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原文传递高速道岔曲尖轨磨耗仿真分析研究

论文题名：	高速道岔曲尖轨磨耗仿真分析研究
关键词：	高速列车;过岔平稳性;曲尖轨;磨耗机理
摘要：	道岔运营中钢轨磨耗的控制是自身使用寿命和过岔行车品质的关键影响因素之一，本文在总结国内外已有相关研究的基础上，对道岔钢轨磨耗伤损机理及其对车辆过岔平稳性及安全性的影响作了深入的研究，本文的主要研究内容如下: 　　1.道岔区轮轨滚动接触行为研究　　基于区间线路典型的滚动接触理论，对道岔区轮轨滚动接触行为进行研究，以LMA型车轮踏面分别与标准及磨耗后道岔钢轨型面接触为例，对比分析了Hertz接触理论、半Hertz接触理论、Kalker三维非赫兹接触理论及有限元接触理论等在道岔区轮轨法向接触行为的应用，包括接触斑个数、形状、面积及最大接触应力等计算结果;同时，对比分析了Shen-Hedrick-Elkins理论、简化理论、Kalker三维非Hertz接触理论及半Hertz接触理论等在道岔区轮轨切向接触行为的求解，包括蠕滑力、粘滑区分布、滑动区面积及计算效率等，在此基础上，编制用于道岔区轮轨滚动接触行为求解的子程序，为车轮-道岔耦合动力学及道岔钢轨磨耗仿真分析选取轮轨滚动接触理论提供理论支撑。　　2.车辆-道岔耦合振动模型的建立及方程求解　　建立了车辆-道岔耦合振动分析模型，用于进行道岔钢轨磨耗分析及研究道岔钢轨磨耗对系统耦合振动的影响。耦合模型由车辆子模型和道岔子模型组成，其中车辆模型由车体、构架及轮对等刚体和悬挂系统组成，其中车体与构架分别考虑沉浮、横移、点头、摇头及侧滚等5个自由度，而轮对考虑沉浮、横移、摇头及侧滚等4个自由度，则共有31个自由度;道岔模型包含转辙器、辙又及连接部分等三个主要部件基础上，还考虑了顶铁、间隔铁、限位器及转换锁闭结构等部件以及道岔钢轨的变截面特性及滑床台板、顶铁等的非线性支承;车辆子模型与道岔子模型之间通过轮轨接触模型进行耦合，根据哈密尔顿原理建立系统耦合振动方程，并编制了相应的求解程序。　　3.道岔区钢轨磨耗行为关键影响因素分析　　在分析轮轨磨耗相关试验及理论研究基础上，重点研究对轮轨磨耗行为影响显著的动力学响应，分析轮轨接触界面弹性剪切变形及不同磨耗模型对轮轨磨耗的影响，以上述动力学响应为基础，应用基于正交表设计的Plackett-Burman无重复饱和析因设计方法分析各个影响因子对轮轨磨耗的影响，结合图形分析法和数值分析法筛选道岔区钢轨磨耗的关键动力学参数，便于进行道岔钢轨磨耗仿真分析。　　4.道岔钢轨磨耗仿真分析研究　　基于道岔钢轨磨耗仿真分析流程，建立了道岔钢轨磨耗仿真分析方法，并且综合车辆-道岔耦合动力学、轮轨滚动接触理论、钢轨磨耗模型、磨耗叠加方法及钢轨廓形更新等理论及方法，编制了道岔钢轨磨耗仿真程序，以尖轨典型断面为例，计算了不同通过总重情况下道岔钢轨廓型改变情况，并且分析了车辆轴重、侧向过岔速度、轨距、轨底坡及轮轨摩擦系数等对道岔钢轨磨耗的影响; 　　5.道岔钢轨磨耗对系统耦合振动特性影响分析　　分析总结了道岔钢轨磨耗特点及表现型式，选取了曲尖轨侧面磨耗、尖基轨相对高差偏差及基本轨垂直磨耗等三种典型磨耗伤损型式，应用车辆-道岔耦合系统动力学分析道岔钢轨磨耗对车辆-道岔耦合振动特性的影响，主要包括轮轨相互作用力、车辆运行安全性及平稳性等，以期为道岔钢轨磨耗伤损限值的制定提供理论支撑。
作者：	徐井芒
专业：	道路与铁道工程
导师：	王平
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文