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工程力学 2022年第6期39卷 226-235页

作者：黎嘉欣陶功权刘希政梁红琴温泽峰西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 西南交通大学机械工程学院成都610031

轨道线路对车轮磨耗具有重要影响。建立地铁车轮磨耗预测模型,模型包括车辆动力学模型、基于Hertz理论和FASTSIM算法的轮轨局部接触模型、基于Tγ/A-磨损率函数的磨耗模型、平滑与更新策略以及轨道线路模型。对比分析等效轨道线路法与... 详细信息

轨道线路对车轮磨耗具有重要影响。建立地铁车轮磨耗预测模型,模型包括车辆动力学模型、基于Hertz理论和FASTSIM算法的轮轨局部接触模型、基于Tγ/A-磨损率函数的磨耗模型、平滑与更新策略以及轨道线路模型。对比分析等效轨道线路法与真实轨道线路法两种轨道线路建模方法在建模复杂度、车轮磨耗预测结果与计算效率方面的差异。利用实测的车轮磨耗对Tγ/A-磨损率函数进行修正,并对磨耗预测模型进行验证。结果表明:与等效轨道线路法相比,真实轨道线路法建模较为复杂,但其可以更好地模拟实际轨道线路;二者磨耗预测结果差异较小,且均与实测结果较为吻合,但前者计算效率约是后者的3.7倍。采用等效轨道线路法建模可以较好地兼顾计算精度与效率。

关键词：轨道线路建模方法地铁车辆车轮磨耗预测轮轨局部接触模型 Tγ/A-磨损率

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考虑随机参数的地铁车辆车轮磨耗仿真研究

考虑随机参数的地铁车辆车轮磨耗仿真研究

引用

作者：黎嘉欣西南交通大学

学位级别：硕士

为了满足日益增长的客流量,地铁列车运营速度以及车辆载重不断提高,轮轨关系逐渐恶化,导致地铁车轮异常磨耗现象较为常见。与现场测试及试验研究相比,使用车轮磨耗预测模型对地铁车轮磨耗进行研究,具有工作量小、成本低、周期短等优势... 详细信息

为了满足日益增长的客流量,地铁列车运营速度以及车辆载重不断提高,轮轨关系逐渐恶化,导致地铁车轮异常磨耗现象较为常见。与现场测试及试验研究相比,使用车轮磨耗预测模型对地铁车轮磨耗进行研究,具有工作量小、成本低、周期短等优势。车轮磨耗数值仿真是一个十分复杂的过程,模型参数对仿真结果有一定影响,但在现有的研究中,模型参数大多设置成设计值,而实际的参数会受线路施工和服役状态而发生一定变化。因此,有必要考虑随机参数对车轮磨耗预测的影响。本文基于建立的地铁车辆车轮磨耗预测模型,探究轨道线路参数随机变化对车轮磨耗预测的影响,对比分析车辆载重不同加载方式以及轨道线路不同建模方法在车轮磨耗预测方面的差异。主要工作和结论如下:(1)基于多体动力学软件SIMPACK建立了地铁车轮磨耗预测模型,模型包括车辆动力学模型、基于Hertz理论和FASTSIM算法的轮轨局部接触模型、基于Tγ/A-磨损率函数的磨耗模型以及平滑与更新策略。利用实测的车轮磨耗对Tγ/A-磨损率函数进行修正后,车轮磨耗仿真结果与实测结果基本吻合,验证了车轮磨耗预测模型的准确性。(2)使用涵盖多种标准差的正态分布以及统计实际占比的方法模拟轨道线路不同参数(包括轨底坡、轨距、曲线外轨超高、轮轨摩擦系数)分布情况,探究各参数在不同离散程度下对地铁车轮磨耗预测的影响。随着轨底坡(1:X,X取值范围在10～70之间)离散程度增大,外轨侧车轮轮缘区域逐渐出现两个磨耗峰,且靠近轮缘的磨耗峰峰值越大,内轨侧车轮磨耗愈发靠近踏面尾部,磨耗深度逐渐减小。当轨底坡分布标准差超过10时应在车轮磨耗仿真中加以考虑。轨距随机变化(变化范围在1430～1440 mm之间)对轮缘区域磨耗几乎没有影响,踏面区域最大磨耗深度会随着轨距离散程度的增大有所减小,磨耗分布范围略有增大。轨距随机变化对整条线路的车轮磨耗仿真结果影响较小。使用3种不同曲线外轨超高设置方法得到的车轮磨耗仿真结果无明显差异。对于本文研究的线路而言,不同的外轨超高设置方法对车轮磨耗预测几乎没有影响。车轮轮缘区域最大磨耗深度会随着摩擦系数离散程度的增大而减小,内外轨相同摩擦系数(变化范围在0.2～0.6之间)工况下,当摩擦系数分布标准差大于0.075时应在车轮磨耗仿真中加以考虑,外轨轨侧润滑工况下摩擦系数随机变化(变化范围在0.1～0.3之间)对车轮磨耗预测的影响较小。(3)基于实时客流量数据,建立车辆载重随运营时间变化的分段函数,对比分析车辆载重不同加载方式(恒载荷与变载重)在车轮磨耗预测方面的差异。结果表明,在前2.5万公里内,车辆变载重工况与恒载重工况仿真得到的车轮磨耗范围及磨耗深度基本无差异,随着仿真距离的增大,变载重工况仿真得到的车轮轮缘区域最大磨耗深度将大于恒载重工况的,但差异没有随着仿真距离的增大而发生较大变化。在运行3万公里后,变载重工况的轮缘区域最大磨耗深度平均比恒载重工况的大14.8%。变载重工况的车轮磨耗面积平均比恒载重工况大4.4%。恒载重工况的计算效率约是变载重工况的17.8倍。建议设置车辆载重时使用恒载重加载方式。(4)对比分析轨道线路不同建模方法以及不同磨耗更新限值在车轮磨耗仿真结果、建模复杂度与计算效率等方面的差异。结果表明,与线路等效法相比,全线模拟法建模较为复杂,但可以更好地模拟实际轨道线路;二者磨耗仿真结果差异较小,且均与实测结果较为吻合,但全线模拟法计算效率约是线路等效法的3.2倍。采用线路等效法建模可以较好地兼顾计算精度与效率。磨耗更新限值对轮缘磨耗量以及轮缘厚度仿真结果影响较大,建议设置为0.1 mm左右。

关键词：地铁车辆车轮磨耗预测轨道线路随机参数车辆载重轨道线路建模方法

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