地鐵車輛車輪多邊形形成機(jī)理探究.pdf

1、車輪多邊形問題廣泛存在于國內(nèi)外各類軌道交通車輛中。車輪多邊形會加劇輪軌作用力，增大車內(nèi)、外噪音，降低車輛、軌道結(jié)構(gòu)中各部件的疲勞壽命，對車輛舒適性、安全性和經(jīng)濟(jì)性均造成顯著的不利影響。然而目前對車輪多邊形問題依然缺乏有效的解決途徑，對車輪多邊形形成機(jī)理的研究至今也未形成統(tǒng)一的觀點。車輪多邊形磨耗仿真是研究車輪多邊形發(fā)展演變的關(guān)鍵方法，然而該方法實現(xiàn)難度較大，目前國內(nèi)外學(xué)者對車輪多邊形磨耗計算方法的研究還很少。
　　本文建立了車輪多

2、邊形磨耗預(yù)測模型，通過該模型預(yù)測了車輪多邊形發(fā)展演變規(guī)律，對國內(nèi)某直線電機(jī)地鐵車輛車輪多邊形形成機(jī)理進(jìn)行了探究。提出從調(diào)整運營速度，修改懸掛剛度，調(diào)整鏇修工藝三個方面解決車輪多邊形問題的解決措施。本文的主要工作和結(jié)論如下:
　　1.建立車輛動力學(xué)模型，分析了直線電機(jī)地鐵車輛出現(xiàn)車輪八到九階多邊形后車輛的振動特征。對多邊形車輛展開線路跟蹤測試。仿真計算和線路實驗均表明車輪出現(xiàn)八到九邊形后，在運行至40km/h時出現(xiàn)振動異常劇烈的現(xiàn)象

3、。這是因為車輪八到九邊形在40km/h速度下產(chǎn)生的激振頻率約為40Hz，該頻率與直線電機(jī)垂向振動固有頻率41.7Hz接近，故引發(fā)了電機(jī)共振。該現(xiàn)象可能加速車輪八到九邊形波深的增大。
　　2.建立了車輪多邊形磨耗模型，實現(xiàn)了車輪多邊形磨耗預(yù)測的仿真方法。闡述了基于Archard模型，基于磨耗功和磨耗指數(shù)模型的單個接觸斑磨耗深度計算方法。在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了對車輪圓周磨耗深度的計算。對比踏面橫向磨耗模型，指出車輪多邊形磨耗仿真方法在迭代過

4、程中特有的曲線擬合問題，并給出了數(shù)學(xué)處理方法。研究了車輪多邊形磨耗模型的計算步長、傅里葉級數(shù)展開式個數(shù)，車輪型面更新迭代依據(jù)對仿真計算結(jié)果的影響，分析了多邊形磨耗仿真方法的穩(wěn)定性和計算誤差。給出了車輪多邊形磨耗速度的計算方法。
　　3.通過車輪多邊形磨耗仿真方法計算了車輪在一到四階初始幾何多邊形和質(zhì)量偏心作用下的車輪圓周磨耗發(fā)展規(guī)律。仿真結(jié)果表明在不考慮輪軸彈性以及軌道振動作用下，初始多邊形波深將增大，多邊形階數(shù)出現(xiàn)兩倍于初始階數(shù)

5、的發(fā)展趨勢，該磨耗趨勢屬于車輪多邊形的正常磨耗。車輪滾動一周過程中磨耗功曲線、輪軌法向接觸力曲線以及車輪半徑曲線之間的相位差是造成車輪多邊形階數(shù)變化的根本原因。
　　4.85km/h是該直線電機(jī)地鐵車輛運行持續(xù)時間最久的速度，該速度下車輪初始四階多邊形產(chǎn)生40Hz的激振頻率，引發(fā)直線電機(jī)共振。在電機(jī)共振作用下，車輪摩擦功和輪軌接觸法向力發(fā)生規(guī)律性的變化，多邊形磨耗模型仿真結(jié)果表明該速度下車輪的波深將快速增大，多邊形階數(shù)將從初始四邊

6、形向八邊形甚至高階多邊形進(jìn)行發(fā)展演變。仿真結(jié)果與車輛實際運營中出現(xiàn)的多邊形現(xiàn)象基本一致。
　　5.車輛運營速度，電機(jī)共振頻率和車輪初始四階多邊形可能是直線電機(jī)地鐵車輛出現(xiàn)多邊形磨耗的三個條件。調(diào)節(jié)車輛運營速度和電機(jī)懸掛參數(shù)避免電機(jī)在車輛運營中出現(xiàn)共振是解決直線電機(jī)地鐵車輛車輪多邊形問題的關(guān)鍵。調(diào)節(jié)運營速度、懸掛參數(shù)，調(diào)整鏇修工藝對于解決車輪多邊形問題具有普遍適用性。
　　6.將車輪多邊形磨耗過程劃分為三個主要階段，歸納提出了