【摘 要】
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滚动接触疲劳伤损是影响轮轨自身服役寿命的重要因素之一,而在道岔转辙器部件内,钢轨的滚动接触疲劳伤损是主要的伤损形式之一。本文基于地铁轮轨接触概率分布对地铁道岔转辙器区的钢轨滚动接触疲劳伤损及其影响因素进行了研究,主要工作和结论如下:(1)通过查阅国内外轮轨滚动接触疲劳理论研究的相关文献,明确了研究滚动接触疲劳的目的,选取了本文所需的研究滚动接触疲劳伤损的方法,即通过材料安定图和基于磨耗数的损伤函数
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滚动接触疲劳伤损是影响轮轨自身服役寿命的重要因素之一,而在道岔转辙器部件内,钢轨的滚动接触疲劳伤损是主要的伤损形式之一。本文基于地铁轮轨接触概率分布对地铁道岔转辙器区的钢轨滚动接触疲劳伤损及其影响因素进行了研究,主要工作和结论如下:(1)通过查阅国内外轮轨滚动接触疲劳理论研究的相关文献,明确了研究滚动接触疲劳的目的,选取了本文所需的研究滚动接触疲劳伤损的方法,即通过材料安定图和基于磨耗数的损伤函数去研究钢轨的滚动接触疲劳伤损。(2)建立了地铁车辆-道岔转辙器区刚柔耦合动力学模型,从车辆动力学模型、道岔转辙器区动力学模型与轮轨接触关系三个部分阐述了模型的建立过程。(3)介绍了两种分析钢轨滚动接触疲劳损伤的方法。第一种是基于材料安定图计算钢轨表面疲劳指数的方法,该方法可以分析钢轨表面发生滚动接触疲劳损伤的可能性大小。第二种是基于轮轨接触概率分布,以基于磨耗数的损伤函数为辅助分析钢轨表面滚动接触疲劳损伤发生位置的方法。(4)根据地铁车辆-道岔转辙器区刚柔耦合动力学模型的计算结果,对转辙器区钢轨的蠕滑力合力及其角度分布进行了分析。通过三维弹性体非赫兹接触理论计算了曲尖轨的法向接触应力,并基于材料安定图对曲基本轨、曲尖轨表面疲劳指数分布进行了系统分析。(5)基于磨耗数的损伤函数和轮轨接触概率分布情况,分析了道岔转辙器区滚动接触疲劳损伤大小的分布情况,并比较了速度、轴重、内摩擦因数对滚动接触疲劳损伤的影响。当基于磨耗数的损伤函数位于II区时,轮轨接触概率高的区域与滚动接触疲劳最大值区域重合。曲尖轨在钢轨表面横向累积损伤主要集中在轨距角处,当轨距角处滚动接触疲劳损伤不断积累,会有裂纹和剥离掉块的现象发生。在线路纵向上,曲尖轨滚动接触疲劳损伤在尖轨顶宽36mm-42mm区段较为严重,在养护维修上,要时常对这一区段的钢轨进行打磨。车辆速度对于曲尖轨滚动接触疲劳损伤影响更加显著,车辆轴重对于曲基本轨滚动接触疲劳损伤影响更加显著。而随着轮轨摩擦因数的提高,曲基本轨和曲尖轨的轮轨垂向力、横向力、蠕滑力合力、表面疲劳指数及滚动接触疲劳损伤都有显著提升。相比较而言,轮轨内摩擦因数是影响道岔转辙器区滚动接触疲劳损伤更为显著的因素。
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