小半径曲线钢轨波磨抑制措施的研究

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如今轨道交通已成为我国交通运输的重要组成部分,轨道交通不仅可以缓解区域间的交通压力,还可以带动区域间的经济交流,为我国经济平稳快速发展做出了重要的贡献。然而轨道交通自身就面临多种技术难题,钢轨波磨就是我们常见的一种轨道交通技术难题,钢轨波磨的存在会加剧列车的轮轨间振动,一方面降低了零部件的使用寿命,另一方面极大的降低了旅客的乘坐舒适性。世界各国的轨道交通部门,每年都会在钢轨波磨问题上投入大量的人力和物力,但是效果并不理想。对钢轨波磨的认知还不够透彻,因此认清钢轨波磨的发生机理,提出减缓或抑制钢轨波磨的措施具有重要的意义。在小半径曲线工况下,即轨道半径小于或者等于350 m,该轨道区间段几乎百分百会产生钢轨波磨,本文基于饱和蠕滑力引起轮轨系统摩擦自激振动,最终导致钢轨波磨的观点,在ABAQUS有限元软件中,建立轮轨系统模型,相关研究工作及结果如下:(1)运用SIMPACK动力学分析软件,建立车辆系统动力学模型,首先分析了轨道曲线半径300 m的工况下蠕滑力饱和情况,研究表明转向架导向轮对和钢轨间的蠕滑力在小半径曲线下是饱和的。接着提取小半径曲线下车辆系统动力学相关参数,在ABAQUS有限元软件中建立轮轨系统模型,运用所提取的参数模拟小半径曲线下轮轨系统的状态,采用复数特征值分析方法和瞬时动态分析方法,对轮轨系统运动稳定性进行了研究分析,结果显示小半径曲线工况下轮轨系统的运动是不稳定的,不稳定振动产生于内轮内轨上,从而引起钢轨波磨,这个结果与钢轨波磨现场实测的情况是相符合的。最后对轮轨系统进行瞬时动态分析,结果表明内侧轮轨间法向接触力和垂向振动加速度明显高于外轨,这意味着钢轨波磨更容易发生于内侧钢轨上,这与复特征值分析的结果基本一致。(2)在ABAQUS有限元软件中模拟曲线半径350 m的工况,分别建立车轮辐板无孔及车轮辐板开孔的轮轨系统有限元模型,运用复特征值分析方法研究了车轮辐板开孔对小半径曲线钢轨波磨的影响。结果表明车轮辐板开孔对小半径曲线钢轨波磨是有一定影响的,选择适当的开孔距离可以增加轮轨系统的运动稳定性,降低钢轨波磨的发生概率。此外辐板开孔直径大小对钢轨波磨的发生趋势有一定的影响,但影响规律并不明显。在辐板开孔数量的研究中,与车轮辐板无孔模型相比,车轮辐板开4孔可以增加轮轨系统的运动稳定性,降低钢轨波磨的发生趋势,但是不能从根本上消除钢轨波磨。(3)在ABAQUS有限元软件中模拟曲线半径300 m的工况,分别建立车轮辐板无阻尼涂层和车轮辐板有阻尼涂层的轮轨系统的有限元模型,运用复特征值分析方法研究了车轮辐板涂敷有阻尼性能的涂层对小半径曲线钢轨波磨的影响。结果显示在车轮辐板涂层的方式中,车轮辐板内侧和辐板双侧涂层方式可增加轮轨系统的运动稳定性,减缓钢轨波磨的发生趋势。在辐板内侧和辐板双侧的涂层中,随着涂层厚度的增加钢轨波磨的发生概率逐渐降低。只在车轮辐板外侧进行涂层会增加轮轨系统的运动不稳定性,增加钢轨波磨的发生趋势,并且随着涂层厚度的增加,钢轨波磨的发生概率逐渐增大。涂层的阻尼系数对钢轨波磨的影响较大,当车轮辐板内侧涂层阻尼系数增大至1.50)-3时,可有效抑制小半径曲线钢轨波磨。
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