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高速车辆车轮踏面磨耗预测及系统参数影响分析

王红兵 李艺 李国芳 王相平 丁旺才 潘彦君

王红兵, 李艺, 李国芳, 王相平, 丁旺才, 潘彦君. 高速车辆车轮踏面磨耗预测及系统参数影响分析[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(5): 786-794. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200362
引用本文: 王红兵, 李艺, 李国芳, 王相平, 丁旺才, 潘彦君. 高速车辆车轮踏面磨耗预测及系统参数影响分析[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(5): 786-794. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200362
WANG Hongbing, LI Yi, LI Guofang, WANG Xiangping, DING Wangcai, PAN Yanjun. Prediction of Wheel Tread Wear of High Speed Vehicles and Analysis of Influence of System Parameters[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(5): 786-794. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200362
Citation: WANG Hongbing, LI Yi, LI Guofang, WANG Xiangping, DING Wangcai, PAN Yanjun. Prediction of Wheel Tread Wear of High Speed Vehicles and Analysis of Influence of System Parameters[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(5): 786-794. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200362

高速车辆车轮踏面磨耗预测及系统参数影响分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200362
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11962013

国家自然科学基金项目 12162020

国家自然科学基金项目 11732014

甘肃省高校大学生就业创业能力提升工程项目 2021

甘肃省自然科学基金资助项目 20JR10RA238

甘肃省高等学校创新基金项目 2021A-041

详细信息
    作者简介:

    王红兵(1996-), 硕士研究生, 研究方向为车辆系统动力学, whb8102@126.com

    通讯作者:

    丁旺才, 教授, 博士, dingdd@163.com

  • 中图分类号: U211.5

Prediction of Wheel Tread Wear of High Speed Vehicles and Analysis of Influence of System Parameters

  • 摘要: 为了进一步探究车轮踏面磨损规律及关键影响因素, 结合UM和MATLAB建立包含车辆-轨道耦合动力学模型、轮轨局部接触模型、磨耗计算模型的车轮踏面磨耗预测模型。根据实际线路特点布置线路工况, 预测车轮踏面磨耗演变规律, 选取车辆和轨道参数, 计算分析所选参数对踏面磨耗演变过程的影响。结果表明: 车轮踏面磨耗主要分布在名义滚动圆两侧, 随运营里程增加, 磨耗量近线性增长, 等效锥度增大但随轮对横移异常波动, 轮轨接触区域向车轮外侧区域扩展但接触区域逐渐局部化; 转臂定位节点纵向刚度越大, 磨耗分布越宽, 磨耗深度越大; 转向架轴距主要影响曲线通过时的车轮磨耗发展; 轨道不平顺是影响车轮磨耗的重要因素, 钢轨打磨和轮轨型面优化是减缓车轮磨耗的有效措施。
  • 图  1  车辆系统动力学模型

    图  2  Archard磨耗系数

    图  3  车轮踏面磨耗预测模型

    图  4  1位轮对左侧车轮磨耗分布

    图  5  2位轮对左侧车轮磨耗分布

    图  6  车轮磨耗速率

    图  7  磨耗车轮与60轨匹配的等效锥度

    图  8  车轮磨耗对轮轨接触点分布的影响

    图  9  转臂定位节点刚度对车轮磨耗影响

    图  10  抗蛇形减振器刚度对车轮磨耗的影响

    图  11  轴距对车轮磨耗的影响

    图  12  轨道不平顺

    图  13  轨道不平顺对车轮磨耗的影响

    图  14  扣件刚度对车轮磨耗的影响

    表  1  车辆系统自由度

    刚体 纵向 横向 垂向 侧滚 点头 摇头
    车体
    构架
    轮对
    轴箱
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    表  2  车辆模型参数

    参数 数值
    车体质量 38 884 kg
    车辆定距 18 m
    构架质量 2 200 kg
    轮对质量 1 517 kg
    名义滚动圆横向跨距 1 500 mm
    名义滚动圆直径 920 mm
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    表  3  线路参数设置

    半径/m 超高/mm 缓和曲线/m 圆曲线/m 占比/%
    直线 - - - 60
    12 000 80 220 480 1
    9 000 100 300 320 7
    8 000 120 340 250 8
    7 000 145 360 210 10
    5 500 165 360 210 7
    5 000 185 360 210 7
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    表  4  计算与实测磨耗结果对比

    运行里程/104 km 踏面磨耗量/mm
    实测 仿真
    26.5 0.61 0.65
    31.0 0.72 0.75
    35.2 0.82 0.71
    40.3 0.94 1.07
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    表  5  轨道不平顺对车轮磨耗仿真工况及结果

    序号 高低不平顺变化因数 水平不平顺变化因数 磨耗量/mm
    1 0.5 1 0.026 9
    2 1 1 0.037 9
    3 1.5 1 0.063 4
    4 1 0.5 0.038 2
    5 1 1.5 0.039 1
    6 0.5 0.5 0.027 0
    7 1.5 1.5 0.064 3
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-27
  • 刊出日期:  2022-05-01

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