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原文传递轮轨黏着特性试验研究

论文题名：	轮轨黏着特性试验研究
关键词：	高速重载铁路;黏着特性;增粘方法;轮轨使用寿命;工作性能
摘要：	随着高速重载铁路的快速发展，对轮轨间的黏着问题研究提出了更高的要求，尤其是速度的提高，使轮轨黏着问题的研究变得更加复杂。良好的轮轨黏着能有效地改善轮轨系统的工作性能、延长轮轨使用寿命，降低铁路设备的维护维修费用，有重大的经济意义。深入透彻的分析研究这个问题，从最根本上保障列车运行安全，保证乘客的生命安全。　　本论文研究了干态和各种介质工况下的轮轨黏着特性，以及对旧的增粘方法的理论研究和对新的增粘方法的提出。论文研究结果为我国重载与高速铁路的发展及轮轨黏着特性的研究提供了参考依据，具有一定的工程意义。本文取得的主要结果和结论如下：　　1、干态工况下，随蠕滑率的增加轮轨黏着系数先增加而后降低直至稳定。蠕滑率为1.5％时黏着系数最大。随着速度的提高，轮轨黏着系数有所下降；而降低轴重有利于提高轮轨的黏着系数。新模拟轮与模拟轨转动产生的黏着系数要小于旧的模拟轮与模拟轨转动产生的黏着系数。新模拟轮与模拟轨转动产生的黏着系数与生锈的模拟轮与模拟轨转动产生的黏着系数相差无几。随着冲角的增加，轮轨纵向黏着系数有所下降，而横向黏着系数呈现上升趋势。　　2、干态工况下运行的模拟轮轨突然转入水介质工况时，黏着系数出现大幅下降，下降了约50-60％。水介质工况下，黏着系数随蠕滑率的增加出现先增加而后下降，最后逐渐趋于稳定。蠕滑率为1％时黏着系数最大。随着速度的增加，轮轨黏着系数下降较大。随着轴重的增加，黏着系数有所上升。利用三因素四水平试验方法仅考虑速度、轴重和轨道曲线半径时，干态工况下，影响轮轨黏着系数变化的因素由大及小分别为轴重，速度，轨道曲线半径；水介质工况下，影响轮轨黏着系数变化的因素由大及小分别为速度，轴重，轨道曲线半径。　　3、在污油、油水混合物、油水砂混合物介质条件下，轮轨黏着系数均远远小于干态工况下轮轨黏着系数。其中油水砂介质下的轮轨黏着系数最大，约为0.08；污油介质下黏着系数次之，约为0.05；油水介质下的轮轨黏着系数最小约为0.03。通过比较三种油介质混合物试验后轮轨表面，发现油水砂试验后轮轨表面磨损最为明显，磨痕最宽；污油介质试验后轮轨表面磨损最小，磨痕最窄；油水介质工况下轮轨表面的磨损情况处于污油介质和油水砂介质之间。　　4、坡道工况下，干态时轮轨黏着系数在0.23～0.33之间；有水时轮轨黏着系数在0.08～0.11之间；有污油存在时轮轨黏着系数约为0.03。坡道运行时，在干态和水介质工况下，轮轨黏着系数随速度的增加而减小。干态工况下轮轨黏着系数随轴重的增加而减小；在水介质工况下，轮轨黏着系数随轴重的增加而上升。在平直道运行时，污油介质工况下磨痕最窄，磨损最小；水介质工况下次之；干态工况下磨痕最宽，磨损最大；在坡道运行时，水介质工况下磨痕最窄，磨损最小；干态工况下次之；污油介质工况下磨痕最宽，磨损最大。　　5、水介质工况下撒砂可增加轮轨黏着系数35～65％；干态工况下撒砂对轮轨黏着系数有较小影响。水介质下撒砂的增粘效果主要取决于砂子颗粒的直径及撤砂量，大砂粒直径的增粘效果更佳。随着速度的增加，水介质工况下撒砂的增加效果越差。水介质工况下撒粗砂比撒细砂磨损严重。撒粗砂后模拟轮试件表面硬度高于撒细砂后模拟轮试件表面硬度。水介质工况下撒砂会出现两条轨迹，内轨迹区域磨损相对严重，外轨迹与内轨迹之间区域磨损相对较小。　　6、水和油介质工况下施加磁场作用后可显著增加轮轨黏着系数，其中水介质下增幅达20％以上，油介质下增加达到50％。水和油介质工况下，施加磁场时速度对轮轨黏着系数影响不大；不同磁场强度对轮轨黏着系数有一定的影响作用，随着磁场强度的增加，轮轨黏着系数也相应增加：并且两侧磁场最强的部分能吸附轮轨磨损产生的铁屑，从而减少了轮轨之间的第三体磨损。　　7、通过CONTACT计算程序可以得知：蠕滑率为0时，粘着区很大，蠕滑区几乎为0；随着蠕滑率的增加，粘着区减小，蠕滑区增加，当蠕滑率为1.38％时为临界状态，即接触斑内粘着区较减小为0，蠕滑区增大至全部接触斑；随着蠕滑率的继续增加，接触斑内由蠕滑区变为宏观滑动区。纵向黏着力主要产生在轮轨蠕滑区。在蠕滑率开始增长阶段0-0.7％时，轮轨黏着系数大致呈现线性增长；随后随着蠕滑率的增大，轮轨黏着系数增长缓慢，直至出现最大值0.362，此时蠕滑率为1.38％；当蠕滑率继续增大时，轮轨黏着系数出现小幅下降，直至稳定。
作者：	申鹏
专业：	机械设计及理论
导师：	刘启跃
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文