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原文传递客货共线铁路曲线地段钢轨磨耗演变对时速200公里客车的动力学影响研究

论文题名：	客货共线铁路曲线地段钢轨磨耗演变对时速200公里客车的动力学影响研究
关键词：	客货共线铁路;曲线线路;钢轨磨耗;动力学特性
摘要：	铁路是现代交通运输的重要方式之一，对现代社会经济的增长发挥着极为重要的作用。由于客货共线铁路的综合效益可观且性价比高，所以我国将新建200km/h的客货共线铁路仍作为今后新建铁路的重要方向之一。客货共线铁路上列车的轴重和速度有较大差异，使得轮轨接触几何关系容易发生变化，从而加剧轮轨磨耗，增加列车运行风险，给铁路部门带来经济损失。　　本文通过梳理总结国内外学者对客货共线铁路和轮轨磨耗的研究情况，基于车辆-轨道耦合动力学和轮轨磨耗理论，建立了车辆-轨道耦合动力学模型和钢轨磨耗预测模型，研究分析了不同平面曲线设计参数对客货共线铁路曲线段钢轨磨耗演变的影响规律，以及在不同平面曲线设计参数条件下钢轨磨耗演变对时速200公里客车的动力学影响规律。主要研究内容如下：　　（1）基于车辆-轨道耦合动力学、轮轨接触几何关系、轮轨滚动接触理论和轮轨磨耗预测理论，利用多体动力学仿真软件UM建立了车辆-轨道耦合动力学模型和钢轨磨耗演变预测模型，并对所建模型进行了验证。其中车辆-轨道耦合动力学模型中包含C80型货车和CRH2型动车组多车模型、线路模型和轨道激励模型，钢轨磨耗演变预测模型中包含钢轨磨耗演变的型面更新策略和Archard磨耗预测模型。　　（2）基于已建立的车辆-轨道耦合动力学模型和钢轨磨耗演变预测模型，研究分析了不同平面曲线设计参数对客货共线铁路曲线段钢轨磨耗演变的影响规律。　　①当客货共线线路上通过100万次列车后，曲线段外股钢轨表现出严重的侧面磨损，磨损范围为钢轨横坐标[-20,35]之间，其中最严重的磨损部位出现在钢轨横坐标[15,30]范围；内股钢轨表现为垂直磨损，磨损范围为钢轨横坐标[-20,20]之间，其中最严重的磨损部位出现在钢轨横坐标[-10,10]范围。　　②增加圆曲线半径和缓和曲线长度可明显减缓外轨磨耗。随着圆曲线半径和缓和曲线长度的增大，各项钢轨磨耗指标均随之减小，但减小幅度随着圆曲线半径和缓和曲线长度的增大而逐渐变缓。　　③在未被平衡超高容许值范围内，增大外轨欠超高值可明显减缓外轨侧面磨耗。随着外轨欠超高值增大，各项钢轨磨耗指标均随之减小。但欠超高值也不能增大太多，否则会增大轮轨动力作用，影响列车的安全性和平稳性。　　④适当增大客货共线铁路曲线段内轨轨底坡有利于减缓外轨侧磨。保持外轨轨底坡1∶40不变，内轨轨底坡从1∶45增大到1∶20，各项钢轨磨耗指标值均明显降低。　　（3）基于车辆-轨道耦合动力学模型和钢轨磨耗演变规律，研究分析了在不同平面曲线设计参数条件下钢轨磨耗演变对时速200公里客车的动力学影响规律。　　①随着列车运行次数的增多，钢轨磨耗演变对时速200公里客车的轮轨横向力、脱轨系数和车体横向加速度影响较大，对轮轨垂向力、轮重减载率和车体垂向加速度影响较小。钢轨磨耗初期阶段，轮轨横向力急剧增大，中期阶段，轮轨横向力变化幅度较小，后期阶段，轮轨横向力变化幅度变大。　　②增加圆曲线半径和缓和曲线长度可明显改善轮轨动力作用，提高列车行驶的安全性和平稳性。随着圆曲线半径和缓和曲线长度的增大，列车运行的动力学指标均随之减小，但减小幅度随着圆曲线半径和缓和曲线长度的增大而逐渐变缓。　　③外轨未平衡超高对列车运行的动力学影响显著，增加外轨欠超高值，轮轨横向力、轮轨垂向力、脱轨系数、车体横向和垂向加速度等指标变大；增加外轨过超高值，轮轨垂向力、轮重减载率、车体横向和垂向加速度等指标变大。　　④保持外轨轨底坡1∶40不变，内轨轨底坡从1∶45增大到1∶20，轮轨横向力、轮轨垂向力、脱轨系数、轮重减载率、车体横向加速度、车体垂向加速度等指标均随之减小。
作者：	张永福
专业：	道路与铁道工程
导师：	李斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022