重载货车转向架车轮选型研究

论文摘要

随着我国经济的快速发展,对铁路运输能力的要求越来越高。重载运输已成为当今世界铁路货运发展的方向,重载运输所带来的经济效益已经被各国所证实。提高货车轴重是各国发展重载运输一致采用的一项重要手段,长期的实践表明这项措施既可以提高运输能力,又能有效的降低成本。目前,我国重载线路上运行的80t级专用货车的轴重为25t,转向架为转K5、转K6和转K7,其它线路上运行的70t级通用货车的轴重为23t,也还有大量的轴重为21t的D轴货车仍在使用,使得我国货车的轴重与世界上重载运输先进国家相比有较大的差距。因而研制出更大轴重的货运装备是当前最为迫切的任务。车轮作为机车车辆不可或缺的重要承载及行走部件,车轮的可靠与否关系着整个列车的安全。然而,轴重的增加使车轮的使用环境急剧恶化：车轮制动产生的热负荷也急剧增加,轮轨间的动力相互作用更加显著,由此导致的轨道失效、线路状态恶化、货物及车辆设备损坏增多、轮轨磨耗加剧等问题日益明显；上述问题势必会增加维护的成本甚至影响列车运行的安全。因此必须寻求合理的措施解决这些问题来确保重载列车安全、高效的运行：合理的车轮结构对解决这些问题影响巨大。本文将对32.5t轴重货车车轮轮径选择进行研究,并对车轮踏面进行优化。论文通过采用有限元分析软件ANSYS,分析了两种轮径的车轮在紧急制动工况下的温度场和热应力场,结果表明,两种轮径车轮的温度场和热应力场结果相差不大,轮径大小对改善车轮热应力状态不明显。同时分析了车轮的静强度,结果表明新造车轮静强度满足使用要求,磨耗到限车轮超常工况下等效应力超过许用应力,不能够满足使用要求,但是轮径915mm磨耗到限车轮等效应力大大低于轮径840mm磨耗到限车轮。论文利用SIMPACK软件建立了32.5t轴重货车动力学模型,计算了在直线上和曲线通过时两种轮径动力学性能。通过结果的对比,可以得到两种轮径动力学性能差别不大,但轮径915mm车轮模型能够大大降低接触应力和轮轨磨耗。论文通过比较LM磨耗型踏面分别与60kg/m钢轨和75kg/m钢轨匹配关系和运行中动力学性能,得出LM磨耗型踏面与60kg/m钢轨匹配更良好,最后对针对与75kg/m钢轨匹配的磨耗型踏面进行优化,计算结果验证优化后踏面运行性能良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题背景
• 1.2 国内外现状
• 1.2.1 国内外大轴重货车发展现状
• 1.2.2 重载货车与轮径运用现状
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 有限元法与热分析基础
• 2.1 有限元法与有限元分析软件概述
• 2.1.1 有限元法
• 2.1.2 有限元分析软件
• 2.2 热传导问题的有限元法
• 2.2.1 瞬态温度场的数学模型
• 2.2.2 瞬态温度场的有限元方程
• 2.3 热应力计算的有限元法
• 2.3.1 弹性热应力问题的有限元方程
• 2.4 温度场求解的初始条件及边界条件
• 2.4.1 车轮温度场边界条件的确定
• 2.5 应力场的边界条件的确定
• 2.5.1 热应力的边界条件
• 2.5.2 车轮强度计算的载荷工况
• 2.6 本章小结
• 第3章 车轮紧急制动温度场及应力场分析
• 3.1 概述
• 3.2 车轮热分析有限元模型
• 3.2.1 有限元模型的建立
• 3.2.2 材料特性参数与边界条件计算
• 3.2.3 模型的假设
• 3.3 车轮紧急制动瞬态温度场分析
• 3.3.1 新车轮紧急制动瞬态温度场分析
• 3.3.2 磨耗到限车轮紧急制动瞬态温度场分析
• 3.4 车轮紧急制动热应力场分析
• 3.4.1 新车轮紧急制动热应力场分析
• 3.5 车轮静强度分析计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 32.5t轴重货车动力学模型
• 4.1 多体系统动力学简述
• 4.1.1 多体系统动力学发展
• 4.1.2 多体系统动力学仿真软件
• 4.2 货车动力学模型的建立
• 4.2.1 货车转向架模型的结构特点
• 4.2.2 货车动力学模型建立
• 4.2.3 货车模型非线性因素简化方法
• 4.3 本章小结
• 第5章 两种轮径货车模型动力学性能分析
• 5.1 动力学性能评定指标
• 5.2 直线运行工况动力学性能仿真分析
• 5.2.1 直线蛇行临界速度的计算
• 5.2.2 直线运行动力学性能分析
• 5.3 曲线通过时动力学性能分析
• 5.3.1 曲线通过计算工况
• 5.3.2 计算结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 LM磨耗型踏面与不同钢轨匹配研究与踏面优化
• 6.1 LM磨耗型踏面与两种钢轨接触关系
• 6.1.1 LM磨耗型踏面与两种钢轨外形
• 6.1.2 LM型磨耗踏面与两种钢轨接触几何关系
• 6.2 LM磨耗型踏面与两种钢轨匹配动力学性能计算
• 6.2.1 轮轨静态作用力计算
• 6.2.2 线路激励下动力学性能计算比较
• 6.3 与75kg/m钢轨匹配LM磨耗型踏面优化
• 6.3.1 踏面优化目标
• 6.3.2 踏面形状优化设计
• 6.4 优化后动力学性能验证
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的硕士论文