鐵路鋼軌波磨和車輪多邊形磨耗研究

目錄
第1章 鋼軌波磨研究概述 1
1.1 問題的提出 1
1.2 鋼軌波磨理論 2
1.2.1 輪軌滾動接觸摩擦功 2
1.2.2 波長固定機理 3
1.2.3 鋼軌損傷機理 9
1.2.4 輪軌接觸濾波 10
1.3 鋼軌波磨的控制方法 11
1.4 鋼軌波磨理論與研究存在的問題 12
參考文獻 15
第2章 輪軌滾動接觸蠕滑力及滑動問題 17
2.1 輪軌接觸幾何關(guān)系 17
2.2 彈性體赫茲接觸理論 17
2.3 輪軌接觸蠕滑力理論 21
2.3.1 輪軌蠕滑率的定義 21
2.3.2 Kalker 線性蠕滑力理論 22
2.3.3 非線性蠕滑力理論 23
2.4 輪軌的滾動與滑動問題 26
2.5 車輛通過*線線路的輪軌滑動問題 27
2.5.1 SIMPACK多體動力學(xué)軟件 28
2.5.2 SIMPACK運動方程建立 28
2.5.3 車輛動力學(xué)仿真 31
2.5.4 車輛-軌道系統(tǒng)的動力學(xué)模型 32
2.5.5 車輛通過*線線路的動力學(xué)仿真 34
2.5.6 輪軌間的相互作用力 35
2.6 牽引或者制動工況下的輪軌滑動問題 40
參考文獻 42
第3章 摩擦自激振動理論 43
3.1 摩擦自激振動機理介紹 43
3.1.1 黏著-滑動機理(摩擦力-相對滑動速度關(guān)系的負斜率機理) 44
3.1.2 自鎖-滑動機理 46
3.1.3 模態(tài)耦合機理 47
3.2 摩擦自激振動的有限元建模方法 48
3.2.1 通過幾何耦合方式添加摩擦力作用 48
3.2.2 通過數(shù)學(xué)方法添加摩擦力作用 49
3.2.3 摩擦自激振動的分析方法 53
3.3 摩擦自激振動理論的試驗驗證 60
3.3.1 金屬往復(fù)滑動摩擦自激振動試驗系統(tǒng)簡介及試驗結(jié)果 60
3.3.2 金屬往復(fù)滑動系統(tǒng)的有限元建模 62
3.3.3 金屬往復(fù)滑動系統(tǒng)的有限元復(fù)特征值分析 63
3.3.4 金屬往復(fù)滑動系統(tǒng)的有限元瞬時動態(tài)分析 66
參考文獻 68
第4章 鋼軌波磨發(fā)生的規(guī)律性研究 70
4.1 地鐵線路鋼軌波磨初始形成以及發(fā)展過程的跟蹤調(diào)查研究 71
4.1.1 *線半徑R=350m*線鋼軌波磨初始形成和發(fā)展過程的跟蹤調(diào)查 71
4.1.2 *線半徑R=600m*線鋼軌波磨初始形成和發(fā)展過程的跟蹤調(diào)查 80
4.2 地鐵站間 S 形*線區(qū)段鋼軌波磨的調(diào)查 85
4.3 地鐵線路 R=500m *線鋼軌波磨的調(diào)查 89
4.4 其他地鐵線路鋼軌波磨的調(diào)查 91
4.5 干線鐵路鋼軌波磨照片 95
4.6 鋼軌波磨發(fā)生率的調(diào)查統(tǒng)計 96
4.6.1 地鐵線路鋼軌波磨發(fā)生率 96
4.6.2 干線鐵路鋼軌波磨發(fā)生率 97
4.7 鋼軌波磨發(fā)生的規(guī)律性 97
參考文獻 98
第5章 輪軌系統(tǒng)摩擦自激振動引起鋼軌波磨的建模方法研究 100
5.1 輪軌系統(tǒng)組成 101
5.2 輪軌系統(tǒng)摩擦自激振動有限元模型 101
5.2.1 輪軌系統(tǒng)簡化模型 101
5.2.2 單輪對-軌道-軌枕系統(tǒng)模型 103
5.2.3 單輪對-軌道-軌道板系統(tǒng)模型 105
5.2.4 單輪對-軌道-浮軌式減振扣件-軌道板系統(tǒng)模型 107
5.2.5 單輪對-軌道-梯形軌枕系統(tǒng)模型 109
5.3 輪軌系統(tǒng)摩擦自激振動模型的精細研究 110
5.3.1 多 輪對-軌道系統(tǒng)摩擦自激振動模型 110
5.3.2 輪對-軌道系統(tǒng)摩擦自激振動模型的約束問題 111
5.3.3 輪對-軌道系統(tǒng)摩擦自激振動模型中扣件的模擬方法研究 113
5.3.4 輪對縱向位置對鋼軌波磨頻率的影響 117
5.3.5 鋼軌用實際*線模擬的輪軌系統(tǒng)摩擦自激振動研究 118
參考文獻 119
第6章 小半徑*線鋼軌波磨發(fā)生機理的研究 122
6.1 小半徑*線鋼軌波磨典型問題 122
6.2 小半徑*線內(nèi)軌波磨、外軌無波磨的機理研究 126
6.2.1 小半徑*線軌道輪軌系統(tǒng)的仿真模型 126
6.2.2 輪軌系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 128
6.2.3 輪軌系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)分析 129
6.2.4 摩擦自激振動導(dǎo)致鋼軌波磨理論模型的驗證 133
參考文獻 134
第7章 科隆蛋減振扣件直線線路鋼軌波磨研究 136
7.1 科隆蛋減振扣件的直線線路鋼軌波磨問題 136
7.2 科隆蛋減振扣件直線線路鋼軌波磨發(fā)生機理研究 137
7.2.1 科隆蛋減振扣件的輪軌系統(tǒng)仿真模型 137
7.2.2 輪軌間蠕滑力分析 139
7.2.3 輪軌系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 140
7.2.4 輪軌系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)分析 141
7.3 科隆蛋減振扣件的小半徑*線軌道鋼軌波磨發(fā)生機理研究 142
7.4 扣件剛度對鋼軌波磨的影響研究 144
參考文獻 146
第8章 分段鋪設(shè)普通短軌枕和科隆蛋減振扣件的小半徑*線線路鋼軌波磨波長突變的機理研究 148
8.1 分段鋪設(shè)的軌道支撐結(jié)構(gòu)變化時鋼軌波磨特征描述 148
8.2 分段鋪設(shè)的軌道支撐結(jié)構(gòu)變化時鋼軌波磨預(yù)測模型 149
8.2.1 分段鋪設(shè)的軌道支撐結(jié)構(gòu)變化時輪軌接觸模型 149
8.2.2 分段鋪設(shè)的軌道支撐結(jié)構(gòu)變化時輪軌系統(tǒng)仿真模型 150
8.3 分段鋪設(shè)的軌道支撐結(jié)構(gòu)變化時鋼軌波磨預(yù)測結(jié)果分析 151
8.3.1 輪軌系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 151
8.3.2 輪軌系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)分析 154
參考文獻 155
第9章 *線外軌波磨產(chǎn)生機理研究 157
9.1 *線外軌波磨發(fā)展過程的直接觀察和分析 157
9.1.1 *線外軌波磨發(fā)展過程的直接觀察 157
9.1.2 *線外軌波磨的特征分析 157
9.2 *線外軌波磨的理論研究 166
9.2.1 *線外軌波磨理論模型 166
9.2.2 仿真結(jié)果 167
參考文獻 168
第10章 輪軌滑動——鋼軌波磨發(fā)生的主要根源兼論大半徑*線和直線線路的鋼軌波磨機理 169
10.1 大半徑*線和直線線路的輪軌蠕滑力飽和狀態(tài) 170
10.1.1 車輛惰行通過大半徑*線和直線線路時輪軌蠕滑力飽和系數(shù)的變化 170
10.1.2 車輛在制動工況下通過大半徑*線和直線線路時輪軌蠕滑力飽和系數(shù)的變化 172
10.1.3 車輛在牽引工況下通過大半徑*線和直線線路時輪軌蠕滑力飽和系數(shù)的變化 174
10.2 輪軌滑動——鋼軌波磨發(fā)生的主要根源 176
10.2.1 小半徑*線鋼軌波磨問題 177
10.2.2 大半徑*線和直線線路鋼軌波磨問題 177
10.3 輪軌滑動作為鋼軌波磨發(fā)生的根源的初步驗證 181
10.3.1 直線電機驅(qū)動地鐵列車線路的波磨問題調(diào)查 181
10.3.2 普通地鐵線路大半徑*線波磨控制的例子 183
參考文獻 184
第11章 鋼軌波磨理論模型驗證方法的研究 185
11.1 鋼軌波磨理論模型驗證問題研究 186
11.1.1 現(xiàn)行的鋼軌波磨理論模型的驗證方法 186
11.1.2 現(xiàn)行鋼軌波磨理論模型驗證方法的局限性 186
11.1.3 現(xiàn)行鋼軌波磨理論模型預(yù)測準確率偏低的原因研究 187
11.2 鋼軌波磨理論模型的驗證工況及驗證步驟 188
11.2.1 鋼軌波磨宏觀統(tǒng)計數(shù)據(jù) 188
11.2.2 鋼軌波磨微觀跟蹤觀察數(shù)據(jù) 189
11.2.3 鋼軌波磨理論模型驗證的基準工況及驗證步驟 191
11.3 摩擦自激振動引起鋼軌波磨理論模型的驗證 192
11.3.1 銷-盤摩擦副摩擦自激振動引起波磨的試驗研究 192
11.3.2 實際鋼軌波磨的測量與輪軌系統(tǒng)摩擦自激振動的預(yù)測 196
11.4 鋼軌波磨的快速預(yù)測方法 202
參考文獻 203
第12章 鋼軌波磨基礎(chǔ)理論的進一步研究 205
12.1 鐵路鋼軌振動測量 206
12.1.1 地鐵小半徑線路鋼軌振動測量 206
12.1.2 地鐵大半徑線路鋼軌振動測量 208
12.1.3 干線鐵路直線線路鋼軌振動測量 210
12.2 鐵路鋼軌波磨頻段振動信號分析 212
12.2.1 鐵路鋼軌振動信號的分離技術(shù) 212
12.2.2 鐵路鋼軌波磨頻段振動信號的提取 213
12.3 鋼軌波磨基礎(chǔ)理論的再研究 223
12.3.1 問題的提出 223
12.3.2 波磨振動相位固定機理的研究 223
12.3.3 鋼軌波磨連續(xù)激勵機理的研究 225
參考文獻 225
第13章 鋼軌波磨的主動控制技術(shù) 226
13.1 小半徑*線鋼軌波磨的主動控制 226
13.1.1 小半徑*線無波磨車輪構(gòu)型 226
13.1.2 三種車輪構(gòu)型的輪軌系統(tǒng)摩擦自激振動研究 227
13.1.3 三種車輪構(gòu)型的輪軌系統(tǒng)摩擦自激振動參數(shù)敏感性分析 229
13.2 大半徑*線或者直線線路鋼軌波磨的主動控制 235
13.3 地鐵線路外軌波磨的主動控制 235
參考文獻 236
第14章 高速列車車輪多邊形磨耗機理研究 237
14.1 車輪多邊形磨耗現(xiàn)象及其影響 237
14.2 車輪多邊形磨耗機理研究現(xiàn)狀 239
14.2.1 國外研究現(xiàn)狀 239
14.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 240
14.2.3 車輪多邊形磨耗的特點 241
14.3 車輪多邊形磨耗理論模擬 243
14.3.1 高速列車車輪多邊形磨耗模型 243
14.3.2 高速輪軌系統(tǒng)摩擦自激振動的參數(shù)敏感度研究 246
參考文獻 250
第15章 高速列車輪對質(zhì)量偏心引起車輪多邊形磨耗的研究 253
15.1 質(zhì)量偏心輪對-鋼軌系統(tǒng)有限元模型 253
15.1.1 高速列車拖車軸箱體振動加速度的現(xiàn)場測試 253
15.1.2 高速列車質(zhì)量偏心拖車輪對-鋼軌系統(tǒng)有限元建模 255
15.1.3 輪軌法向接觸力波動引起的車輪踏面磨耗分析 257
15.1.4 高速列車車輪偏心磨耗的形成 258
15.1.5 高速列車車輪偏心磨耗的發(fā)展 260
15.2 高速列車輪對幾何偏心對車輪高階多邊形磨耗的影響研究 262
15.2.1 高速列車幾何偏心輪對-鋼軌系統(tǒng)有限元模型 263
15.2.2 輪對幾何偏心對車輪不圓磨耗的影響分析 263
參考文獻 267
第16章 地鐵車輪多邊形磨耗的機理研究 268
16.1 地鐵車輪多邊形磨耗的數(shù)值模型 270
16.1.1 地鐵輪對-軌道系統(tǒng)的接觸模型 270
16.1.2 地鐵輪對-軌道系統(tǒng)的有限元模型 270
16.2 仿真結(jié)果分析 272
16.2.1 地鐵輪對-軌道系統(tǒng)的不穩(wěn)定振動對車輪多邊形磨耗的影響 272
16.2.2 輪軌摩擦系數(shù)對車輪多邊形磨耗的影響 275
16.2.3 軌下墊板剛度對車輪多邊形磨耗的影響 275
參考文獻 276