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原文传递宽轮距跨座式单轨车辆走行轮胎磨耗分析

论文题名：	宽轮距跨座式单轨车辆走行轮胎磨耗分析
关键词：	机车车辆;走行轮胎;轨道面;接触摩擦机理;磨耗深度
摘要：	现行传统双轴式转向架跨座式单轨车辆在重庆市投入实际运营以来，单轨车辆走行轮胎出现了较为严重的磨耗现象，对车辆的运营维护成本和运行安全性造成一定程度的影响。为改善双轴式转向架跨座式单轨车辆走行轮胎磨耗严重现象，中车青岛四方机车车辆股份有限公司与重庆交通大学联合研发了一种新型宽轮距跨座式单轨车辆，采用脊梁式转向架创新结构设计，拓宽了同轴走行轮轮距，在同轴走行轮间安装轴间差速器，使车辆内外侧走行轮以差速通过弯道，从而减少走行轮胎的磨耗。本文以新型宽轮距跨座式单轨车辆走行轮胎为对象，基于Archard磨耗模型，结合ABAQUS软件二次开发技术，采用Fortran语言编制相关子程序，建立走行轮胎磨耗计算模型，对宽轮距跨座式单轨车辆走行轮胎磨耗特性进行分析，显性直观地反映了走行轮胎在运行一定里程后胎面磨耗深度及磨耗轮廓，并与传统双轴式转向架跨座式单轨车辆走行轮胎在弯道复合工况下的磨耗特性进行对比分析，为宽轮距跨座式单轨车辆的进一步推广应用提供理论支持。本文主要研究内容及主要结论如下：　　（1）分析了走行轮胎与轨道面接触摩擦机理，考虑到轮轨接触压力和滑移速度的影响，采用较高精度的摩擦模型来定义走行轮胎与轨道面间的接触属性；分析了橡胶轮胎磨耗相关理论和不同磨耗计算模型特点，确定了Archard磨耗模型为宽轮距跨座式单轨车辆走行轮胎磨耗模型，为后续走行轮胎磨耗计算奠定理论基础。　　（2）分析了宽轮距跨座式单轨车辆走行轮胎几何结构和材料特性，建立了宽轮距跨座式单轨车辆“走行轮-轨道梁”系统有限元模型，通过走行轮胎三向刚度实验数据与仿真结果进行对比，验证了“走行轮-轨道梁”系统有限元模型的准确性，并对走行轮胎轮轨静态接触工况进行分析研究，得出了走行轮胎垂向载荷在满载范围内时轮轨接触压力主要集中在轮胎接触区域中部，而超过满载时接触压力逐渐向轮胎接触区域两侧移动的规律。　　（3）采用ABAQUS软件二次开发技术，基于Archard磨耗模型，利用Fortran语言对VFRIC子程序和UMESHMOTION子程序进行开发，建立了宽轮距跨座式单轨车辆走行轮胎磨耗计算模型及计算流程，对宽轮距跨座式单轨车辆走行轮胎在直道稳态滚动工况和纵滑工况以及弯道下的侧偏工况、侧倾工况以及复合工况下的轮胎磨耗特性进行分析。结果显示走行轮胎在直道稳态滚动工况下轮胎胎面磨耗深度整体呈对称分布且偏磨耗现象不明显，直道纵滑工况下走行轮胎出现了偏磨现象且胎面最大磨耗深度比稳态滚动工况下大；在弯道侧偏工况和侧倾工况下，走行轮胎胎面磨耗程度分布不均匀，存在偏磨耗现象，且走行轮胎偏磨耗程度随着侧偏角和侧倾角的增大而增大，在弯道复合工况下走行轮胎通过的弯道半径越小，走行轮胎的偏磨程度越大且外侧走行轮比内侧走行轮胎的偏磨程度更严重。　　（4）通过对宽轮距跨座式单轨车辆和传统双轴式转向架跨座式单轨车辆在弯道复合工况下走行轮胎磨耗特性进行对比分析，得出宽轮距跨座式单轨车辆走行轮胎在复合工况下的胎面磨耗深度值及偏磨程度比现行传统双轴式转向架跨座式单轨车辆都小，从而验证了带有轴间差速器的脊梁式转向架宽轮距跨座式单轨车辆在一定程度上减少了走行轮胎的磨耗现象，为宽轮距跨座式单轨车辆的进一步推广应用提供了更多的理论支持。
作者：	韩轲
专业：	车辆工程
导师：	文孝霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022