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强侧风环境下钢轨打磨车气动特性和运行安全性研究
| 论文题名： | 强侧风环境下钢轨打磨车气动特性和运行安全性研究 |
| 关键词： | 铁路列车;钢轨打磨技术;气动特性;运行安全性;侧风环境 |
| 摘要： | 铁路工务部门采用钢轨打磨列车可以高效地治理钢轨伤损。铁路运输繁忙，为线路维护提供的“天窗”时间比较短，这就要求钢轨打磨车需要快速到达作业区。钢轨打磨车车头的造型采用非流线型设计，在风区铁路运行时，强风的作用会使其周围的流场发生突变，受到的气动载荷比较大，可能会危及钢轨打磨车的运行安全性。针对强侧风环境下钢轨打磨车的运行安全性问题，本文基于空气动力学理论和车辆系统动力学理论，研究强侧风对钢轨打磨车气动特性和运行安全性的影响。 本文阐述了无风、强风、侧风和强侧风的定义。通过对钢轨打磨车周围流场的分析和对模型的简化，基于三维定常不可压缩N-S方程以及标准k-ε二方程湍流模型在FLUENT软件中建立钢轨打磨车三维湍流模型。通过多次试算，确定最合适的流体域大小。对钢轨打磨车在无风和强侧风两种情况的流场进行模拟，数值计算了不同运行速度、不同风力等级的钢轨打磨车的气动特性，并对表面压力分布、流场特性及气动载荷特性进行分析，研究了运行速度、风力等级对气动载荷的影响。 基于计算多体动力学理论，利用SIMPACK软件建立钢轨打磨车动力学模型。将无风和强侧风下作用于钢轨打磨车的气动载荷加载到打磨车动力学模型中，数值计算了在不同运行速度和风力等级下钢轨打磨车的动力学响应，分析了运行速度、风力等级和线路类型对安全性参数的影响。结果表明:无风时，各个安全性参数均在GB/T17426-1998范围内，而强侧风时钢轨打磨车脱轨系数、轮重减载率和倾覆系数出现了超过标准限值的情况，钢轨打磨车在强侧风环境下的运行安全性比无风时明显降低;在气动载荷的作用下，背风侧的车轮与钢轨间发生挤压，背风侧的轮轨垂向力和脱轨系数大于迎风侧的值;各安全性参数随运行速度的增加的增幅明显小于随风力等级增加的增幅，说明风力等级对安全参数的影响比运行速度对安全参数的影响大;比较两种曲线类型的计算结果得出，在轨道不平顺、气动载荷、向心力和离心力的共同作用下，左曲线线路的安全性参数随运行速度的增大而增大，右曲线的脱轨系数和轮重减载率与运行速度正相关，轮轴横向力、轮轨垂向力和倾覆系数与运行速度负相关。 通过对各个线路类型下不同运行速度和风力等级的运行安全性参数进行分析，得到强侧风时该线路条件下钢轨打磨车的安全运行速度限值。本文的计算结果可以为强侧风下钢轨打磨车的安全运行提供参考。 |
| 作者： | 黄聪 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 刘建新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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