面磨损和疲劳剥离，延长钢轨使用寿命。然而目前国内外对于踏面摩擦调控技术的作用机理并没有形成统一的认识，也没有系统的研究轮轨踏面摩擦调控技术对于轮轨动力效应的影响。
　　本文主要从实验和仿真两个方面，研究了轮轨踏面实施摩擦调控对轮轨动力效应的影响规律。借助Kalker关于“三体”模型的理论，建立了接触区存在固体润滑膜的“三体全膜润滑”轮轨滚动接触模型，并等效处理成两体滚动接触模型，以SIMPACK为数值计算平台，建立带柔性轨道的四编组列车动力学模型，采用实际运营线路为轨道参数，分别仿真计算了重载货运线、地铁站场线路条件下，干摩擦和轨面摩擦调控两种工况轮轨动力效应，并与线路试验结果进行对比分析，探究轨面摩擦调控技术对于减缓钢轨波磨和疲劳剥离的影响机理。在此基础上，进一步研究了轨面摩擦调控技术对于重载线路曲线通过的影响，对缓解地铁站场尖啸噪声的效用，以及对大铁、地铁等不同轨道线路条件下脱轨问题的影响规律。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 轮轨摩擦调控技术

1．2．1 机车轮缘润滑技术

1．2．2 轮轨踏面(轨顶)摩擦调控技术

1．3 轮轨踏面摩擦调控技术应用

1．3．1 国外摩擦调控技术应用现状

1．3．2 国内摩擦调控技术应用现状

1．4 轮轨踏面摩擦调控技术研究

2 轮轨踏面摩擦调控对轮轨滚动接触力学的影响研究

2．1 接触力学

2．1．1 Hertz接触理论

2．1．2 Carter和Kalker滚动接触理论

2．1．3 轮轨接触区存在“第三介质”滚动接触理论

2．1．4 轮轨接触区存在固体润滑膜的“三体全膜润滑”滚动接触模型

2．2 “三体全膜润滑”模型的轮轨动力学分析

2．2．1 轨道／车辆耦合动力学

2．2．2 SIMPACK多体动力学仿真

2．2．3 “三体全膜润滑”模型的轮轨动力学仿真建模

2．2．4 “三体全膜润滑”模型的轮轨动力学计算及对比分析

2．3 轮轨踏面摩擦调控技术重载线路试验

2．3．1 试验目的

2．3．2 试验内容

2．3．3 试验设备

2．3．4 试验结果

2．3．5 试验分析

2．4 轮轨摩擦调控与钢轨波浪磨耗关系分析

2．5 轮轨摩擦调控与钢轨接触疲劳关系分析

2．6 本章小结

3 轮轨踏面摩擦调控对曲线轮轨噪声的影响研究

3．1 轮轨噪声

3．1．1 轮轨噪声产生

3．1．2 轮轨噪声种类

3．1．3 轮轨噪声控制

3．2 地铁站场轮轨摩擦调控试验

3．2．1 试验目的

3．2．2 试验要求

3．2．3 试验条件

3．2．4 试验方案

3．2．5 试验结果

3．2．6 结果分析

3．2．7 试验结论

3．3 地铁车辆站场噪音仿真分析

3．3．1 地铁轮对动力学建模

3．3．2 地铁转向架动力学建模

3．3．3 地铁车辆动力学建模

3．4 本章小结

4 轮轨踏面摩擦调控对曲线通过的影响研究

4．1 研究机车车辆曲线通过的意义

4．2 曲线通过理论

4．2．1 几何曲线通过和动力曲线通过

4．2．2 稳态曲线通过和动态曲线通过

4．2．3 轮缘导向和蠕滑导向

4．2．4 动力曲线通过理论研究

4．3 轮轨踏面摩擦调控下列车曲线通过仿真分析

4．3．1 轨道车辆动力学模型

4．3．2 仿真计算工况

4．3．3 加速度对比分析

4．3．4 横向力对比分析

4．3．5 自旋蠕滑率对比分析

4．3．6 磨耗对比分析

4．4 本章小结

5 轮轨踏面摩擦调控对脱轨系数的影响研究

5．1 机车车辆脱轨理论

5．2 轮轨踏面摩擦调控下机车车辆脱轨系数仿真分析

5．2．1 仿真计算模型及工况条件

5．2．2 大秦试验线脱轨系数对比仿真计算

5．2．3 侯月试验线脱轨系数对比仿真计算

5．2．4 城轨线路脱轨系数对比仿真计算

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 建立接触区存在固体润滑膜的“三体全膜润滑”滚动接触模型

6．2 轮轨踏面摩擦调控对轮轨作用力及钢轨伤损的影响

6．3 轮轨踏面摩擦调控对地铁车辆曲线噪音的影响

6．4 轮轨踏面摩擦调控对机车车辆曲线通过状态的影响

6．5 轮轨踏面摩擦调控对机车车辆脱轨系数的影响

6．6 展望

参考文献

作者简历及科研成果清单

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