单轮对脱轨试验及其理论分析.docxVIP

单轮对脱轨试验及其理论分析3张卫华薛弼一吴学杰胡柳嘉(西南交通大学成都)提要介绍了在滚动振动试验台进行的单轮对脱轨试验的试验系统、试验过程和试验结果,同时利用仿真计算,对单轮对试验进行理论计算,并就单轮对脱轨问题进行探讨,提出轮载荷减载率是引起脱轨的主要原因。关键词脱轨轮对试验中图分类号U260ExperimentandAnalysisoftheSingleWheelsetDerailmentZhangWeihuaXueBiyiWuXuejeHuLiuja(NationalTractionPowerLaboratory,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)AbstractAccordingtothederailmentexperimentwithasinglewheelsetonrailwayvehiclerollerrig,thetestfacility,testingprocessandtestresultsareintroducedinthispaper.Thetestingprocessofthesinglewheelsetderailmentissimulatedwithcomputer.Theproblemsaboutthesinglewheelsetderailmentareanalyzedindetail,anditisfoundthattheunloadingrateofwheelloadisoneofmainreasonsofgivingrisetoderailment.Keywordsderailment;wheelset;test铁路的牵引动力从蒸汽机车到高速电力机车,技术日新月异,但脱轨问题却至今仍未彻底解决。所以,铁路发达国家都加强对脱轨问题的研究,制定更为有效的脱轨安全标准,尽管这样,脱轨事件时有发生。所以,对脱轨问题的研究,特别是试验研究,还是很有必要的。1单轮对脱轨试验系统介绍图1为单轮对脱轨试验系统,图中下图1单轮对脱轮试验台试验系统方为世界上第二座滚动振动试验台一根轴的试验单元,由滚轮代替钢轨,当滚轮滚动时,就有3国家自然科学基金资助项目(No收修改稿日期:1997204225张卫华男1961年出生教授西南交大牵引动力国家重点实验室邮编道学报第20卷了类似于车辆轮对相对于轨道的运动。滚轮的上方为试验型测力轮对,轮对由弹性拉杆在纵向和横向悬挂定位,并可通过拉杆测定悬挂力,轮对左右轴箱上方各有一加载油缸,通过垂向弹簧作用到轴箱上,实现轴载重。试验时实时记录轮对及滚轮转速、轮轨力(测力轮对)和悬挂力(拉杆力)。由于滚动振动试验台的滚轮可独立地在横向和垂向进行激振,以模拟轨道的不平顺,故试验可分动态试验(加激振)和稳态试验(不加激振),本文讨论不加激振的稳态试验工况。2仿真计算模型试验轮对的受力情况,如图2所示,其中轮对受到轮轨力作用,如正压力N、蠕滑力T?1和T?2、蠕滑力矩M?3作用,轮对还受到一系悬挂力Fx、Fy、Fz及重力W的作用,图中符号的下标1,2指左右轮。这时,轮对有4个独立自由度(x、y、?、Υ),轮对在试验台滚轮上的运动可表达为图2单轮对受力状态Mwxβ=Tx1+Tx2+Nx1+Nx2+Fx1+Fx2Mwyβ=Ty1+Ty2+Ny1+Ny2+Fy(1)(2)IwyΥβ=Rz1(Tx1+Nx1)+Rz2(Tx2+Nx2)-Rx1(Tz1+Nz1)-Rx2(Tz2+Nz2)+My1+My2+usre(Fz1+Fz2)(3)·Iwz?β=-Iwy8wΗ+Rx1(Ty1+Ny1)+Rx2(Ty2+Ny2)-Ry1(Tx1+Nx1)-Ry2(Tx2+Nx2)+Mz1+Mz2-b1(Fx1-Fx2)(4)在以上4个公式中,Tx、Ty、Tz、Mx、My、Mz和Nx、Ny、Nz为蠕滑力T?1、T?2,蠕滑力矩M?3及压力N在xyz坐标的分量,Rx、Ry、Rz为轮对中心到接触点距离,式(3)中,us、re为轴箱轴承的摩擦系数和当量摩擦矩,Υ为沿y方向的滚动自由度。利用轮对在滚轮上不离开的原则,由约束方程,可求得左右轮正压力F33z(Rz2sin?2-Ry2cosΒ2cos?2)+cosΒ2cos?2MΗ(5)N1=?F33z(Rz1sin?1+Ry1cosΒ1cos?1)-cosΒ1cos?1MΗN2=(6)?式中?=cosΒ1cos?1(Rz2sin?2+Ry1cosΒ2cos?2)+cosΒ2cos?2(Rz1sin?1-Ry2cosΒ1cos?1)βF3z=Mwz+W-Tz1-Tz2+Fz1+Fz2βαM3Η=IwzΗ-Iwy8w?-Ry1Tz1-Ry2Tz2+Rz1Ty1+Rz2Ty2-(M