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1、西南交通大学硕士学位论文地铁车辆车轮椭圆问题研究姓名：鲍火英申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：罗世辉20071101西南交通大学硕士研究生学位论文第页A b s t r a c tB a s e do nt h ep r o b l e m se x i s t i n gO l lc e r t a i ns u b w a yl i n e 2 ，i nv e h i c l e ss y s t e md y n a m i c sp o i n to fv i e w , r e s e a r c h e sa r ec a r r i e do u to nt h ep h
2、 e n o m e n ao fe a s yw h e e lt r e a ds p a l l i n g , w h e e le l l i p s a t i o na n ds e v e r ev e r t i c a lv i b r a t i o no fc a rb o d y A i ma tt h ep h e n o m e n o no fb a dv e r t i c a ld y n a m i cb e h a v i o ro ft h es u b w a yl i n e2v e h i c l e s ，c o m p r e h e n s
3、 i v ea n a l y s i sh a sb e e nc a r r i e do u to nt h ev e h i c l ed y n a m i cb e h a v i o r A n do p t i m i z a t i o nh a sb e e np e r f o r m e do l lt h ec r i t i c a lp a r a m e t e r sr e l a t i n gt ot h ew h e e le l l i p s a t i o n ( t h em a i ne s t i m a t i o ni n d e xi
4、st h el o n g i t u d i n a lv i b r a t i o no fw h e e l s ) a n dv e h i c l ev i b r a t i o n 皿et w om a i np a r a m e t e r sa r e “ c o m p o s e dI o n g i t u d i n a ls t i f l h e s so ft r a c t i o nd e v i c ea n dc o m p o s e dl a t e r a l ( a n dI o n g i t u d i n a l ) s t i f f
5、 n e s so fi n s ts u s p e n s i o n D y n a m i ca n a l y s i ss h o w st h a t ，w h e nt h e r ei sv e r t i c a ls h o c ke x c i t a t i o n ，s h o r tt r a c t i o nr o dm a k e st h ev e r t i c a lv i b r a t i o na c c e l e r a t i o no fv e h i c l ee n di n c r e a s ea b o u t5 0 i nc
6、o m p a r i s o nt ot h ec a s eo fl o n gt r a c t i o nr o do rw i t h o u tt r a c t i o nr o d ；w h e ns u d d e nb r a k i n go rt r a c t i o ni sa p p l i e do nv e h i c l e ，s h o r tt r a c t i o nr o da l s om a k e sv i b r a t i o na c c e l e r a t i o no fv e h i c l e s i n c r e a s
7、 es i g n i f i c a n t l y S i n c ef r e q u e n ta n dl o n gt e r mb r a k i n gi sa p p l i e do ns u b w a yv e h i c l e s ，v e n i c a iv i b r a t i o no fv e h i c l e so f t e nk e e p sM g hl e v e l 1 1 1 cc a l c u l a t i o nr e s u l t sa r et h et h e o r e t i c a le v i d e n c e
8、st ou s et h el o c a l i z e dd e v i c e st or e d u c et h ew h e e le l l i p s a t i o np r o b l e mo f1 1 l cs u b w a yl i n e 2 n ct w os o l u t i o n sa r ec o n s i d e r e dc r i t i c a lt os o l v et h ep r o b l e m s O nl i n e 2t h ew h e e le i l i p s a t i o np r o b l e mi sa s
9、 s o c i a t e dw i t ht h eb i gv e r t i c a lv i b r a t i o n ，i e a sf o rl i n e 2v e h i c l e s ，s m a l le l l i p s eo nw h e e lw i l li n c r e a s ev e h i c l ev i b r a t i o n a n di n c r e a s e dv e h i c l ev i b r a t i o nw i l Im a k ew h e e le l l i p s ed e v e l o pf u r t
10、 h e r m o r e ，a n dl e a d st of r e q u e n tw h e e lr e p r o f i l i n g S ow h a t si m p o r t a n ti st or e d u c et h ea s s o c i a t i o nl e v e l n cc a l c u l a t i o nr e s u l tc a nn o ty e tp r o v i d ed i r e c te v i d e n c et oa p p r o v et h a tt h ew h e e lo u t - o f -
11、 r o u n d n e s si sc a u s e db ys h o r tt r a c t i o nr o d ，n o rt oa v o i dt h ea s s o c i a t i o nb e t w e e nt h e m ，b u tt h en e g a t i v ei n f l u e n c eo fb i g c o n n e c t i o ns t i f f u e s so fs h o r tt r a c t i o nr o di so b v i o u s K e y w o r d s ：S u b w a yv e h
12、 i c l e ；w h e e le l l i p s e ；d y n a m i c s ；t r a c t i o nr o d ；l o n g i t u d i n a ls t i f f n e s s西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页1 1 车轮损伤概述第1 章绪论铁路车轮是列车运行的关键部件之一，它与钢轨、车轴并称为铁路3 大安全部件1 1 1 。随着我国铁路高速重载化的进行，铁路车轮的损伤问题也越来越 严重，车轮损伤包括踏面磨耗、疲劳裂纹、剥离、掉块、崩轮、崩箍等。从丧失功能的程度方面看，车轮损伤可以归纳为危及行车安全，失去安全工作能力、超过规定的失效判据等3
13、 种情况；从统计分析角度方面看，车轮失效 可分为早期失效、随机( 或偶然) 失效及疲劳失效。在各种形式的车轮损伤中，车轮踏面的损伤问题占有很大的比例。实际 运用过程中车轮踏面的损伤是多方面的，关于它们的形成机理和影响的研究都很不够。车轮踏面型面的变化，主要指车轮表面相对水平或横向理论形状的偏差和相对圆周方向的圆形的偏差两种情况I 到。现有的许多实例表明，发生的磨损在横向水平既不对称，在圆周方向也不均匀。车轮型面的改变会因为磨耗造成，而这又是由轮轨接触力所引起，主要与下列因素有关：线路走向、 车辆运用区域、车辆用途、走行部类型与技术、轮轨接触几何关系、轴重、粘着利用、气候因素、轮缘润滑及轨道的润
14、滑与污染状态、轮，轨材质、维护保养原则和轮对制造技术1 3 】。车轮失圆是车轮型面变化的一种常见类型，车轮失圆后，会对轨道形成冲击或产生噪声。文献1 4 】叙述了各种类型的车轮失圆问题的起因及结果，周 期性的车轮不圆度产生的噪音及振动会影响乘客，尤其在特定车速下。车轮不圆度会使得轮轨垂向接触力增大，导致轨道、车辆组成部件如轮对轴承、 轨枕及轨道疲劳而缩短使用寿命；相互独立的严重车轮表面擦伤会产生高频重复冲击载荷；踏面波状磨耗产生滚动干扰噪音：具有不规则波长的车轮多 边形化导致轮轨接触的动态垂向力低频成分增加因此，研究车轮失圆的形成原因以及找到合适的解决办法具有重要意义随着2 0 0 7 年实施
15、的第6 次大提速，列车运行时速从1 6 0 公里提高到时速2 0 0 公里，尽快对目前铁路机车车轮踏面损伤问题开展研究，解决这一困扰铁 路的老大难题，对于铁路客运提速、货物运输快捷化、大宗运输重载化，最终实现中长期铁路网规划制订的目标，使我国铁路机车车辆技术达到国西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页际先进水平，确保国民经济大动脉长期健康和畅通具有十分重要的意义。1 2 车轮损伤的类型从运用统计的角度，车轮损伤主要分为以下8 类晦J ：1 ) 表面擦伤表面擦伤通常成对发生于同一轮对的两个车轮上，出现在同样的径向位置：擦伤部位位于踏面中间：通常出现拉痕并伴有掉块现象；两个车轮的损伤程度通常不同；
16、也可能不会发生掉块现象；沿圆周滚动方向可能会出现几个擦伤。当车轮空转时，接触斑的一小块区域被迅速致热，以致于无法承受车轮的支撑载荷而变扁。而当车轮停止空转并重新建立滚动时，受热区又迅速变冷导致材料相变生成马氏体，这种变化伴随体积的显著改变，产生裂纹区并在受伤区和车轮轮周其他部位间扩展，最终导致掉块，车轮变扁会显著增大动态载荷，最终会促成车轮剥离。图1 1 所示为典型的表面擦伤情况。图1 1 表面擦伤图1 2 车轮打滑损伤2 ) 车轮打滑损伤车轮打滑损伤发生在同一轮对两个车轮相同的径向方向；该损伤沿轮周方向的分布通常不是连续的，而是出现几个损伤斑；车轮的滑动损伤会形成带状或马氏体斑；损伤发生在踏面中间；车轮裂纹会沿硬化的马氏体层横向扩展，而且马氏体斑的边界由于马氏体本身非常硬且耐腐蚀，因此是非常清晰的；最终会形成掉块。图1 2 所示为车轮打滑损伤。当车轮打滑时，接触斑的一个小延长区将迅速致热，与车轮空转有所不同的是，由于车轮的持续转动，不会出现压扁的情况，但会在加热区沿踏面方向形成掉块，当车轮停止打滑恢复正常滚动时，热影
