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原文传递高速动车组车轮疲劳裂纹研究

论文题名：	高速动车组车轮疲劳裂纹研究
关键词：	高速动车组;车轮踏面;轮廓变形;疲劳裂纹;横移量;冲击载荷
摘要：	近年来随着我国高铁事业的飞速发展，极大地带动了国民经济的增长。京沪高铁与京广高铁的相继开通，大大加强了京津冀经济圈与长三角、珠三角经济圈的联系，促进了生产要素的快速流通，预计到2020年，“四纵四横”铁路规划网络会全面贯通，这将会带动东部、中部、西部地区的经济发展。并且随着“一带一路”战略的实施，我国的高铁技术将会走出国门，角逐世界市场。高速铁路与其他交通运输方式相比，具有以下优点：舒适快捷、安全平稳、节能环保、载运量大，同时高铁运输的整套设施可以带动我国装备制造业的向前发展。　　如今，动车组的实际速度可达到250～380km/h，运行一段时间后在车轮踏面和钢轨上就会看到大量的疲劳裂纹，这些裂纹贯通后又会形成许多点蚀凹坑。以及由于磨耗造成车轮踏面轮廓变形，即车轮失圆，上述的失效损伤都会恶化轮轨接触状态，并且引起冲击载荷，这时车轮需要进厂返修或更换钢轨，通过旋修工艺或打磨技术恢复轮轨的使用性能。调研发现：车轮表面比较光滑的部分，疲劳裂纹往往很少；表面粗糙的部分，疲劳裂纹很多。这说明轮轨间的疲劳与磨耗存在一定的竞争关系，一定程度上正是磨耗作用将部分疲劳裂纹磨去，抑制了裂纹的进一步扩展。因此在一定运行里程范围内，研究轮轨接触疲劳与磨耗的竞争关系，对于正确维护保养车轮与钢轨具有重要的现实意义。　　车轮踏面上的接触疲劳形成机理十分复杂，涉及到许多交叉的学科，至今对此类破坏现象形成的原因还在探索。本文在广泛借鉴国内外轮轨滚动接触疲劳损伤问题研究的基础上，首先模拟仿真轮轨接触在不同轴重、横移量、冲角、轨底坡下的应力应变状态，并找出对轮轨接触状态影响最大的因素，为后文进一步分析接触疲劳打下基础。其次对车轮踏面上人造裂纹的演化进行了定性分析，重点考察弯道半径、运行里程、冲击载荷对车轮踏面上疲劳裂纹的影响。实验操作为将车轮试样安装在实验台架上，对照现场采集到的运动状态信号，通过实验台架上的液压驱动器施加给车轮，促使人造裂纹演化。在实验后期，利用扫描电子显微镜、能谱分析仪、超声波探测仪、踏面轮廓测试仪等设备对车轮试样上的人造裂纹进行测试分析。结果表明:运行里程和接触状态对磨耗和疲劳都有很大影响，并且由于磨耗的存在，在实验里程范围内，车轮踏面上人造裂纹的最终演化深度小于其原始深度，因此可以得出车轮在运行20～30万公里后再进厂返修是可行的。
作者：	郭伟杰
专业：	机械工程
导师：	王旭东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	太原理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文