钢轨磨耗动力分析模型

钢轨磨耗动力 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 模型 第3l卷第l期西南交通大学Vo1.31No.1 1996年2月JOURNALOFSOUTHWESTJIAOTONGUNIVERSITYFetx1996 (;,7 钢轨磨耗动力分析模型 王?万复光J,,,// (西南交通大学铁道及道路工程系成都610031)一 „【摘要】考虑扣件及道床横向弹性和阻尼,将铜轨作为横向弹性点支承粱,发展了轨道横向动 力分析模型,利用空闻接触理论计算了轮轨接触位置和轮缘摩擦功,对磨耗指数进行 了讨论和修正. 詈苎蝗;慝堡;轨理1,./Y--.7,j【分类号】U260.III 钢轨磨耗是世界范围内广泛关注并长期研究的问题,研究的主要目的在于弄清磨耗的机 理,寻找有效的减磨 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 .磨耗分析的一般方法是建立轮轨系坑振动分析模型,求解轮轨阃的 力及位置关系等列磨耗有影响的参量,建立或选用合适的磨耗指数,用磨耗指数的量值研究磨 耗的特点并判断减磨措施的优劣.如果振动分析模型及磨耗指数能够准确描述各影响因素阃 的关系,则可实现唐耗的定量预测. 磨耗分析所用的轮轨横向动力模型丰要是机车车辆曲线通过计算模型.以往磨耗动力分 析模型的不足之处在于将轨道作刚性处理,忽略了钢轨,道床及路基结构特性对磨耗所起的作 用.因而难以解决从轨道方面寻求减磨措施的问露.钢轨磨耗受列车和轨道两方面因素的综合 影响,因而有必要建立一十包含轨道振动的钢轨磨耗动力分析模型. 1轨道横向动力分析模型 1.1计算横型 吸收现有各计算模型的优点,考虑弹性约束转向架及轨道横向振动,发展了一个非线性轨 道横向动力分析模型.如图1所示. 钢轨为弹性点支承基础上的等截面欧拉粱,在横向力作用下发生水平面内的弯曲变形.轨 枕为刚体质量块且依靠扣件横向弹性和阻尼联接两股钢轨,道床简化为横向弹簧和阻尼器.二 轴转向架以恒速通过曲线地段,转向架由横向弹性定位的轮对和掏架组成,轮踏面为锥形.车 轮与钢轨间依据暗面蠕滑力,轮载及轮缘力取得联系. 将模型离敬为有限单元.轨道取N1个枕跨,两端边界作固定端处理,钢轨为2(N一1) 个粱单元,轨枕为?个刚体单元,轮对和构架分别为单元数2和1的刚体单元.系坑单元总数 为3N+1,单元节点总数为3N+3 本文于l995年3月31日收到 西南交通大学第31卷 l广—一{r]J圭 JIIJ lJ』J雌? 』LJ?矸 fJilJL lLf『币 图】轨道横向动力分析模型 钢轨每一节点有位移和转角两个变量,轨扰每一节点有一位移变量,每一轮对及转向架构 架均有横移和摇头两个变量.为了判断轮缘与钢轨的贴靠情况,增设四个轮缘力变量.系统总 变量数为5N+】0. / 1.2组建振动方程 利用最小势能原理和变分方法建立振动方程.系统应变能包括轨粱,弹性支承,转向架悬 挂的变形自b系统势能包含行参振质量的惯性力,阻尼力,曲线上未被平衡的离心力,轮轨接触 点魁法向反力,轮缘力,轮缘摩擦力及蠕滑力的忙势. 计算中每一步都要依据轮埘和钢轨相q位移判断轮轨贴靠状况.轮缘力位势的一所变分 如式(1)所示. d=\]()( +?(dz 2 )…[?]+?(却一6却)(一1),一1 ‰2)(?F 式中,F.为备轮轮缘力.,(J=1,2)为两轮埘横向位移与摇头位移,6为轮对滚动圊距离之 半.为轮缘摩擦系数,{u[?]为轮对所在钢轨第一梁单元位移列阵与形函数[. 用以下公式所示变分彤式的轮轨位移西调方程来判断某轮缘与钢轨是否贴靠. (】)当第J轴第-车轮(;.J=I.2)贴靠钢轨叫 d,l『r(一I)?c.1(一1)]一O(2) (2)当第#车轮(=1,2,3,)不贴靠钢轨时 0?一O(3) 式中?为车轮所l住处钢轨横向位移;dc为轮轨游同;为车轮所在赴钢轨横向不平顺量值 ? 第1期王平等:钢轨詹耗动力务析模型95 考虑轨遭弹性变形-扦轮轨接触点水平分力对轨道和轮对的影响如式(d)所示 如:P1(却,l一1)P【d1一dz)+P3(却3一d2) +项变分经计算机对号人座形成式(5)所 示系统振动方程 []{())+()]{“()j+()j{“()):{e(O)(5) 每一步长增量(时间或距爵)中包含二种迭代过程:轮缘与钢轨的贴靠判断和选代,蠕滑力 饱和判断及非线性蠕力迭代.以及轮对转速增量迭代三项选代依次进行,首先进行轮缘贴 靠判断,而后迭代转速增量,最后选代蠕滑力振动方程需要反复建立和求解,这一繁琐过程在 计算机中自动完成. 1.3振动方程的求解途径 由于计算模型具有非线性时变特性,振动方程阶数较高,经比较后选用直接积分法中的 Park方法隶解.该方法有较好的低频精度J=_L无超调现象,在非线性问题中无条件稳定 Park方法是三步积分方法,不能自动起步,求某一时刻的未知量时必须用到翦三个积分 步长内的变量值.计算时,首先选代求解静平衡状态各变量值作为初始条件,然后用WiLson一日 法起步.三步以后用Park方法计算.试算表明,枕跨数N取3O时,计算结果误差已小于1, 囚此轨道计算长度戢为30个枕跨而时间积分步长取0.01s与取0.001s的计算结果无明显 差别,所时间步长取为0.O1s.抒种选代误差限取位移增量的2范数所对应的容许精度,即 10,相当于各位移的误差不超过10,已足够精确. 2轮轨接触位置计算 通过轮轨磺向动力模型计算.得到了轮缘力和冲角等数值.已知冲角时,可利用轮轨空间 接触几何关系求解轮轨接胜的有关参量,如接触点位置,接触点闻的超前距和垂向距(1tt生两 点接触时),轮缘接触角等,为钢轨磨耗指数计算提供数据. 隶解轮轨空间几何接脏时,将轮踏面及轨廓彤处理为平滑连接的圆弧和直线段,用迹线 法L3]将空间问题简化为一系列平面问题求解.计算原理虽不复杂, 但实施过程却极为繁琐,并 且轮轨迹线间的问距及轮对移动步长对计算结果的精度影响极大,须仔细试算选取.程序可计 算任意由圆弧和直线段组成轮轨廓彤的空间接触,两股钢轨廓形和轨底坡等可以不相同.对于 新轮新轨.处理办法较勾简便.而埘于旧轨.轨廓形须仔细地 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 为平滑联接的圆弧段才能 计算出正确的结果. 96西南交通大学茅3】誊 3磨耗指数的讨论和修改 从发表的文献和 研究报告 水源地可行性研究报告美术课题研究中期报告师生关系的个案研究养羊可行性研究报告可行性研究报告诊所 中,可以寻找到数十种钢轨磨耗指数.其中主要有Heuman, Marcc~te,Ghonem和Kalousek,Elkins磨耗指数l{一及BoRon和Clayton,Archard,Clayt0n,Bolton 磨耗指数跚.综合分析这些磨耗指数及关于钢轨磨耗机理研究的资料,认为钢轨侧磨量与轮缘 摩擦功(两点接触)存在线性r关系,合理的磨耗指数应当由轮缘摩擦功推导求得,而现有大多数 侧磨指敫都是某种特定条件下轮缘摩擦功的简化形式. 本文中的计算模型要考虑轮轨廓形及轮轨接触点位置对磨耗的影响,在现有的磨耗指数 中,只有]V~teoot~磨耗指数与这一目的最接近.但该磨耗指数无法考虑轮轨廓形的影响,所以 须作一些必要的修正.在已知轮缘力及轮轨接触位置的情况下,可容易地计算出轮缘摩擦功. 假设水平轮缘力为F.轮缘同钢轨的接触角为6.两点接触中两接触点的垂向距为,超前距 为,轮缘与钢轨问滑动摩擦系数为,车轮滚动半径为,则当车轮在钢轨上滚过单位长度 时,轮缘滑动摩擦功即侧磨指数为 WI=F口八sin6)(6) 依据轮缘摩擦功建立的磨耗指数可以将列车对钢轨的磨耗量在一定程度上统一起来.只要计 算一昼夜中通过某段线路的列车磨耗指数总和值,通过一定数量钢轨磨耗实测数据对模型进 行校准后,即可进行钢轨磨耗定量预删. 4对磨耗分析模型的验证 联合轨道横I?动力分析模型,轮轨空间接触位置计算及磨耗指数值计算三部分,就掏成了 钢轨磨耗动力分析模型.? 运用该模型计算分析了轨道存在方向和轨 距不平顺时,钢轨侧面磨耗的特点线路益线半 径取为600m,轨距和方向不平顺长度取为l0 m,不平顺设为正弦曲线磨耗指数的计算结果 如图2所示结果表明,当轨道存住不半破叫, 囚振动被激化而使钢轨磨耗明显加剧.当不半 顺灾度为7mm时.钢轨侧磨量加大50左 右,与现场钢轨磨耗实}I!j数据基本一致.说明本 文中建立的模型可有效地用于钢轨磨耗量计 算. 5结论 05t0 , „|mm 圈2侧磨指数与方向和轨距不平顺的关系 考虑闸断支承轨道的横I弹性,阻尼和不半顺,发展了一个转向架动态曲线通过时轨道横 向动力分析横型时轮轨牵间接触忙置进行了计算.基于钢轨侧磨量与轮缘摩擦功的线性关 栅?枷m 第1期王平等:钢轨磨耗动力分析模型9丁 系,对Marcoote磨耗指数进行了适当的修正.联系轨道措向动力计算,轮轨空间接触位置计算 及钢轨磨耗指数计算,构成了曲线地段钢轨侧面磨耗动力分析横型, 通过实没数据对计算模型 进行了初步的验证. 参考文献 1李定清,轮轨垂直相互动力作用及其动力响应.铁道,1987}(1):1—8 2詹裴生.机车动力学.北京:中国铁道出版社,1990l114—142 3金鼎昌,罗赞,孙翔,轮轨两点接触的简易计算方法,西南交通大学,1988}(3):51—60 4SudNrKumarDL,Pra蛆nnaHao.Wheel—railcuntat?tw龃r.work.andlateralforceforzeroangleof af 【ack——alaboratorystudy.JournalofnamicSystem,MeasurementandCont r,198d;(1O6):319— 326 5FriesRH,Da~laCG.wb?1w龃predictionsfortangent~rackrun~dng,JournalofDyr瑚州c咖, Mc.sauremem?dCon[ro[.1987{(10g):397—4叫 DynamicAnalysisModelforRailWear ‰研曲州, (I3ept.ofRMlwayandRoadEng.,SouthweaI$iaotongUniversity.Cheng~u ~10031,C~na) 【Abstract】 [Keywords] Alateraldynamicanalysismodetforthetrackisdescribedinwhichthe railsareregardedbeamsorllateralmultipleelasticsupports.withthe elasticityanddampingofthefasteningsandballasttakenintoacoount.The contactlocationsbetweenthewheelsandrailsandtheflangefrictional workare~omptltedwiththehelpofthespaclalcontacttheory.ThewP~l” ind【cesarediscussedandrevised, vibration;wears;trackways