高速列车车轮异常磨耗对动态脱轨过程影响

摘要

随着我国高速列车运营里程和时间的累加，线路上相继出现了部分高速列车车轮异常磨损状况，不可避免地会影响轮轨几何关系和相互作用，进而降低车辆运行安全性、稳定性等动力学性能，若造成脱轨事故的发生，将会严重影响交通运输秩序以及对乘客的心理造成创伤，因此针对高速列车实际运营过程中出现的车轮异常磨耗问题，研究其对脱轨安全豹影响程度是很有必要的。
　　文中仿真计算采用的是高速列车刚柔耦合动力学模型，为了能模拟出高速列车在曲线段脱轨过程，在车体重心处施加了致使轮对脱轨的横向外载荷，以分析脱轨过程中轮对动态行为及轮轨作用表现，并引入轮轨相对横移函数及脱轨危险系数来直观判断轮对脱轨危险程度。利用合适的动态脱轨评价方法，详细分析了车轮型面损伤对高速列车动态脱轨的影响。最后研究了侧滚力矩、横向力作用位置和运行速度对标准车轮和磨耗车轮动态脱轨影响程度。
　　本文得到如下结果和结论:
　　(1)车轮踏面磨耗、同相踏面偏磨和反相踏面偏磨三种磨耗形式中，同相踏面偏磨车轮的蛇行失稳非线性临界速度最低，反相踏面偏磨车轮最高。轨道不平顺幅值不仅明显降低了非线性临界速度，还增大了轮对蛇行运动的横向位移和速度的极值，对高速列车在直线上的横向运动稳定性的影响是很显著的。
　　(2)文中计算的特定的车轮踏面磨耗、轮缘磨耗、偏磨以及车轮不圆磨耗对高速列车曲线上动态脱轨影响中，踏面磨耗量在1.4 mm以内的磨耗车轮影响不明显，而轮缘磨耗的影响是最显著的，尤其当轮缘磨耗量达到3.5 mm时，在同样的脱轨极限工况作用下，轮缘磨耗最严重的车轮构成的全磨耗车轮以及同相轮缘偏磨两种工况最先发生脱轨，且同相偏磨对轮对动态行为的影响作用稍大。
　　(3)在评价车轮磨耗对高速列车脱轨安全性影响时，建议使用轮对横移量和脱轨危险系数指标更准确;在评价车轮不圆磨耗对高速列车脱轨安全影响时，建议着重使用脱轨系数和轮重减载率判断，辅以轮对横移量和脱轨危险系数描述。
　　(4)在文中两种极端脱轨工况作用下发现，随着列车运行速度的提高，造成轮对脱轨的最大横向外力值会降低，即更容易脱轨，且轮缘磨耗车轮表现的更加敏感;而导致轮对发生脱轨的最大侧滚力矩值会升高，即更不容易出现脱轨现象，且在同一种侧滚力矩作用下，标准车轮较轮缘磨耗车轮更容易发生脱轨。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 近年高速列车脱轨事故

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文研究路线和主要工作

第2章 车辆刚柔耦合动力学模型建立及现场调研

2．1 柔性轮对建模

2．1．1 轮对有限元模型

2．1．2 车辆动力学模型

2．2 车辆刚柔耦合动力学模型和刚性模型对比

2．2．1 轮对振动加速度响应

2．2．2 轮轨力和横向运动稳定性

2．2．3 车轮多边形激励

2．3 高速列车车轮异常磨耗跟踪测试结果

2．3．1 车轮不圆磨耗跟踪测试

2．3．2 车轮磨耗跟踪测试

2．4 本章小结

第3章 动态脱轨判别准则和横向运动稳定性研究

3．1 轮对动态脱轨判别准则

3．1．1 轮轨接触位置

3．1．2 轮轨相对位移

3．1．3 脱轨危险系数

3．2 动态脱轨准则在车辆动态脱轨过程中的应用

3．2．1 不同轮轨型面匹配脱轨危险系数计算过程

3．2．2 动态脱轨准则在高速列车动态脱轨研究中的应用

3．3 高速列车横向运动稳定性

3．3．1 轨道不平顺幅值的影响

3．3．2 车轮踏面磨耗的影响

3．4 本章小结

第4章 车轮异常磨耗对高速列车动态脱轨影响

4．1 实测车轮磨耗对高速列车动态脱轨的影响

4．1．1 磨耗轮与钢轨接触关系

4．1．2 踏面磨耗对动态脱轨影响

4．1．3 轮缘磨耗对动态脱轨影响

4．1．4 车轮偏磨对动态脱轨影响

4．2 车轮多边形对高速列车动态脱轨影响

4．2．1 车轮多边形阶数的影响

4．2．2 车轮多边形波深的影响

4．2．3 车轮多边形相位差的影响

4．3 本章小结

第5章 高速列车动态脱轨的其他影响因素研究

5．1 侧滚力矩作用的影响

5．2 横向力作用位置的影响

5．4 列车运行速度的影响

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目