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原文传递地铁车辆车轮多边形形成机理探究

论文题名：	地铁车辆车轮多边形形成机理探究
关键词：	地铁车辆;车轮多边形;磨耗模型;直线电机;电机共振频率
摘要：	车轮多边形问题广泛存在于国内外各类轨道交通车辆中。车轮多边形会加剧轮轨作用力，增大车内、外噪音，降低车辆、轨道结构中各部件的疲劳寿命，对车辆舒适性、安全性和经济性均造成显著的不利影响。然而目前对车轮多边形问题依然缺乏有效的解决途径，对车轮多边形形成机理的研究至今也未形成统一的观点。车轮多边形磨耗仿真是研究车轮多边形发展演变的关键方法，然而该方法实现难度较大，目前国内外学者对车轮多边形磨耗计算方法的研究还很少。　　本文建立了车轮多边形磨耗预测模型，通过该模型预测了车轮多边形发展演变规律，对国内某直线电机地铁车辆车轮多边形形成机理进行了探究。提出从调整运营速度，修改悬挂刚度，调整镟修工艺三个方面解决车轮多边形问题的解决措施。本文的主要工作和结论如下: 　　1.建立车辆动力学模型，分析了直线电机地铁车辆出现车轮八到九阶多边形后车辆的振动特征。对多边形车辆展开线路跟踪测试。仿真计算和线路实验均表明车轮出现八到九边形后，在运行至40km/h时出现振动异常剧烈的现象。这是因为车轮八到九边形在40km/h速度下产生的激振频率约为40Hz，该频率与直线电机垂向振动固有频率41.7Hz接近，故引发了电机共振。该现象可能加速车轮八到九边形波深的增大。　　2.建立了车轮多边形磨耗模型，实现了车轮多边形磨耗预测的仿真方法。阐述了基于Archard模型，基于磨耗功和磨耗指数模型的单个接触斑磨耗深度计算方法。在此基础上实现了对车轮圆周磨耗深度的计算。对比踏面横向磨耗模型，指出车轮多边形磨耗仿真方法在迭代过程中特有的曲线拟合问题，并给出了数学处理方法。研究了车轮多边形磨耗模型的计算步长、傅里叶级数展开式个数，车轮型面更新迭代依据对仿真计算结果的影响，分析了多边形磨耗仿真方法的稳定性和计算误差。给出了车轮多边形磨耗速度的计算方法。　　3.通过车轮多边形磨耗仿真方法计算了车轮在一到四阶初始几何多边形和质量偏心作用下的车轮圆周磨耗发展规律。仿真结果表明在不考虑轮轴弹性以及轨道振动作用下，初始多边形波深将增大，多边形阶数出现两倍于初始阶数的发展趋势，该磨耗趋势属于车轮多边形的正常磨耗。车轮滚动一周过程中磨耗功曲线、轮轨法向接触力曲线以及车轮半径曲线之间的相位差是造成车轮多边形阶数变化的根本原因。　　4.85km/h是该直线电机地铁车辆运行持续时间最久的速度，该速度下车轮初始四阶多边形产生40Hz的激振频率，引发直线电机共振。在电机共振作用下，车轮摩擦功和轮轨接触法向力发生规律性的变化，多边形磨耗模型仿真结果表明该速度下车轮的波深将快速增大，多边形阶数将从初始四边形向八边形甚至高阶多边形进行发展演变。仿真结果与车辆实际运营中出现的多边形现象基本一致。　　5.车辆运营速度，电机共振频率和车轮初始四阶多边形可能是直线电机地铁车辆出现多边形磨耗的三个条件。调节车辆运营速度和电机悬挂参数避免电机在车辆运营中出现共振是解决直线电机地铁车辆车轮多边形问题的关键。调节运营速度、悬挂参数，调整镟修工艺对于解决车轮多边形问题具有普遍适用性。　　6.将车轮多边形磨耗过程划分为三个主要阶段，归纳提出了以车辆异常振动速度为切入点，以车轮初始多边形阶数为研究重点的车轮多边形问题研究方法。
作者：	付彬
专业：	车辆工程
导师：	罗世辉
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