【摘 要】
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近年来,中国经济迅速增长,高速铁路取得了跨越式进展,截至2019年底中国高速铁路运营总里程超过3.5万公里,占世界高速铁路运营里程比例超七成。随着运行速度的提高,大量技术问题得以显现,其中包括日益严峻的轮轨黏着问题。轮轨黏着特性很大程度上影响着高速铁路的牵引、制动性能及运行品质,而第三介质对于轮轨黏着的作用不可忽视。因此,研究不同第三介质对高速列车轮轨接触的影响,对于延长车轮使用寿命,降低车辆运营
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近年来,中国经济迅速增长,高速铁路取得了跨越式进展,截至2019年底中国高速铁路运营总里程超过3.5万公里,占世界高速铁路运营里程比例超七成。随着运行速度的提高,大量技术问题得以显现,其中包括日益严峻的轮轨黏着问题。轮轨黏着特性很大程度上影响着高速铁路的牵引、制动性能及运行品质,而第三介质对于轮轨黏着的作用不可忽视。因此,研究不同第三介质对高速列车轮轨接触的影响,对于延长车轮使用寿命,降低车辆运营成本具有重要意义。本文运用试验和仿真计算两种方法对高速列车的轮轨接触进行研究,搭建了一种轮轨接触试验台,对磨耗后高速列车轮对和60kg/m钢轨使用线切割技术进行加工,获得了实验所需的车轮试块和钢轨试块,进行试验研究以及接触计算。主要得出以下结论:(1)在高速列车轮轨间不同的横移量位置处进行轮轨接触实验,磨耗后的车轮踏面几何外形发生改变,不同横移量下的接触状态也随之改变;以对中位置为中心,远离轮缘方向,接触斑形状为椭圆形,靠近轮缘位置,出现多点接触现象,接触斑面积较大。(2)根据实验结果,干洁轮轨间的摩擦系数为0.45左右,轴重的改变对轮轨间的摩擦系数较小;水、油、落叶等介质作用下,轮轨间摩擦系数在0.24-0.32之间,与干洁轮轨间的摩擦系数相比,下降幅度为27.27%-45.45%;石英砂作用下,摩擦系数为0.98,与干洁轮轨间相比,轮轨间摩擦系数上升122%。(3)探究不同轴重、不同第三介质对高速列车轮轨间摩擦系数的影响,水介质、油介质、落叶介质单独存在于轮轨间都会使得轮轨间的摩擦系数降低;石英砂介质可以增大轮轨间的摩擦系数,水和落叶同时存在时将使得轮轨之间的摩擦系数急剧减小,石英砂能明显地改善由于水、油、落叶导致的牵引不足现象。(4)建立轮轨接触三维有限元模型,针对高速列车的启动工况进行有限元计算,将实验结果与有限元计算结果进行对比分析,分析不同摩擦系数下的等效应力和轮轨接触力;随着横移量变化,靠近轮缘位置处的最大等效应力和最大轮轨接触法向力均大于远离轮缘位置,不同横移量对轮轨接触摩擦力影响较小,摩擦系数对轮轨接触间的最大Mises等效应力以及轮轨接触力影响较小。
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