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原文传递地铁车轮踏面滚动接触疲劳形成机理及对策研究

论文题名：	地铁车轮踏面滚动接触疲劳形成机理及对策研究
关键词：	车辆轮对;踏面滚动;接触疲劳;轮轨耦合
摘要：	随着我国铁路行业朝气蓬勃的发展，高铁贯穿全国各地，地铁蜿蜒在各大城市的地下。快速的发展也伴随着大量的问题出现，轮轨滚动接触疲劳就是一个急需解决的问题，它不仅大幅度增加了运营成本，还给车辆运行带来安全隐患。本文调研的地铁车辆车轮在轮缘根部和名义滚动圆外侧出现了大量的滚动接触疲劳裂纹，并且伴随着大量的剥离，造成车辆运行噪声大，舒适度低。本文从轮轨关系着手研究地铁车轮踏面滚动接触疲劳形成机理。　　本研究主要内容包括：⑴通过研究国内外文献，总结出国内外学者研究轮轨滚动接疲劳的方法，并挑选出适合研究地铁车轮踏面滚动接触疲劳的方法。⑵建立包含弹性钢轨和扣件的单层车辆-轨道耦合动力学模型，并选用安定图和损伤函数作为本文研究车轮滚动接触疲劳的数值分析模型。根据数值分析模型编制相应的程序。⑶对国内某地铁车轮廓形、钢轨廓形、轨底坡及钢轨波浪形磨耗进行现场调研，并记录下车轮滚动接触裂纹出现的位置和角度。现场调研发现车轮滚动接触疲劳裂纹出现在-20～-10mm的轮缘根部区及20～30mm的名义滚动圆外侧区域;不同曲线半径的轨道轨底坡相对于标准轨底坡(1/40)都发生变化，其中高轨轨底坡有所减小，低轨轨底坡有所增大，现场发现高轨及直线光带较窄且偏向于轨距角。⑷利用建立的分析模型，选用标准车轮型面和磨耗后轨道型面相匹配，从车轮受力特征、车轮上接触点位置、切向力方向、轮轨接触斑材料响应特性及车轮磨耗和滚动接触疲劳分布等方面详细分析了车轮滚动接触疲劳裂纹的形成机理。研究表明:-20～-10mm区域内（轮缘处）滚动接触疲劳裂纹形成主要在非导向轴高轨侧车轮形成，而20～30mm区域内（名义滚动圆外侧）滚动接触疲劳裂纹主要在导向轴低轨侧车轮形成，且车辆通过小半径曲线(尤其R≤550m)是造成车辆滚动接触疲劳产生的主要原因。⑸进一步研究了摩擦系数、不同运行里程下的车轮磨耗型面、轨底坡、扣件横向刚度等参数对车轮滚动接触疲劳的影响。研究表明:摩擦系数对-20～-10mm处（轮缘处）的滚动接触疲劳影响较大，通过适当减少轮缘润滑来增大轮缘处材料的摩擦系数，使得轮缘根部的磨耗增大，从而减缓滚动接触疲劳裂纹的扩展;由于钢轨为磨耗后的型面，轨底坡并非为标准设置(1/40)，并且该线路的车轮型面异常磨耗较少，所以磨耗对滚动接触疲劳的影响不大;轨底坡对滚动接触疲劳的影响较为明显，将低轨由1/10调整到1/40～1/50时，轮缘侧滚动接触疲劳有所增加，而名义滚动圆外侧滚动接触疲劳有明显的降低，则定期维护轨道轨底坡为1/40左右可以减缓名义滚动圆外侧滚动接触疲劳的发展，结合适当减少轮缘润滑，则轮缘侧滚动接触疲劳同样可以得到改善;通过增加扣件横向刚度，可以改善滚动接触疲劳状态，但是效果不明显。
作者：	温邦
专业：	载运工具运用工程
导师：	温泽峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文