重载货车轮轨磨耗研究

论文摘要

随着我国铁路货运量的迅速增长,重载运输已成为我国铁路货运的发展方向。然而,随着列车重量的增加,大功率内燃、电力机车的使用以及大轴重货车的投入运营,导致轮轨磨损日益严重。轮轨磨损不仅从小半径曲线扩大到大半径曲线,而且磨损率也在日益加剧。车轮和钢轨的维修及更换周期大大缩短,不仅使铁路运输成本增加,而且还对铁路正常运输带来一定的影响。轮轨磨损是轮轨系统所不可避免的,引起轮轨磨损的机理复杂。研究表明,轮轨磨损是多种因素综合作用的结果,而重载货车转向架性能对轮轨的磨损起着重要的作用。因此,研究和分析重载货车转向架的轮轨磨耗,将有利于降低运输成本,减少环境污染和提高货物的运输效率,对我国重载运输事业的发展具有一定的现实意义。本文综述了国内外重载运输的发展及现状,分析了重载运输引起轮轨动作用力变大、轮轨磨损加剧等问题。然后,对轮轨接触关系、磨损机理及评定轮轨磨耗程度所采用的方法进行了简要的分析,并总结了各项指标所适应的前提条件。根据三种重载货车转向架的结构特点,应用多体系统动力学仿真软件SIMPACK建立了各自的动力学仿真模型。在上述分析及建模的基础上,研究了三大件式转向架相关参数对轮轨磨耗的影响,分析了轴重与轮轨磨耗的关系,比较了三种典型的重载货车转向架结构形式对轮轨磨耗的影响;另外,就曲线相关参数对轮轨磨耗的影响进行了分析;最后,采用RCF损伤函数,研究了影响轮轨滚动接触疲劳的主要参数。分析结果表明:轮对纵向定位刚度、心盘、旁承的摩擦系数、三大件转向架的抗菱刚度、曲线半径、欠超高和轨底坡对轮轨磨耗影响较大;轴重增加使得轮轨接触应力增加、轮轨动作用力变大和轮轨磨耗加剧;副构架自导向式径向转向架能够显著地减少轮轨磨耗;曲线半径和转向架特性对钢轨的滚动接触疲劳有较大影响。因此,合理设置悬挂参数和线路参数有利于轮轨磨耗和钢轨滚动接触疲劳的降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国外重载列车发展现状
• 1.2.1 美国
• 1.2.2 加拿大
• 1.2.3 巴西
• 1.2.4 南非
• 1.2.5 澳大利亚
• 1.2.6 其他国家重载运输
• 1.3 我国重载列车的发展
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 轮轨接触几何关系及轮轨磨耗分析
• 2.1 轮轨接触几何关系
• 2.1.1 轮轨接触几何参数和接触状态
• 2.1.2 轮轨接触几何关系
• 2.2 轮轨粘着-蠕滑特性
• 2.3 轮轨磨损机理
• 2.3.1 粘着磨损
• 2.3.2 磨粒磨损
• 2.3.4 疲劳磨损
• 2.3.5 腐蚀磨损
• 2.3.6 车轮轮缘与钢轨侧面的磨损特性
• 2.4 轮轨磨耗评定方法
• 2.4.1 霍依曼（Heumann）磨耗指数
• 2.4.2 马科特、考德威尔和李斯特磨耗指数
• 2.4.3 踏面磨耗指标
• 2.4.4 轮轨接触斑的磨耗功
• 2.4.5 轮轨接触斑的磨耗功率
• 2.4.6 古内姆（Ghonem）和卡路西克（Kalousek）指标
• 2.4.7 英国铁路的“磨耗数”
• 2.5 本章小结
• 第3章 重载货车动力学模型
• 3.1 转向架结构特点分析
• 3.1.1 转K6型转向架结构特点分析
• 3.1.2 转K7型径向转向架结构特点分析
• 3.1.3 Y25型构架式转向架结构特点分析
• 3.2 轮轨系统坐标系
• 3.2.1 轮轨系统坐标系的定义
• 3.2.2 坐标系间的变换关系
• 3.3 动力学仿真模型
• 3.3.1 车辆系统动力学方程
• 3.3.2 货车非线性因素及简化方法
• 3.3.3 建模说明
• 3.4 本章小结
• 第4章 货车转向架结构参数对轮轨磨耗的影响
• 4.1 轮对定位刚度对轮轨磨耗的影响
• 4.1.1 轮对纵向定位刚度对轮轨磨耗的影响
• 4.1.2 轮对横向定位刚度对轮轨磨耗的影响
• 4.2 心盘及旁承摩擦系数对轮轨磨耗的影响
• 4.3 中央悬挂对轮轨磨耗的影响
• 4.4 三大件转向架抗菱刚度对轮轨磨耗的影响
• 4.5 轴重对轮轨磨耗的影响
• 4.6 三种结构形式的转向架轮轨磨耗比较
• 4.6.1 Y25构架式转向架通过曲线时的轮轨相互作用
• 4.6.2 转K6三大件式转向架通过曲线时的轮轨相互作用
• 4.6.3 转K7自导向式径向转向架通过曲线时的轮轨相互作用
• 4.6.4 三种转向架通过曲线时轮轨磨耗特性比较
• 4.7 本章小结
• 第5章 曲线相关参数对轮轨磨耗的影响
• 5.1 曲线半径对轮轨磨耗的影响
• 5.2 轨道结构几何参数对轮轨磨耗的影响
• 5.2.1 欠超高对轮轨磨耗的影响
• 5.2.2 轨底坡对轮轨磨耗的影响
• 5.3 本章小节
• 第6章 影响钢轨滚动接触疲劳的参数研究
• 6.1 评定方法
• 6.2 曲线半径对RCF的影响
• 6.3 转向架特性对RCF的影响
• 6.4 本章小节
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文