基于蠕滑机理的车轮磨耗模型分析

作者简介：丁军君 （９ ５ ） １ ８～ ，男 ，贵州贵阳人 ，博士研究 生。
第 ５ 期
基于蠕滑机理 的车轮磨耗模型 分析
６ ７
ｆ （ ） （ ， ）＋ （ ， Ｖ （ ） （ ， ）∈ Ａ ￡ ， Ｊ ） ｙ ， ｉＪ （）
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（，） Ａ （） ￡
１ ０ｋ ・ 时 ，由 Ｐ ａｅ 模型计算出的踏 面磨耗率 是 Ｚ ｂ ｒ 型的 ５ １ ～４ ５倍 、Ｊｎ ｅ 模 型的 ３ ４ ～１ ４ ２ ｍ ｈ ｅｒｅ ｏ ｏｙ模 ．３ ． ｅｄ ｜ ． ６ ． 倍 、Ｂ ａ ｈｎ ｒｇ ｉ 模型 的 １． ８ ６ ９ 倍 ；曲线半径从 ５０ ０ｍ减 小到 ３０ｍ 时 ，由 Ｐ ａｃ 模型计算 出的磨耗 率是 ２４ ￣１． ６ ０ ０ ｅｒｅ
倍 。与试验结果 比较表 明，Ｊｎ ｅ模型能够真实反 映车轮踏 面磨耗的机理 。 ｅｄ ｌ 关键词 ：车轮磨耗 ；蠕滑 ；磨耗模 型；轴重 ；速度、曲线半径 ；车轮硬度 ；货车
中图 分 类 号 ：Ｕ２ ０ １ ；Ｕ２ ０３ １ ６．１ ６ ． ３
文献 标 识 码 ：Ａ
由于使用踏 面磨耗 预测技 术可 以在车 辆和线 路 设 计 中通 过优化 达到减 小车 轮踏 面磨 耗 的 目的 ，国
收 稿 日期 ：２ ０ －０１ ；修 订 Ｅ期 ：２ １～４１ ０ ９１—３ ｌ ０ ００ —１
基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目 （０ ２ ０ ３ ；国家科技支撑计 划项 目 （０ ７ Ａ ０ Ｂ ６ ；中央高校基本 科研业务费 专项资金资 ５ ８ １６ ） ２０ Ｂ Ｇ ５ ０ ）
助 项 来自百度文库 （ＷＪ Ｕ０ Ｚ ０ ） Ｓ Ｔ ９ Ｔ ７
耗 的影 响程度 。结果表明 ：轴 重从 ２ 提 高到 ２ 时 ，由 Ｐ ａｃ 模 型计 算 出的 踏面磨 耗 率是 Ｚ ｂｒ １ｔ ５ｔ ｅｒｅ ｏ ｏｙ模 型 的
５ ｏ ～４ ２ 、Ｊｎ ｅ模 型的 ３ ７ ～１８ 倍 、Ｂ ａｈｎ模型的 １ ． ９ ２ ３ 倍 ；运行速度从 ６ ｍ ・ 提高到 ． ５ ． ２倍 ｅ ｄｌ ．７ ．６ ｒｇ ｉ ５ ２ ～１ ． ５ ０ｋ ｈ
区 Ａ 和黏 着 区 Ａ ，并认 为磨耗 仅仅 发生在 滑 动 区 内 ，如 图 １所 示 。该 模 型 将 接 触 斑 内单 元 格 （， ｉ ）处 的磨 耗 能量流 密度 描述为
亡ｄ ）＝ （，
Ｐ ａｃ 于 １ ９ 年通 过 试 验证 明 了材料 磨 耗 损 ｅｒｅ ９１
失 与接触 区 内的能量 耗散 Ｔ７成正 比［ ，并 总结 出 车轮踏 面材料 损失 与能量耗 散 Ｔ） ， 的关 系为
第３卷， ５ １ 第 期 ２０ １０年 ９月
文章编号 ：１ ０—６ ２（０ ０ ５０ ６— ７ ０ １ ３ ２ １ ）０ —０ ６ ４ ０
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ ＮＡ ＲＡＩ ＡＹ ＣＩ Ｉ Ｗ Ｓ ＥＮＣＥ
Ｖ０ ． １ Ｎｏ ５ １３ ．
Ｓ ｐｅ ｂ ｒ ２ １ ｅ ｔｍ ｅ ， ０ ０
Ｚ ｂ ｒ 模 型的 ６Ｏ ～４ ２倍 、Ｊｎ ｅ模 型的 １８ ～Ｏ ９ 倍 、Ｂａ ｈｎ模型的 ２ ． ７ ３ ０ ；直线上车轮磨耗 主 ｏ ｏｙ ．６ ． ｅ ｄｌ ．２ ． １ ｒｇ ｉ ３ ９ ￣１ ． 倍 要发生在踏面接触区 ，焊接构架式转向架的最 大磨耗深度是三大件式的 ６４倍 、径 向式 的 １ ；曲线 上车轮磨 ． ４倍 耗 主要发生在轮缘接触 区，焊接构架式转向架最大磨耗深度是三大件式 的 ４ ４ ．５倍 、径 向式 的 １１６ ７ ７ ． ～１ ２ ２ ￣４ ．
内外 学者 在现代 蠕滑理 论 的基 础上发 展 了各 种踏 面
工
０ ２ Ｔ ＇Ｄ ．５ ） ／
Ｔ７ ＜ １ ０ Ｎ ０
Ｉ ２／ Ｉ ５ Ｄ
１ ０Ｎ ≤ 研 ＜ ２ ０Ｎ ０ ０
（） １
磨耗 预测 方法并 建立 了相 关 的计算模 型 ，其 中比较 典 型 的有 Ｐ ａｃ ｅｒｅ模 型 ［ 、Ｚ ｂ ｒ １ ］ ｏ ｏ ｙ模 型 ［ 、Ｊ ｎ ｅ ２ ｅｄｌ ］ 模 型＿和 Ｂ ａｈｎ模型 ［ ３ ］ ｒｇ ｉ 。这些 模 型都是 以试 验 和 经验 为基 础并 在 实 际 中得 到较 好 运 用［ ］ 国 内 目 ５， 前 预测车 轮踏面磨 耗 的模 型大 多数都 是基 于上述模 型 ＿。为 了使 这些模 型能更 好地适 应 国内 的运 行环 ８ ］
境 ，本 文通 过对上 述模 型进行 比较分析 ，为建立适 合我 国车轮 踏面磨 耗 的预 测模 型提供参 考 。
Ｉ ｌ （ ． ９ ７— １ ４ ／ ｌ １１ Ｔ ５ ）Ｄ
研 ≥ ２ ０Ｎ ０
式 中 ：ｍ 为 车轮单 位滚 动距离 内车 轮圆周 方 向的材 料 损失 面积 ，ｍｍ ・ ｍ～ ；Ｔ 为 接 触 斑 内总 的 蠕 ｋ
滑 力 ，Ｎ；）为 蠕滑 率 ；Ｄ 为 车 轮 直径 ，ｍｍ； Ｉ， ， Ⅱ， Ⅲ为磨耗 区序号 。
１ ２ Ｚ ｂ ｒ 模 型 ． ｏ ｏ ｙ
Ｚｂｒ ｏ ｏｙ在 １９ 年 建立 了基 于接 触 斑能 量 耗散 ９７
１ 磨耗预测模 型
１ １ Ｐ ａｃ 模 型 ． ｅ ｒｅ
理论的车轮磨耗模型［ ，该模型将接触斑分为滑动 ２ ］
基 于蠕 滑 机理 的车轮 磨 耗 模 型分 析
丁军君 ，李 芾 ，黄运华
（ 西南交通大学 机车车辆工程 系 ，四Ｊ 成都 ｉ Ｉ ６０３） １０ １
摘 要 ：以 Ｃｏ ８ 型货车为例 建立 车辆动力学 模型 ，利用 Ｆ Ｔ Ｉ 算 法计算 出接 触斑 内蠕滑力 的大小 和分 ＡＳ ＳＭ 布 ，依据 Ｐ ａｃ ，Ｚ ｂ ｒ ，Ｊｎ ｅ 和 Ｂ ａ ｈｎ４种磨耗模型计算轴 重、速度 、曲线半 径和车轮 硬度对车 轮踏面磨 ｅｒｅ ｏ ｏｙ ｅｄ ｌ ｒｇ ｉ