轮轨滑动摩擦磨损试验与仿真研究
发布时间：2021-07-02 17:55
轮轨系统作为列车行驶的关键系统,对列车的可靠性、稳定性以及舒适性有着十分重要的作用,轮轨摩擦磨损问题也一直被国内外研究人员所关注。列车行驶在大段坡道或者启动时会出现车轮打滑的现象,车轮打滑时对轮轨造成严重的擦伤甚至变形。进一步探究轮轨滑动时的磨耗问题,对提高轮轨材料耐磨性、了解打滑时轮轨间的应力状态有着重要的意义。本文对轮轨试样进行滑动摩擦磨损试验,分析试验参数对摩擦磨损的影响,在ABAQUS软件中建立三维轮轨接触有限元模型,分析仿真参数对轮轨滑动时轮轨间的应力状态与磨损的变化规律,主要研究工作如下:（1）对列车在行驶过程中车轮出现滑动的情况,基于MRH-5高速摩擦试验机,对ER8与CL60两种车轮材料与U71Mn钢轨开展滑动摩擦磨损试验,对干摩擦、水以及水沙混合物三种摩擦介质、不同压力、转速下轮轨试样开展滑动摩擦磨损试验,为分析摩擦系数、温度、磨痕轮廓、磨损以及磨损形貌的变化规律做准备。（2）根据环-块滑动摩擦磨损试验结果,对摩擦系数、温度、磨痕轮廓、磨损以及磨损形貌的变化进行分析,得到不同摩擦介质（干摩擦、水及水沙混合物）、压力和转速对滑动摩擦磨损试验的影响规律;根据试验得到的磨损...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２收集钢轨表面磨屑??Ｆｉｇ．?２．２?Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ?ｒａｉｌ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｗｅａｒ?ｄｅｂｒｉｓ??选取磨屑试样上不同位置处进行成分分析，选取的位置如图２．３所示
?第二章轮轨材料摩擦磨损试验???孔内，用来记录试验中环块摩擦副的温度变化，探宄各因素对环－块试样摩擦磨损影响??的规律。试验试验安装如图２．４所示，试验中压力施加在块试样，环试样根据试验机设??定的转速旋转，块试样表面与环试样外圆发生摩擦。??表２．２钢轨表面磨屑元素成分??Ｔａｂｌｅ?２．２?Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｗｅａｒ?ｄｅｂｒｉｓ?ｏｎ?ｒａｉｌ?ｓｕｒｆａｃｅ??重量百分比／％?原子百分比／％?重量百分比／％?原子百分比／％??０Ｋ?４１．３６?６８．５６?ＣＫ?８３８?１９．２１??Ａ１Ｋ?１．３４?１．３２?０?Ｋ?２５．２９?４３．５１??ＳｉＫ?５．７２?５．４０?Ａ１?Ｋ?１．５４?１．５７??ＫＫ?０．３２?０．２２?Ｓｉ?Ｋ?７．１６?７．０１??ＣａＫ?１．４４?０．９５?Ｃａ?Ｋ?２．１９?１．５１??ＭｎＫ?０．７７?０．３７?Ｍｎ?Ｋ?０．７１?０．３６??ＦｅＫ?４６．７３?２２．１９?Ｆｅ?Ｋ?５２．５９?２５．９１??ＣｕＫ?０．８０?０．３３?ＣｏＫ?０．５０?０．２３??ＺｎＫ?０．６７?０．２７?ＣｕＫ?０．８３?０．３６??麵??图２．４试验试件安装示意图??Ｆｉｇ．２．４?Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ｓｐｅｃｉｍｅｎ??１１??
，因为沙子硬度较大，沙子会将接触界面间形成的氧化膜破坏，氧化膜在形成、??破坏中交替循环，因而使得摩擦系数会有相对于只有水润滑时存在较大幅度的变化。??°＇７［?水沙混合物??Ｚ干摩擦??＇ｆ?＇?１?！?＇ｉ?Ｉ?＇＇＇?１?＼?，??水??〇?Ｉ?．?Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ?．?里?■?Ｉ?■?里?■?１?▲?１?－?—■?１??０?２００?４００?６００?ＢＯＯ?１０００?１２００?１４００?１６００?１８００??时间（Ｓ）??图３．１不同摩擦介质下的摩擦系数曲线（ＥＲ８＞??Ｆｉｇ．?３．１?Ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ?ｃｕｒｖｅｓ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?（ＥＲ８）??０．７?ｒ?，?＇?干摩擦??、Ｉ?■?■??ｒ．．．?’‘?ｒ??°．４．?１??°－３?－?＾?水水沙混合物??〇?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００?１６００?１８００??时间（Ｓ）??图３．２不同摩擦介质下的摩擦系数曲线（ＣＬ６０）??Ｆｉｇ．?３．２?Ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ?ｃｕｒｖｅｓ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?（ＣＬ６０）??（２）温度分析??图３．３为Ｕ７１Ｍｎ／ＥＲ８摩擦副在不同摩擦介质下温度变化对比，从图中可以看出，??在改变摩擦介质后温度变化明显。干摩擦下所达到的温度最大值最大，水沙混合物参与??时其次，只有水参与摩擦时温度最低。虽然试验中有水的参与，从图中仍可以看出在试??验开始时温度上升最快，干摩擦时温
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮轨材料滑动摩擦磨损试验[J]. 巩友飞,王良璧. 河南科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]地铁曲线段轮轨接触三维有限元分析[J]. 王晨阳,赵吉中,徐祥,阚前华. 四川理工学院学报(自然科学版). 2018(02)
[3]高速列车轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展的有限元研究[J]. 王天博. 科学技术创新. 2018(08)
[4]不同轴重下轮轨损伤行为研究[J]. 刘吉华,翟玉江,陈水友,刘启跃. 五邑大学学报(自然科学版). 2017(04)
[5]地铁直线段轮对横移量对轮轨磨耗的影响[J]. 张璘,刘佳欢,张军,孙传喜. 大连交通大学学报. 2017(05)
[6]高速车轮材料与U71MnG钢轨材料的摩擦磨损试验[J]. 周韶博,张银花,张关震,师陆冰,王文健. 铁道建筑. 2017(09)
[7]不同轴重下轮轨损伤特性试验研究[J]. 申鹏,曹会琼,王晓阳,陈水友. 机械设计与制造. 2017(08)
[8]轮轨接触磨损与裂纹产生机制的有限元模拟[J]. 李国斌,邝卫华. 湖南有色金属. 2017(03)
[9]基于滑差率分析的轮轨材料摩擦磨损特性研究[J]. 吴国新,徐小力,蒋章雷,左云波. 电子测量与仪器学报. 2016(10)
[10]不同牵引制动工况下轮轨接触有限元分析[J]. 张军,刘佳欢. 北京建筑大学学报. 2016(03)
博士论文
[1]轮轨材料滚动磨损和接触疲劳损伤行为的试验研究[D]. 刘吉华.西南交通大学 2016
硕士论文
[1]基于有限元方法的钢轨磨耗机理及其应用研究[D]. 张辉.石家庄铁道大学 2017
[2]CRH5型动车组轮轨滚动接触行为及疲劳寿命研究[D]. 杨大巍.兰州理工大学 2017
[3]CRH5型动车组轮轨磨损及疲劳性能研究[D]. 杨柳青.浙江理工大学 2016
[4]高浓度过氧化氢条件下材料的环块滑动摩擦磨损试验研究[D]. 李解.机械科学研究总院 2008
[5]轮轨滚动接触过程的有限元分析[D]. 李群.燕山大学 2007
本文编号：3260941
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２收集钢轨表面磨屑??Ｆｉｇ．?２．２?Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ?ｒａｉｌ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｗｅａｒ?ｄｅｂｒｉｓ??选取磨屑试样上不同位置处进行成分分析，选取的位置如图２．３所示
?第二章轮轨材料摩擦磨损试验???孔内，用来记录试验中环块摩擦副的温度变化，探宄各因素对环－块试样摩擦磨损影响??的规律。试验试验安装如图２．４所示，试验中压力施加在块试样，环试样根据试验机设??定的转速旋转，块试样表面与环试样外圆发生摩擦。??表２．２钢轨表面磨屑元素成分??Ｔａｂｌｅ?２．２?Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｗｅａｒ?ｄｅｂｒｉｓ?ｏｎ?ｒａｉｌ?ｓｕｒｆａｃｅ??重量百分比／％?原子百分比／％?重量百分比／％?原子百分比／％??０Ｋ?４１．３６?６８．５６?ＣＫ?８３８?１９．２１??Ａ１Ｋ?１．３４?１．３２?０?Ｋ?２５．２９?４３．５１??ＳｉＫ?５．７２?５．４０?Ａ１?Ｋ?１．５４?１．５７??ＫＫ?０．３２?０．２２?Ｓｉ?Ｋ?７．１６?７．０１??ＣａＫ?１．４４?０．９５?Ｃａ?Ｋ?２．１９?１．５１??ＭｎＫ?０．７７?０．３７?Ｍｎ?Ｋ?０．７１?０．３６??ＦｅＫ?４６．７３?２２．１９?Ｆｅ?Ｋ?５２．５９?２５．９１??ＣｕＫ?０．８０?０．３３?ＣｏＫ?０．５０?０．２３??ＺｎＫ?０．６７?０．２７?ＣｕＫ?０．８３?０．３６??麵??图２．４试验试件安装示意图??Ｆｉｇ．２．４?Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ?ｓｋｅｔｃｈ?ｏｆ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ｓｐｅｃｉｍｅｎ??１１??
，因为沙子硬度较大，沙子会将接触界面间形成的氧化膜破坏，氧化膜在形成、??破坏中交替循环，因而使得摩擦系数会有相对于只有水润滑时存在较大幅度的变化。??°＇７［?水沙混合物??Ｚ干摩擦??＇ｆ?＇?１?！?＇ｉ?Ｉ?＇＇＇?１?＼?，??水??〇?Ｉ?．?Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ?．?里?■?Ｉ?■?里?■?１?▲?１?－?—■?１??０?２００?４００?６００?ＢＯＯ?１０００?１２００?１４００?１６００?１８００??时间（Ｓ）??图３．１不同摩擦介质下的摩擦系数曲线（ＥＲ８＞??Ｆｉｇ．?３．１?Ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ?ｃｕｒｖｅｓ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?（ＥＲ８）??０．７?ｒ?，?＇?干摩擦??、Ｉ?■?■??ｒ．．．?’‘?ｒ??°．４．?１??°－３?－?＾?水水沙混合物??〇?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００?１６００?１８００??时间（Ｓ）??图３．２不同摩擦介质下的摩擦系数曲线（ＣＬ６０）??Ｆｉｇ．?３．２?Ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ?ｃｕｒｖｅｓ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?（ＣＬ６０）??（２）温度分析??图３．３为Ｕ７１Ｍｎ／ＥＲ８摩擦副在不同摩擦介质下温度变化对比，从图中可以看出，??在改变摩擦介质后温度变化明显。干摩擦下所达到的温度最大值最大，水沙混合物参与??时其次，只有水参与摩擦时温度最低。虽然试验中有水的参与，从图中仍可以看出在试??验开始时温度上升最快，干摩擦时温
【参考文献】：
期刊论文
[1]轮轨材料滑动摩擦磨损试验[J]. 巩友飞,王良璧. 河南科技大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]地铁曲线段轮轨接触三维有限元分析[J]. 王晨阳,赵吉中,徐祥,阚前华. 四川理工学院学报(自然科学版). 2018(02)
[3]高速列车轮轨滚动接触疲劳裂纹扩展的有限元研究[J]. 王天博. 科学技术创新. 2018(08)
[4]不同轴重下轮轨损伤行为研究[J]. 刘吉华,翟玉江,陈水友,刘启跃. 五邑大学学报(自然科学版). 2017(04)
[5]地铁直线段轮对横移量对轮轨磨耗的影响[J]. 张璘,刘佳欢,张军,孙传喜. 大连交通大学学报. 2017(05)
[6]高速车轮材料与U71MnG钢轨材料的摩擦磨损试验[J]. 周韶博,张银花,张关震,师陆冰,王文健. 铁道建筑. 2017(09)
[7]不同轴重下轮轨损伤特性试验研究[J]. 申鹏,曹会琼,王晓阳,陈水友. 机械设计与制造. 2017(08)
[8]轮轨接触磨损与裂纹产生机制的有限元模拟[J]. 李国斌,邝卫华. 湖南有色金属. 2017(03)
[9]基于滑差率分析的轮轨材料摩擦磨损特性研究[J]. 吴国新,徐小力,蒋章雷,左云波. 电子测量与仪器学报. 2016(10)
[10]不同牵引制动工况下轮轨接触有限元分析[J]. 张军,刘佳欢. 北京建筑大学学报. 2016(03)
博士论文
[1]轮轨材料滚动磨损和接触疲劳损伤行为的试验研究[D]. 刘吉华.西南交通大学 2016
硕士论文
[1]基于有限元方法的钢轨磨耗机理及其应用研究[D]. 张辉.石家庄铁道大学 2017
[2]CRH5型动车组轮轨滚动接触行为及疲劳寿命研究[D]. 杨大巍.兰州理工大学 2017
[3]CRH5型动车组轮轨磨损及疲劳性能研究[D]. 杨柳青.浙江理工大学 2016
[4]高浓度过氧化氢条件下材料的环块滑动摩擦磨损试验研究[D]. 李解.机械科学研究总院 2008
[5]轮轨滚动接触过程的有限元分析[D]. 李群.燕山大学 2007
本文编号：3260941
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