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轮轨局部接触应力分析

轮轨局部接触应力分析雷晓燕,管天保(土木工程系)(上海铁路局)摘要运用接触摩擦单元理论,在文献[1]工作的基础上,对轮轨局部接触应力进行了有限元分析,文章考虑了无纵向力和由于牵引力和制动力引起纵向力时轮轨相互作用两种情况。计算中,将列车轴重分别取为210、230、250和300kN,作用在单轮上的纵向力分为10、15、20、25和30kN五种工况。由计算得到了轮轨局部法向接触应力和切向接触应力分布规律及主应力和变形,据此,文章进行了讨论并提出了结论。关键词接触应力,轮轨相互作用,有限元分类号U211.50引言轮轨局部接触问题是铁道工程中一个古老而又复杂的难题,对该课题的探索从未停止过。早期的研究工作大多基于弹性理论中的赫兹公式,六七十年代随着计算力学的发展和计算机的出现,人们开始将有限元法运用该课题的研究,并取得了一些成果。这一阶段的研究主要集中在弹性、弹塑性及损伤断裂方面 ̄[3~8].1994年文献[1]把接触摩擦理论和有限元...  (本文共7页) 阅读全文>>

西南交通大学
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道岔转辙器部分轮轨接触应力分析

本文在已有的研究成果基础上,以客运专线18号道岔为例,考虑到尖轨断面在逆向进岔方向是不断加宽加高的不规则实体,选取磨耗型踏面车轮,建立起弹性基底约束条件下的道岔区转辙器部分轮轨接触计算模型,对尖轨轨头顶宽20mm—50mm范围内轮载过渡区,车轮贴靠钢轨运行时,尖轨及基本轨的轮轨接触应力进行较为细致的分析,在轮载过渡区,不仅会发生与区间相同的“单点接触”和“两点接触”,有时还会出现“三点接触”,垂向力是以一定的比例从基本轨向尖轨过渡的。文中对于四个断面的接触应力进行了计算,分别为尖轨顶宽20mm、30mm、40mm、50mm断面,对该区域基本轨、尖轨接触应力的变化进行了比较分析。此外,选取了20mm、50mm两个断面进行了不同参数对轮轨接触应力的影响分析,包括横移量、摩擦系数、轴重、基底约束条件以及轨下基础的横向、垂向支承刚度等。为确定容许过岔速度和改进道岔结构设计提供理论依据。研究表明,轮轨接触位置即横移量对接触应力的影响最大,...  (本文共88页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
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货车车轮踏面制动热损伤研究

随着高速、重载技术的发展,现代铁道车辆的动能正在不断增加,强大的制动能力是保证列车安全可靠运行的重要条件。对于货运列车来说,目前其主要制动方式仍然是踏面制动,即必须通过基础制动装置的车轮踏面与闸瓦这对摩擦副将动能转化为热能,从而使车轮踏面,特别是高速重载列车车轮处于强摩擦、高热负荷以及较大制动力和离心力等耦合的条件下工作。踏面制动的可靠性直接影响车辆的行车安全,其中热疲劳是造成车轮失效破坏的主要原因。关于工程结构热疲劳方面的研究己开展很多,本文就铁道车辆踏面制动热疲劳问题为研究对象。本文主要作了以下工作:1、就目前世界各国所用车轮钢的材料和性能作了研究,对比了世界各个主要国家车轮钢材料的化学成分和性能。并阐述了目前国内外车轮的制造方式和制造工艺,分析了目前车轮的主要失效形式以及这些失效的产生机理。2、在已知试验研究的CL60钢力学本构关系的基础上,系统地对车轮在热负荷增加的情况下引起的温度场、应力场进行了数值模拟分析。3、对车轮...  (本文共62页) 本文目录 | 阅读全文>>

《铁道车辆》2014年01期
铁道车辆

考虑车轮不圆的轮轨法向接触问题研究

我国高速列车运行速度已达300km/h,由车轮不圆引发的轮轨高频振动会加剧,这将加快走行部零部件的疲劳损坏,加剧车轮磨耗、钢轨波磨,增大噪声,导致乘车舒适度下降[1-2]。因此,为了真实反映车轮不圆对轮轨接触的影响,已不能采用传统的轨道几何不平顺激励模型来模拟车轮不圆,而应该建立精确的轮轨接触模型,这是得到可靠的动力学仿真结果的基础。而法向问题又是轮轨接触关系的基础,由于考虑车轮不圆后切向接触为非稳态接触,因此本文假设切向接触对法向接触不产生影响,只研究车轮不圆对法向接触的影响。1三维轮轨模型根据现场试验中得到的车轮径向跳动和踏面外形磨耗测试数据来描述车轮外形,以得到更接近实际情况的车轮模型。对同一个车轮不同位置的踏面外形进行了现场测试,共测量n个位置。根据所得截面踏面外形给予相应的滚动圆半径,进行拉伸处理(图1(a)),然后通过插值细化,再将拉伸体卷起(图1(b)),即可得到三维车轮模型。同样,可根据轨头截面外形,通过拉伸处理...  (本文共5页) 阅读全文>>

西南交通大学
西南交通大学

铁路列车轮轨型面优化研究

轮轨几何型面匹配关系直接影响铁路车辆的运行性能、运输成本和运行安全,一直是国内外高速铁路技术研究的重要内容。随着我国高速铁路的大规模兴建与运营,轮轨问题日益突出。目前钢轨打磨与旋轮是广泛采用的轮轨伤损与疲劳裂纹控制方法,并对此进行广泛的研究。但轮轨几何形状不匹配,必将影响车辆的动力学性能,增加轮轨的伤损,给轮轨的维护与维修带来很大的负担。一个经济有效的方法是对轮轨型面进行优化,寻找轮轨匹配时性能最佳的踏面。因此,开展轮轨型面优化的研究具有重要的理论意义和较强的工程应用背景。本文以非线性规划理论、车辆-轨道耦合动力学理论、轮轨滚动接触理论等为基础,应用数值方法对车轮型面优化进行了如下研究工作并取得成果。1.开发了一种新的车轮踏面数值优化方法。此方法以轮轨法向间隙为目标函数,采用正向求解方法对车轮踏面进行优化,不再依赖大量的现场经验。为提高优化的计算速度,对序列二次规划法进行了深入的研究,将此方法与拉格朗日法、拟牛顿法相结合,并采用...  (本文共83页) 本文目录 | 阅读全文>>

《上海铁道科技》2015年04期
上海铁道科技

轮轨摩擦控制技术对轮轨相互作用影响分析

高速、重载、大密度已成为现代铁路网络的共同特点,最大的轴重为40 t,列车总重高达100 000 t,车辆数量最多达682节(澳大利亚)。与此同时,钢轨的磨耗、轨道结构的伤损也在加剧。尤其是在小半径曲线、长大坡道地段,轮轨相互作用越来越大,钢轨磨损严重,轨道部件的损坏、道床残余变形的积累,严重影响行车安全,加大了线路养护与维修的工作量,缩短了钢轨换轨周期。此外,小半径曲线上的轮轨啸叫声和严重的波磨影响了旅客列车的舒适性并会造成列车和轨道部件的损伤。所以旨在降低轮轨磨耗和轮轨相互作用的轮轨润滑技术被提出并逐渐发展为轮轨全面摩擦控制技术。1全面摩擦控制全面摩擦控制是在轮轨界面上有目的地引入第三介质(如润滑剂或摩擦调节剂),使之生成润滑膜,把干摩擦变为润滑剂的分子内摩擦,以降低磨损和轮轨噪音、优化列车及轨道的动力学性能、增加列车通过能力和降低能耗。全面摩擦控制强调同时实施轨顶面摩擦控制和轨距角润滑。摩擦控制剂包括固态和液态两种。其中轨...  (本文共3页) 阅读全文>>

《铁道机车车辆》1995年01期
铁道机车车辆

轮轨间粘着机理的再认识

现有铁路列车无论是牵引或制动都通过;N八。在车轮和钢轨之间存在的粘着来实现。当粘 卜既厂一7一一厂一可一门F一丁一7一1着力不足啪u车轮产生空转或滑行,使车轮 交一nL一上一上卜/一二一J二J一J——“’r二7二’丫、二丁二丁.T’”、.二.:二 储 0.50广一一卞一一了了一下一一下一一丁一一厂一1踏面出现擦伤及剥离之类的损伤,从而使列@I【I\【!【1【车舒适度下降,引起噪声、振动以及由于冲 一’·枯广一1Y一卞一丫广一丁一一广一卞一1击载荷加大,使车轴、轴承和钢轨等寿命降。4。L一上一上一上一/一二一J一J低。I\I①hi\【I!I 长期以来实践证明,粘着系数随列车速’·%卜J十气才\斗士广一叫一叫一叫度增高而明显降低(如图1所示)。另一方面。。nL一上一上Lb一\一上一上一J机车及车辆轴重又受到线路的限制,所以粘!\【!\卜\【11着问题是铁路运输髓化的一个重要因素。’·历卜兮汀一一J十\.勺一叶一叫 近 20多年来,世...  (本文共8页) 阅读全文>>