不同磨耗阶段轮轨型面匹配下重载货车的动态性能

线路设计标准以及实 际运行情况 ， 仿真计算 中曲
线部 分采 用 的线路 参 数设 定 为 ： 曲线 半径 ４ ０ ０ ｍ， 圆曲线 长 ２ ０ ０ ｍ， 缓 和曲线长 ９ ０ ｍ， 曲线 超 高 为
１ ２ ０ ｍ ｒ ｌ ｆ ， 轨底坡为 １ ： ４ ０ ， 货车运行速度取 ８ ０ ｋ ｍ ／ ｈ ． 选用美国五级谱 （ Ａ Ａ Ｒ ５ ） 作为轨道激励进行仿真 计算 ．
三维弹性体非赫兹滚动接触理论对优化前后车轮 踏面的静态接触性能及动态接触性能进行分析． Ｒ ｏ ｙ Ｅ ． Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ 和Ｊ ． Ｋ ａ ｌ ｏ ｕ ｓ ｅ ｋ 以控制轮轨磨耗、 降 低 轮轨 噪声 为 目的 ， 通 过 分 析 研 究 轮轨 接 触 几何
关 系对 车辆 动力 性 能 的影 响 ， 提 出 了一 种 轮 轨 型 面 的设计 方法 ， 指 出通 过此 种方法 设计 的 轮 轨 型
不 同磨 耗 阶段轮 轨型 面 匹配 下 重 载 货 车 的 动态 性 能
张铁 ， 张军 ， 张剑
（ 大连交通大 学 交通运输与工程学院 ， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ） 米
摘
要： 应用轮轨型面测量仪在大秦重 载线路 上跟踪测 量 了不 同磨 耗 阶段 的轮轨型 面 ， 基于这 些轮 轨型
基于 Ｆ Ａ Ｓ Ｔ Ｓ Ｉ Ｍ算法和 Ｚ ｏ ｂ ｏ ｒ ｙ踏面磨耗模型 ， 对
重载货车车轮磨耗进行仿真分析 ， 并与现场实测
结 果进 行对 比． 本 文 以大秦 重 载 线 路 数 据 为基 础 ， 从 轮 轨 关 系的角 度 出发 ， 基 于不 同磨 耗 阶 段 的重 载 货 车 车
优化 了一系悬挂参数 ， 降低了重 载货车轮轨动力 的相互 作 用 ． 常崇 义 等 通 过 建 立 三维 动 态 有 限
元模 型 ， 对轮轨磨耗进行数值分析． 丁 君 军 等
为 了降低车轮与钢轨的磨耗 ， 专家学者进行 了大量 的研究． 崔大宾等 针对我国重载货车车
轮 圆周 磨耗 严重 的 问题 ，对现 有 重载 货 车 车轮 踏 面进行 优化 ， 利 用 车 辆一 轨 道耦 合 动 力 学 理 论及
作者 简介 ： 张铁 （ １ ９ ８ ８一） ， 男， 硕士研究 生 ；
张军 （ １ ９ ７ ２一） ， 男， 教授 ， 博士 ， 主要从 事轮轨关系的研究
Ｅ－ ｍａ ｉ ｌ ： ｘ ｍｇ ｚ ｚ ｔ ＠ １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ．
第 １期
张铁 ， 等： 不 同磨耗 阶段轮轨型面 匹配下 重载货 车的动态性能
文献 标 识 码 ： Ａ
０ 引 言
为 了提高运输能力， 降低运输成本 ， 重载运输 成为当今世界铁路 的发展方 向之一． 随着货物列 车重载化 ， 特别是货车轴重的增加 ， 车辆与线路的 动态相 互作 用 明显 增 强 ， 导 致 车 轮 与钢 轨 磨 耗 加 剧， 从而降低了车辆运行的安全性并增加 了运营
豢 收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ８ ． ２ ０
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基金项 目： 教育部高 等学 校博 士学科 点专项 科研基金 资助项 目（ ２ ０ １ １ ２ １ ２ ４ １ １ ０ ０ ０ ２ ） ； 辽 宁省 自 然 科学 基金 资助项 目（ ２ ０ １ ２ ０ ２ ０ ２ ３ ） ； 牵引动力国家重点实验室开放课题资助项 目（ Ｔ Ｐ Ｌ １ ２ １ ２ ）
面， 应用多体动力学软件 Ｓ Ｉ ＭＰ Ａ Ｃ Ｋ建立 Ｃ ８ ０重载货车模型进 行仿真计算 ， 分析 轮轨 型面对重 载货 车动力
学性能 的影 响． 结果表明 ： 在运行平稳性 和稳定性方 面 ， 标准 Ｌ Ｍ 型车轮 型面最佳 ， 且 随着 车轮磨耗量 的增 加， 平 稳性 和稳定性逐渐降低 ； 在 曲线通过性 能方 面 ， 各个 阶段 的车轮型 面都达 到了评 价标 准 ， 脱 轨系数 和 轮重减载率都 随着轮轨 的磨耗 而减 小 ； 轮轨横 向力 随着车轮 的磨耗 而逐渐减小 ； 标准 Ｌ Ｍ 型和 Ⅱ型车轮型 面 的磨耗功率较小 ， 与磨耗稳定期钢轨相 匹配能相对 降低 车轮 的磨耗 速率． 关键词 ： 轮轨型面 ； 重载货 车； 动力学 ； 磨耗
轮型面 ， 应用多体动力学软件 Ｓ Ｉ Ｍ Ｐ Ａ Ｃ Ｋ进行仿真 计算分析 ， 比较不 同磨耗时期的车轮型面对重载 货车车辆动力学性能 的影响， 分析直线运行 时的
平稳 性 和稳定 性 以 及 曲线 通 过 性 能 ， 为 重 载 货 车 车轮 型 面 的优 化设 计提 供参 考 ．
成本 ．
面， 可实现控制踏面锥度和钢轨磨耗速率 ， 降低轮 轨噪声的 目标． 杨春雷等 基于车辆／ 轨 道耦合 动 力学 原理 ， 应用 车辆 与 线 路 最 佳 匹配 设 计 方 法 和车辆一轨道空间耦合动力学模型 ， 仿真分析 了
重 载货 车一 系垂 向悬 挂 对轮 轨 动 力 作 用 的 影 响 ，
７
１ 轮 轨 实 测 型 面 数 据 分 析
大秦铁路是中国新建的第一条双线 电气化重 载运煤专线 ， 应用轮轨型面测量仪 在大秦重载线 路上跟踪测得了大量重载货车车轮型面数据 ， 这
些车 轮 型面数 据 包含 了从 标 准车 轮 型面至 磨耗 到 限 的各个 阶段 型 面 ． 在 这 些 车 轮 型 面数 据 中选 取 ５个典 型 车轮 型 面 ， 如 图 １所示 ．
第３ ５卷
第１ 期
大 连 交 通 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＤＡ Ｌ Ｉ ＡＮ Ｊ Ｉ Ａ０Ｔ ０ＮＧ Ｕ ＮＩ ＶＥ ＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ５ Ｎｏ ． １ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０１ ４
２ ０ １ ４年 ２月
文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ９ ５ ９ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ０ ６ — ０ ５