铁路小半径曲线钢轨波磨预测模型及波磨抑制方法的研究
发布时间：2021-10-20 17:55
随着经济水平的提高,国内轨道交通行业得到大力发展,但犹存已久的钢轨波磨问题仍未得到完全解决。钢轨波磨的存在使得列车通过该线路区段时车辆产生强烈的振动,波磨严重地段还会出现尖锐噪声,严重影响乘客乘坐的舒适性。除此之外,钢轨表面的不平顺会改变轮轨接触状态,使车轮对钢轨形成较大冲击,致使车辆和轨道系统受到损坏,严重危害线路和行车安全,铁路相关部门每年都会花费巨大财力用于波磨的消除及新轨的更换。虽然钢轨波磨的研究成果众多,但研究者对钢轨波磨形成机理的认识却各不相同,至今没有提出能够完全消除钢轨波磨的办法,因此正确认识钢轨波磨的形成机理及发展过程,从源头上消除钢轨波磨对于轨道交通行业而言显得非常重要。基于陈光雄教授提出的摩擦耦合自激振动导致钢轨波磨的观点,运用Simpack和Abaqus软件分别建立了小半经曲线轨道上轮轨系统动力学和有限元模型,通过有限元软件提供的复特征值分析方法和瞬时动态分析方法对钢轨波磨现象展开研究,本文主要工作内容及结果如下:（1）运用Simpack软件建立了小半径曲线轨道上轮轨系统动力学模型,探究了轮轨间蠕滑力饱和情况。计算结果显示,在小曲线半径轨道上车辆前转向架导向轮对...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地铁线路钢轨波磨基于对我国城市轨道交通线路钢轨波磨现象的长期调研发现，各个城市不同地铁
西南交通大学硕士研究生学位论文第13页图2-1摩擦系统原理图根据建立的坐标系及节点自由度关系，当系统处于稳态滑移的平衡位置时，系统满足的平衡方程如下：11,2,...,2nijjijKXFim（2-4）121,22,...,4nijjijKXNimmm（2-5）141,42,...,nijjijKXPimmn（2-6）01,2,...,iimFFim（2-7）在上述等式中，K为摩擦系统整体刚度矩阵；X为主从面上节点位移矩阵；F和N分别为节点的摩擦力和法向接触力矩阵；P为外部系统对主从面节点所产生的外力矩阵。假设摩擦系统中滑动面与被接触面始终保持接触，滑动过程中不发生分离，则可以通过建立以下约束方程进行表达：021,22,...,3iimNNimmm（2-8）021,22,...,3iimXXimmm（2-9）由于摩擦系统接触表面不受外力作用，因此节点的前4m个自由度方程式中外力矩阵P会被消去，同时运用有限元方法可以计算得出矩阵K。对于主面上的节点，根据坐标系规定其受到的摩擦力方向始终为正，此时假设主面上节点所受的垂向接触力方向也为正，依据库伦摩擦定律可建立以下公式：21,2,...,iiimFNim（2-10）022/1,2,...,"iiiimiiimvANNim（2-11）
西南交通大学硕士研究生学位论文第26页与现场实测数据对比可能会有比较大的偏差。为了更好地研究钢轨波磨的形成机理，建立精度更高的钢轨波磨预测模型，本文尝试将车轴和车轮分离开来，建立带有摩擦接触属性且设置过盈配合的轮轴接触模型，且分别建立包含整体轮对和轮轴分离两种不同模拟方式的轮轨系统有限元模型。下文将对两种不同模型进行仿真计算，并将计算结果进行分析对比。图3-3小曲线半径轨道轮轨系统接触模型图3-4轮轴接触模型轮轴接触模型如图3-4所示，车轮和车轴接触参数设置如下，其中轮座直径为180mm，一般来说轮轴配合过盈量为轮座直径的0.08%～0.15%[50]，即轮轴过盈量取值范围为0.144mm～0.27mm，本文模型中取轮轴过盈量为0.24mm；轮座和轮毂接触面摩擦系数为0.15。轮轨系统模型其他参数如表3-2所示[51]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小半径曲线段钢轨短波波磨的影响因素分析[J]. 任彤,王安斌,王志强,王金朝,徐宁. 噪声与振动控制. 2018(06)
[2]列车及轨道参数对曲线钢轨波磨影响及防治措施研究[J]. 李克飞,黑勇进,王进,王文斌. 铁道标准设计. 2019(08)
[3]地铁小半径曲线段钢弹簧浮置板轨道的钢轨波磨研究[J]. 李响,任尊松,徐宁. 铁道学报. 2017(08)
[4]轮对结构和扣件刚度对钢轨波磨的影响[J]. 崔晓璐,陈光雄,杨宏光. 西南交通大学学报. 2017(01)
[5]铁路钢轨波浪形磨损研究进展[J]. 金学松,李霞,李伟,温泽峰. 西南交通大学学报. 2016(02)
[6]高速铁路钢轨波磨研究[J]. 姜子清,司道林,李伟,杜香刚. 中国铁道科学. 2014(04)
[7]轮轨摩擦自激振动引起小半径曲线钢轨波磨的瞬态动力学[J]. 陈光雄,钱韦吉,莫继良,朱旻昊. 机械工程学报. 2014(09)
[8]考虑轮轴、盘轴过盈装配的车轴应力分析[J]. 肖乾,徐红霞,李清华,黄碧坤. 机械强度. 2014(01)
[9]地铁小半径曲线钢轨波磨影响因素分析[J]. 王洪刚,肖宏,彭华. 铁道标准设计. 2013(08)
[10]减振轨道形式对地铁曲线上钢轨磨耗影响的仿真[J]. 沈建文,高亮,戴春阳,辛涛. 北京交通大学学报. 2011(04)
博士论文
[1]地铁钢轨波磨成因及其对车辆/轨道行为的影响[D]. 李伟.西南交通大学 2015
[2]铁路轮轨和弓网系统摩擦自激振动瞬态动力学研究[D]. 钱韦吉.西南交通大学 2014
[3]地铁钢轨波磨形成机理研究[D]. 李霞.西南交通大学 2012
[4]钢轨波浪形磨损研究[D]. 温泽峰.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]小曲线半径轨道钢轨波磨产生机理及抑制措施研究[D]. 闫硕.西南交通大学 2018
本文编号：3447348
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地铁线路钢轨波磨基于对我国城市轨道交通线路钢轨波磨现象的长期调研发现，各个城市不同地铁
西南交通大学硕士研究生学位论文第13页图2-1摩擦系统原理图根据建立的坐标系及节点自由度关系，当系统处于稳态滑移的平衡位置时，系统满足的平衡方程如下：11,2,...,2nijjijKXFim（2-4）121,22,...,4nijjijKXNimmm（2-5）141,42,...,nijjijKXPimmn（2-6）01,2,...,iimFFim（2-7）在上述等式中，K为摩擦系统整体刚度矩阵；X为主从面上节点位移矩阵；F和N分别为节点的摩擦力和法向接触力矩阵；P为外部系统对主从面节点所产生的外力矩阵。假设摩擦系统中滑动面与被接触面始终保持接触，滑动过程中不发生分离，则可以通过建立以下约束方程进行表达：021,22,...,3iimNNimmm（2-8）021,22,...,3iimXXimmm（2-9）由于摩擦系统接触表面不受外力作用，因此节点的前4m个自由度方程式中外力矩阵P会被消去，同时运用有限元方法可以计算得出矩阵K。对于主面上的节点，根据坐标系规定其受到的摩擦力方向始终为正，此时假设主面上节点所受的垂向接触力方向也为正，依据库伦摩擦定律可建立以下公式：21,2,...,iiimFNim（2-10）022/1,2,...,"iiiimiiimvANNim（2-11）
西南交通大学硕士研究生学位论文第26页与现场实测数据对比可能会有比较大的偏差。为了更好地研究钢轨波磨的形成机理，建立精度更高的钢轨波磨预测模型，本文尝试将车轴和车轮分离开来，建立带有摩擦接触属性且设置过盈配合的轮轴接触模型，且分别建立包含整体轮对和轮轴分离两种不同模拟方式的轮轨系统有限元模型。下文将对两种不同模型进行仿真计算，并将计算结果进行分析对比。图3-3小曲线半径轨道轮轨系统接触模型图3-4轮轴接触模型轮轴接触模型如图3-4所示，车轮和车轴接触参数设置如下，其中轮座直径为180mm，一般来说轮轴配合过盈量为轮座直径的0.08%～0.15%[50]，即轮轴过盈量取值范围为0.144mm～0.27mm，本文模型中取轮轴过盈量为0.24mm；轮座和轮毂接触面摩擦系数为0.15。轮轨系统模型其他参数如表3-2所示[51]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]小半径曲线段钢轨短波波磨的影响因素分析[J]. 任彤,王安斌,王志强,王金朝,徐宁. 噪声与振动控制. 2018(06)
[2]列车及轨道参数对曲线钢轨波磨影响及防治措施研究[J]. 李克飞,黑勇进,王进,王文斌. 铁道标准设计. 2019(08)
[3]地铁小半径曲线段钢弹簧浮置板轨道的钢轨波磨研究[J]. 李响,任尊松,徐宁. 铁道学报. 2017(08)
[4]轮对结构和扣件刚度对钢轨波磨的影响[J]. 崔晓璐,陈光雄,杨宏光. 西南交通大学学报. 2017(01)
[5]铁路钢轨波浪形磨损研究进展[J]. 金学松,李霞,李伟,温泽峰. 西南交通大学学报. 2016(02)
[6]高速铁路钢轨波磨研究[J]. 姜子清,司道林,李伟,杜香刚. 中国铁道科学. 2014(04)
[7]轮轨摩擦自激振动引起小半径曲线钢轨波磨的瞬态动力学[J]. 陈光雄,钱韦吉,莫继良,朱旻昊. 机械工程学报. 2014(09)
[8]考虑轮轴、盘轴过盈装配的车轴应力分析[J]. 肖乾,徐红霞,李清华,黄碧坤. 机械强度. 2014(01)
[9]地铁小半径曲线钢轨波磨影响因素分析[J]. 王洪刚,肖宏,彭华. 铁道标准设计. 2013(08)
[10]减振轨道形式对地铁曲线上钢轨磨耗影响的仿真[J]. 沈建文,高亮,戴春阳,辛涛. 北京交通大学学报. 2011(04)
博士论文
[1]地铁钢轨波磨成因及其对车辆/轨道行为的影响[D]. 李伟.西南交通大学 2015
[2]铁路轮轨和弓网系统摩擦自激振动瞬态动力学研究[D]. 钱韦吉.西南交通大学 2014
[3]地铁钢轨波磨形成机理研究[D]. 李霞.西南交通大学 2012
[4]钢轨波浪形磨损研究[D]. 温泽峰.西南交通大学 2006
硕士论文
[1]小曲线半径轨道钢轨波磨产生机理及抑制措施研究[D]. 闫硕.西南交通大学 2018
本文编号：3447348
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