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原文传递轮轨接触系统动力学特性及车轮阻尼减振技术研究

论文题名：	轮轨接触系统动力学特性及车轮阻尼减振技术研究
关键词：	铁路交通;轮轨接触系统模型;阻尼结构;参数优化
摘要：	列车经过不同半径的曲线轨道时，轮轨间会产生复杂的接触过程，进而引起曲线啸叫噪声，对铁路沿线的居民生活造成了极大的干扰。为避免轨道交通发展引起的噪声污染，需要探寻曲线啸叫噪声的产生机理，并针对其特性来研究相应的抑制措施来降低噪声的影响。　　轮轨接触面上蠕滑量和接触力变化引起的摩擦力的改变会对车轮和钢轨造成激励，使得轮轨接触系统会产生非稳态响应，造成曲线啸叫噪声，而车轮阻尼处理可以很好地抑制车轮轮辐表面的轴向振动，具有实施简便，结构简单等特点，对于曲线啸叫噪声具有较好的抑制作用。因此本文针对轮轨接触的特点，在已有摩擦系数计算模型的基础上重新进行参数设置，使其能反映接触面状况的影响，并在此基础上建立轮轨接触系统模型，针对车轮动力学特性及轮轨接触参数对该系统稳定性的影响进行研究。通过理论计算和锤击试验对车轮阻尼结构进行设计，搭建轮轨滚动试验台对轮轨接触系统模型进行验证，并对设计的车轮阻尼结构进行阻尼效果评测。　　为分析轮轨间相对滑动速度及接触面湿度、润滑状况对摩擦系数产生的影响，基于De Beer摩擦系数理论模型，对其参数进行了重新设置，并与经典摩擦系数模型进行比较。采用皮带—滑块模型模拟列车过曲线时产生的自激振动，建立轮轨横向接触系统单自由度动力学方程，用新型摩擦系数模型对轮轨接触面上的摩擦力变化进行计算，用相平面法对动、静摩擦系数以及横向蠕滑量对该自激振动系统的稳定性影响进行分析。　　利用有限元法和模态试验法建立车轮动力学模型，在考虑钢轨断面变形和轨下结构影响的基础上建立钢轨动力学模型，并结合轮轨横向接触关系建立轮轨接触系统模型。根据Nyquist判据对车轮模态特性与该系统稳定性之间的关系进行分析。通过轮轨横向偏移量和接触角确定出接触点的位置，通过轮轨冲角确定出横向蠕滑量，并在不同轮轨接触位置改变横向蠕滑量来进行轮轨接触系统稳定性分析。调节车轮模态阻尼比，分析轮轨接触系统在踏面接触和轮缘接触两种情况下的稳定性。　　基于理论计算和试验测试对车轮阻尼结构进行了设计。利用基于梁结构的复刚度法来分析阻尼材料特性参数以及阻尼结构几何参数对车轮阻尼结构性能的影响，并与有限元复模态法分析结果进行对比，确定出阻尼结构的材料和尺寸参数。通过锤击试验来研究阻尼结构层数和粘贴位置对车轮阻尼结构性能的影响。　　为验证轮轨接触系统模型的分析结果以及车轮阻尼结构的性能，设计并搭建1/3缩小比例的轮轨滚动接触试验台。用轨道轮代替轨道，车轮试件考虑轮缘位置的影响，通过车轮带动轨道轮转动来模拟轮轨接触过程。测试信号的传输采用一个自行设计的防导线缠绕传输信号导通器，使导线在自由旋转时不发生缠绕，稳定传输电信号。调节轮轨接触位置和横向蠕滑量来对动力学模型进行原理性验证，并测试车轮在安装阻尼结构后对曲线啸叫噪声的影响。
作者：	王振
专业：	机械设计及理论
导师：	陈照波
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文