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轮对模态对轮轨系统性能的影响研究
| 论文题名： | 轮对模态对轮轨系统性能的影响研究 |
| 关键词： | 高速列车;轮对模态;轮轨系统;动力特性 |
| 摘要： | 轮对是车辆系统的主要部件，随着列车运行速度的提高，轮轨间相互作用也越来越剧烈，轮对的弹性模态特征对轮轨系统振动的影响不容忽视。本文以国内某高速列车为研究对象，结合多体动力学和有限元法，将轮对和构架弹性化处理后，建立整车刚-柔耦合动力学模型。考虑1000Hz内的轮对连续多阶模态耦合作用和各阶模态单独作用时，仿真计算车辆在不同工况下的轮轨动力特性，并与刚体轮对的仿真结果对比，研究轮对模态对轮轨系统的影响，结果表明: (1)轮对模态中对动力学性能影响较大的主要是轮对的扭转和一、二阶弯曲模态。在车辆动力学仿真中，考虑轮对前14阶模态可以获得较好的仿真精度，14阶之后的高阶模态对轮轨动力学性能的影响不明显。 (2)车辆在直线上低速运行时，轮对扭转模态对轮轨动力学性能影响较大。车辆高速运行时轮轨间动作用加剧，轮对模态对轮轨垂向作用影响不明显，但一、二阶弯曲振动加剧了轮轨横向作用，使车辆的临界速度降低约9％。 (3)车辆高速通过曲线时，弹性轮对模态会使轮重减载率和脱轨系数小幅增大，但均未超过安全限值。此外，轮对的扭转和一、二阶弯曲会使纵向蠕滑力显著增大，对横向蠕滑力的影响有限。与刚性轮对相比，轮对弹性振动导致磨耗指数增幅超过20％，其中一阶弯曲的影响最大。轮对的弯曲作用导致轮轨接触点位置分布区域扩大，并向轨道内侧移动，其中外侧轮轨接触点短时间内靠近轮缘根部，容易引发轮缘与钢轨的冲击作用。 (4)轮对一阶弯曲模态共振时，蠕滑力的周期性变化对车轮多边形磨耗产生影响。轮对一、二阶弯曲模态会加剧多边形车轮的磨耗，提高车轴的弯曲刚度使其弯曲变形程度减小，可有效缓解车轮的多边形磨耗。 本文通过研究轮对模态对轮轨相互作用的影响特征，为我国高速列车轮对低动力设计提供参考意见。 |
| 作者： | 刘潇 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 任尊松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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