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原文传递弹性车轮与轨道耦合振动多边形成因研究

论文题名：	弹性车轮与轨道耦合振动多边形成因研究
关键词：	弹性车轮;接触特性;多边形磨损;振动特性
摘要：	轨道交通因快速、高效、运输能力强等优点广泛应用于我国交通行业，极大提高了人们出行的便利性。随着运载量的增加和运行要求的提高，轨道交通的轮轨运行工况愈加复杂，轮轨的磨损问题也愈加严重，陆续出现了由磨损引起的轮辋断裂、轨道断裂、扣件脱落、车轮不圆顺磨损等问题，导致了部件安全使用寿命极大的缩短，降低了人们出行的舒适性和安全性。轮轨系统是诸多轨道交通问题研究的基础，研究轮轨的接触特性和磨损规律对解决轨道交通领域的诸多问题有着非常重要的作用。本文通过搭建轮轨动力学模型、弹性车轮整车理论模型和长期磨损模型，研究了弹性车轮接触特性，探究了弹性车轮多边形磨损的成因，并提出抑制多边形磨损的措施，主要工作如下：　　首先，根据轨道列车实际运行工况和载荷条件，基于轮轨动力学模型和轮轨接触理论，研究对比了“V”型弹性车轮和刚性车轮的接触特性，通过模拟轮轨静压和滚动过程，探明了弹性车轮的接触特点。利用轮轨接触理论，计算了最大接触压力的理论值，通过与实际值的对比验证了模型的有效性；通过对静压和滚动过程的研究，给出了弹性车轮接触应力、接触压力、接触斑的变化，分析了弹性层在弹性车轮中的作用。结果表明：弹性车轮接触斑面积大于刚性车轮，弹性车轮接触斑形状多呈现为条状，刚性车轮接触斑形状多呈现为点、块状；在轮轨接触位置弹性车轮的最大应力小于刚性车轮的最大应力，弹性层对轮轨接触表面的接触应力起到一定缓冲吸能作用。　　其次，搭建了整车动力学模型和长期磨损模型，选取合适的轮轨接触参数，考虑轮轨的模态振动特性，引入弹性轮-柔性轨，演化了列车在直线轨道下的多边形磨损形成过程。以实际列车参数和车轮初始多边形数据作为输入条件，演化出了高阶多边形磨损，磨损结果符合实际情况，验证了模型的正确性，揭示了弹性车轮表面磨损的形成特点。　　最后，基于演化的多边形磨损，研究四种速度下的弹性车轮机车磨损特点，发现弹性车轮机车符合“频率固定”机理。考虑轮轨的模态特性，分析了柔性轮轨、刚性轮轨、柔性轮-刚性轨、刚性轮-柔性轨四种工况下多边形磨损的形成特点。研究了轨道扣件垂向阻尼和垂向刚度对弹性车轮多边形磨损的影响。结果表明：行驶速度增加，弹性车轮的多边形磨损主导阶数降低；钢轨的模态特性对列车的车轮高阶多边形发展演变过程有着促进作用，弹性车轮的模态特性则对高阶多边形磨损的发展演变作用较小；增大轨道扣件的垂向刚度可以促进弹性车轮的多边形磨损由高阶磨损发展为低阶磨损；增大轨道扣件的垂向阻尼则可以抑制弹性车轮机车在行驶过程中的多边形磨损的发展速度。
作者：	张卓
专业：	机械设计及理论
导师：	田建辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安工业大学
学位年度：	2022