铁路货车参数对车轮磨耗影响的仿真研究.pdf

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1、第34卷，第5期中国铁道科学Vo1．34No．520l3年9月CHINARAILWAYSCIENCESeptember，2013文章编号：1001—4632(2013)05—0100—08铁路货车参数对车轮磨耗影响的仿真研究孙树磊，丁军君，黄运华，李芾(西南交通大学机械工程学院，四川成都610031)摘要：为研究铁路货车参数对车轮磨耗的影响，在确定车轮磨耗仿真原理的基础上，采用轮轨半赫兹接触模型、FASTSIM算法和修正后的Zobory车轮磨耗模型以及车辆～轨道系统动力学模型建立车轮磨耗预测模型，仿真研究转向架结构型式、一系定位刚度和轴距以及车轮直径、车速对车轮磨耗的影

2、响。结果表明：与装用摆动式和交叉支撑转向架相比，装用径向转向架能有效地减轻轮缘磨耗，并能增加车轮段修磨耗寿命；一系纵向定位刚度从9MN·m增加到21MN·m_1后，车轮段修磨耗寿命减少33，轮缘磨耗增加124．7％；轴距从1．6m增大到2．4m后，车轮段修磨耗寿命减少36．6，轮缘磨耗增加180．2；车速从60km·h增加到120km·h_1时，车轮段修磨耗寿命降低45．o，磨耗面积增加74．2；车轮直径从800min增加到915iTlrn后，车轮段修磨耗寿命增加30．5，轮缘磨耗减小20．1，因此增大车轮直径可以减小大轴重货车的车轮磨耗。关键词：车轮磨耗；货车参数；半

3、赫兹接触理论；车轮段修磨耗寿命；轮缘磨耗；磨耗面积中图分类号：U272：U270．331．1文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4632．2013．05．15为了对铁道车辆或者轨道的设计参数进行优磨耗的影响，为以达到减轻轮轨磨耗为目的货车参化，常常需要知道车辆或轨道某单一参数对车轮磨数优化提供理论依据。耗的影响。国内外学者对车轮磨耗展开了深人的研究，Zobory和Jendel在试验的基础上分别建立了车轮磨耗预测模型车轮磨耗模型并进行仿真，但没有计算完整的车轮磨耗寿命_1七；Magel对新设计的AMTK-NRCC车轮磨耗是一个长期的过程，如果采用

4、轮轨试车轮型面进行磨耗仿真，较Amtrak标准车轮型面验机或者现场试验的方法不仅增加成本，还会延长能使轮缘磨耗减小259／6[。；Braghin模拟了产品的研发周期，因此对车轮磨耗进行仿真和预测ETR5O0车轮型面的车轮磨耗，结果表明该车轮在非常必要。运行20万km时进行镟修可以使车轮寿命提高21．1车轮磨耗仿真原理倍_4；常崇义利用有限元模型对车轮磨耗进行数值车辆在实际运行过程中，由于车辆动力学响应模拟_5；Pombo利用车轮磨耗仿真研究了转向架导致车轮发生磨耗，使车轮踏面形状一直在发生变一系定位刚度和车轮踏面锥度等对车轮磨耗率的影化，并且车轮踏面形状的变化反过来又会

5、影响车辆响，但没有研究这些参数对车轮磨耗寿命的影的动力学性能，因此在车轮磨耗仿真中需要模拟车响_6；丁军君基于蠕滑机理对车轮磨耗寿命进行预轮踏面的连续变化过程。测，并根据实测结果对Zobory磨耗模型进行了车轮磨耗仿真的流程如图1所示。由图1可修正。见：在进行车轮磨耗仿真时，首先根据车辆参数和尽管国内外学者在车轮磨耗仿真方面进行了大线路条件建立车辆一轨道多体动力学模型，通过动量的研究，但尚未展开车辆参数对车轮磨耗寿命影力学仿真得到轮轨滚动接触参数，结合车轮磨耗模响的研究。本文基于轮轨蠕滑机理建立车轮磨耗仿型得到踏面上磨耗深度的分布规律；然后进行踏面真模型，系统研究转向架

6、的结构型式、一系定位刚更新，得到磨耗后的车轮踏面；最后再将磨耗后的度和轴距及车轮直径、车速等铁路货车参数对车轮车轮踏面形状返回车辆一轨道多体动力学模型进行收稿日期：2012—11—20；修订日期：2013—06—13基金项目：国家‘八六三”计划项目(2008AA030706)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(SWJTU12CX041)作者简介：孙树磊(1985一)，男，山东日照人，博士研究生。第5期铁路货车参数对车轮磨耗影响的仿真研究1O1动力学计算，使整个仿真过程不断迭代，直到满足式中：h为第i个条带处轮轨的渗入量；ho为母要求为止。带处轮轨的渗入量。第i个条

7、带的纵向半轴长为口一√V粤(4)第i个条带的法向力F为F一2(5)r(1一)e～图1车轮磨耗仿真流程其中，1．2轮轨滚动接触模型一丝堕r(+％)轮轨滚动接触是使车轮发生磨耗和滚动接触疲式中：为每个条带上的接触参数；G为弹性模劳破坏的根源，因此也一直是轮轨磨耗仿真中的研量；为泊松比。究重点。轮轨的滚动接触可以分为法向接触和切向为比较不同接触理论下的接触斑形状，根据式接触，法向接触包括轮轨接触斑形状和法向接触应(1)一式(4)所示的半赫兹接触理论及赫兹接触力，切向接触包括蠕滑力和接触斑内黏滑区分布。理论分别计算得到新车轮和磨耗后车轮的轮轨接触