减缓高速铁路钢轨波磨的仿真分析.pdfVIP

第35卷 ，第 6期 中 国 铁 道 科 学 VoL35 No．6 2014年 11月 CHINA RAILWAY SCIENCE September，2014 文章编号：1001—4632 (2014)06—0079—05 减缓高速铁路钢轨波磨的仿真分析 司道林 ，李 伟 ，杜香刚1,2，姜子清 (1．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081； 2．中国铁道科学研究院 高速铁路轨道技术国家重点实验室，北京 100081) 摘 要：基于多体动力学软件 NUCARS建立高速铁路车辆一轨道仿真模型，分析高速铁路车辆的簧下质 量、一系悬挂垂 向刚度和阻尼以及扣件的刚度和阻尼对高速铁路钢轨波磨磨耗指数的影响。结果表明：钢轨波 磨磨耗指数随着簧下质量的增加而增加，高速铁路车辆一系悬挂垂向刚度和阻尼对钢轨磨耗指数的影响较小， 但扣件的刚度和阻尼对钢轨波磨磨耗指数的影响非常显著，而且扣件阻尼越小，扣件刚度对钢轨波磨磨耗指数 的影响越大 ，当扣件的阻尼由3kN ·S·m 增至 9kN ·s·m 时，钢轨波磨磨耗指数急剧下降；因此，降低 簧下质量和保持适当的扣件阻尼可有效延缓钢轨波磨的发展，控制线路纵向不平顺的形成。 关键词：高铁铁路；钢轨波磨；簧下质量；一系悬挂；阻尼；刚度；扣件 中图分类号 ：U213．42 文献标识码：A doi：10．3969／i．issn．1001—4632．2014．06．12 钢轨波磨是轮轨交通特有的一种伤损形式。在 且采用动力分散的牵引方式，因此，可排除此类波 高速铁路大规模发展之前，钢轨波磨主要发生在重 磨是由轮轨接触黏滑振动所致。通过对不同区段钢 载线路，且各国学者对此现象的形成机理进行了大 轨波磨的现场测试发现，各区段钢轨波磨波长与该 量研究，一致认为波长或频率相对固定的重复激励 区段高速铁路车辆运行速度的比值基本一致，而 是导致波磨形成和发展的必要因素，并提出了一系 且，测得的轮轨垂向力含有频率相对固定的振动成 列预防和改善措施L】]。此类型激励形式多样，如 分，由此可知，轮轨系统垂 向共振是导致此类钢轨 轮轨接触黏滑振动、轮对 自身振动、轮轨系统垂向 波磨的主要因素。幅值周期变化的轮轨垂向荷载导 共振等，钢轨波磨形成 的具体原 因视线路情况 致周期性的钢轨表面磨损，使运行一定时期后的钢 而定 。 轨表面形成周期性不平顺，波磨形成。 近年来，随着高速铁路的不断发展，钢轨波磨 逐渐成为高速铁路轮轨接触中不容忽视的问题。与 重载铁路运营模式不同，高速铁路不仅车辆类型确 定、车辆状态类似，而且运行速度相对固定，这些 都是促使固定波长钢轨磨耗形成的原因。近期，通 过对高速铁路中出现的钢轨波磨进行现场调研发 现，其具有以下特点。①钢轨波磨在直线和曲线线 图l 高速铁路的钢轨波磨 路上均有发生；②钢轨波磨长度范围在 6O～150 mm之间，属中短波长波磨，且与运行速度密切相 短波不平顺冲击是激发轮轨高频振动的主要原 关；③钢轨表面无明显切向塑性变形和接触疲劳， 因。目前研究认为，钢轨打磨作业过程中导致的初 波磨深度较浅，属磨耗型波磨。 始刀痕形成短波激振源，高速铁路车辆高速通过时 高铁铁路的钢轨波磨 (如图1所示)现象与重 轮轨垂向冲击幅值较大，激发轮轨垂向共振。由于 载铁路的 (钢轨表面有较为明显的塑性和接触疲 高速铁路车辆速度较高，振动得不到及时衰减，在 劳)明显不同。高速铁路曲线半径大、轴重小，而 激振源附近轮轨垂向荷载以相对固定的频率振动