鐵路重載貨車車輪輻板熱機疲勞強度評價方法.pdf

1、根據中國鐵路運營特點和實際需要，在貨物運輸方面將以發(fā)展重載運輸作為主攻方向。提高軸重是重載列車降低運行成本、增加運能的最有效的措施，是今后我國鐵路重載運輸的主要模式。隨著鐵路貨車軸重的提升，車輪踏面制動熱負荷和輪軌作用機械載荷均將增大，導致車輪的熱機疲勞損傷加劇，危及行車安全。
　　迄今為止，對貨車車輪的疲勞設計評價是采用輪軌作用機械載荷得出輻板疲勞應力后，用疲勞極限加以評估的無限壽命方法。然而，如我國大量的840D車輪輻板(孔)

2、疲勞裂損實例表明，車輪踏面制動熱負荷所產生的熱應力與機械應力的疊加是導致疲勞失效的原因。因此，對踏面制動貨車車輪而言，應考慮制動熱負荷和輪軌作用機械載荷以及它們的共同作用，采用有限壽命方法進行疲勞設計評價。
　　基于上述背景，本論文以鐵路重載貨車車輪為主要研究對象，研究了車輪輻板熱機疲勞強度評價方法。主要研究工作包括：
　　1.對不同國家車輪用鋼標準進行調查統計，分析車輪用鋼的力學性能以及軸重對性能的要求，研究分析含碳量和含

3、硅量對車輪用鋼疲勞性能的影響，分析鐵路重載貨車車輪用鋼選擇方法。
　　2.采用模擬空氣制動較為成熟的牽引電算軟件，仿真得出HXD2型電力機車單機牽引萬噸重載列車在大秦線上運行的列車制動力或制動功率時間歷程，這為車輪輻板的熱應力計算提供了準確的制動熱負荷依據。
　　3.基于UIC510-5標準，確定重載貨車車輪輪軌機械載荷工況，考慮輪軸過盈配合以及踏面的磨耗情況，采用有限元方法數值模擬車輪輻板機械應力及其分布狀態(tài)。
　　

4、4.基于車輪熱處理工藝的目的和過程，建立不同輪輞厚度和不同軸重車輪的熱處理工藝有限元仿真模型，分析由于熱處理產生的車輪輻板殘余應力形成機制和分布狀態(tài)。
　　5.以牽引電算確定的大秦線路全程制動功率時間歷程作為輸入，綜合考慮車輪踏面磨耗、輪軸過盈配合、熱處理后的殘余應力等，采用彈塑性有限元方法，對車輪的溫度場、熱應力場和應力應變響應關系進行數值模擬，分析制動后殘余應力在車輪中重新分配狀況以及后續(xù)制動中的殘余應力變化，為車輪輻板疲勞累

5、積損傷評價和壽命預測提供應力條件。
　　6.基于車輪輪軌機械應力、制動熱應力及殘余應力分析結果，得出用于車輪輻板疲勞分析的可能應力組合工況，采用名義應力法，建立車輪輻板熱機疲勞壽命預測模型，分析在不同輪輞厚度和疲勞強度降低系數下輻板的疲勞累積損傷，結合車輪的磨耗規(guī)律，預測輻板的抗疲勞薄弱部位和疲勞壽命。
　　論文對影響重載貨車車輪疲勞強度的內在因素(熱處理殘余應力，疲勞強度減低系數)和外部因素(輪軸過盈配合，踏面磨耗，輪軌機