高速列车偏心车轮踏面的高阶多边形磨耗机理研究OA北大核心

目的研究高铁车轮几何偏心与车轮踏面高阶多边形磨耗之间的关系。方法在匀速运行期间对高速列车轴箱体的三向振动加速度进行测试,并分析功率谱密度;建立轮对-钢轨系统有限元模型,采用瞬时动态法计算车轮不同几何偏心工况下轮轨力的波动情况;采用复特征值法分析轮轨在饱和纵向蠕滑力激励下系统的稳定性,预测引起车轮高阶多边形磨耗的轮轨不稳定振动,并研究对列车运行速度和运营环境的影响。结果高速列车以237 km/h的速度运行且轮轨摩擦因数为0.23时,0.7 mm及以上的车轮几何偏心量会导致轮轨最大纵向蠕滑力达到饱和状态,引起614 Hz的轮轨系统不稳定振动,造成车轮24~25阶多边形磨耗的形成。当车速从200 km/h分别增至300、400 km/h时,引起纵向蠕滑力饱和的车轮几何偏心临界值从0.8 mm分别减至约0.67、0.56 mm。当轮轨间摩擦因数为0.21及以上时,饱和纵向蠕滑力激励的轮轨系统614 Hz不稳定振动的等效阻尼比随着轮轨摩擦因数的增大而减小。在摩擦因数0.21~0.27范围内,该振动的发生趋势线性增强。当摩擦因数降至0.21以下时,该振动趋于稳定。结论在列车高速运行时,超过一定临界值的车轮几何偏心可引起轮轨纵向蠕滑力周期性饱和,激发轮轨系统不稳定振动,从而引起踏面高阶多边形磨耗。车速的提高会导致车轮几何偏心临界值的降低,轮轨摩擦因数增大会造成不稳定振动的发生趋势线性增强,进而引发更为严重的车轮高阶多边形磨耗。