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车轮型面优化与激光毛化黏着试验研究
| 论文题名： | 车轮型面优化与激光毛化黏着试验研究 |
| 关键词： | 高速列车;车轮型面优化;黏着系数;激光毛化技术 |
| 摘要： | 随着高速铁路列车速度的不断提升，黏着系数控制问题日益凸显，开展关于黏着系数控制的一系列研究尤为重要。轮轨黏着系数异常不仅会在列车运行过程中产生异常振动，还会降低列车运行的平稳性。车轮在牵引或制动的过程中，如果黏着系数过小将导致车轮空转，易造成车轮与钢轨擦伤，严重影响列车的运行安全。 结合以上背景，本文主要研究内容和结论如下： （1）针对磨耗车轮异常振动问题，建立基于圆弧-半径的数学模型，利用GA-BP遗传算法，求解得到了可以提高车辆运行平稳性、降低车轮磨耗量的车轮优化廓形，并减缓了磨耗车轮的异常振动。结果表明：相比于标准车轮踏面LMB，优化廓形LMB-opti与CN60轨进行匹配时的轮轨接触范围从[-10，+2]mm增加到[-10，+8]mm，等效锥度值减小至0.12；LMB-opti横向振动加速度的均方根值RMS降低了30.3%；LMB-opti运行平稳性的均方根值提高了32.2%。基于Archard磨耗预测模型进行的动力学仿真结果：列车运行5万km、10万km后，相比于LMB廓形，优化廓形LMB-opti的磨耗深度分别降低了4.7%和2.5%。 （2）基于激光毛化熔凝理论，通过激光毛化技术对车轮样件PI、PII、PIII和IVP进行毛化，并测量毛化型面的表面粗糙度、表面硬度以及磨耗量等参数。基于实测参数，分析了激光毛化功率对车轮样件物理特性的影响。结果表明：对滚试验中，随着滚动时间的增加，4个样件的表面硬度先增大2HB后减小3~5HB，表面硬度由小到大排序依次是PⅢ、PⅡ、PⅣ、PⅠ。 （3）依据GPM-30滚动试验机的试验样件标准设计试验方案，分析样件黏着系数的变化。在对滚试验过程中，改变载荷和转数等参数，探究不同的运行里程和对滚时间下，黏着系数的变化规律。结果表明：随着转数的增大，黏着系数在0.015~0.025之间波动；将试验样件按照表面粗糙度0.4~1.0μm、6.0~8.7μm、9.6~11.8μm、15.5~17.8μm分为四组，在微观形貌下，随着纵向深度增加，白层、变形层、原始层区的表面硬度依次增大。 （4）基于二维和三维非弹性体接触理论建立有限元模型，结合试验样件对滚模型和分形粗糙表面仿真模型，分析粗糙表面的分形维度及粗糙表面接触应力的变化和分布。结果表明：当摩擦系数（黏着系数）为0.3，分形维数D=1.2，速度为60km/h时，PⅠ样件的接触应力为9.21×104N；当分形维数D=1.4，速度为120km/h时，PⅡ样件的接触应力为1.42×105N；当分形维数D=1.7，速度为240km/h时，PⅣ样件的接触应力为1.63×105N；当在速度分别为120km/h、240km/h时，PⅢ样件的摩擦系数（黏着系数）处于0.15~0.6之间，接触应力在6.67×104N到2.516×105N[66.7kN,251.6kN]区间内变化。 |
| 作者： | 柯露露 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 杨洋;林凤涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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