基于SIMPACK的扁疤車輪輪軌沖擊力學(xué)特性分析

秦玉冬 胡 明 楊柳青 周 迅

浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院，杭州，310018

基于SIMPACK的扁疤車輪輪軌沖擊力學(xué)特性分析

秦玉冬 胡 明 楊柳青 周 迅

浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院，杭州，310018

為研究高速列車車輪多處扁疤引起的動(dòng)力學(xué)問題，建立了CRH2型動(dòng)車組的車輛-軌道動(dòng)力學(xué)模型及車輪扁疤模型。采用變輪徑扁疤模擬法，分析單處和兩處扁疤的車輪引起的輪軌沖擊響應(yīng)，確定車輪兩處扁疤時(shí)的扁疤長度、車速及扁疤間夾角變化對輪軌沖擊的影響，進(jìn)而確定CRH2型動(dòng)車組安全運(yùn)行時(shí)車輪扁疤限值，為高速動(dòng)車組列車的行車安全提供了依據(jù)。

高速列車；輪軌沖擊；車輪扁疤限值；動(dòng)車組

0 引言

車輪是列車走行部的重要部件，在列車行駛過程中由于制動(dòng)或空轉(zhuǎn)，車輪踏面將沿軌道滑移而產(chǎn)生巨大的摩擦力，造成車輪踏面的局部磨損、擦傷或剝離，此類現(xiàn)象統(tǒng)稱為車輪扁疤[1]。車輪扁疤使輪軌間產(chǎn)生一種間歇性的脈沖激擾源，即當(dāng)車輪滾動(dòng)至扁疤處時(shí)，輪軌間便形成突發(fā)沖擊，其沖擊力比無扁疤時(shí)大幾倍甚至十幾倍[2]。此種狀況不僅降低了車輛和線路的使用壽命，增加了維修成本，而且易導(dǎo)致車軸熱切或冷切，嚴(yán)重影響列車的行駛安全。

車輪扁疤產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)問題引起了國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注。LYON[3]、JENKINS等[4]建立了軌道動(dòng)力學(xué)分析基本模型，對鋼軌低接頭引起的輪軌沖擊進(jìn)行了分析，定義了輪軌高頻和中低頻沖擊力； NEWTON等[5]對Jenkins模型進(jìn)行了局部改進(jìn)，研究了扁疤的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)；SANDSTROM等[6]對車輪扁疤引起的鋼軌損傷進(jìn)行了分析；KANOJE等[7]、BIAN等[8]建立了輪軌接觸有限元模型，對扁疤車輪引起的輪軌沖擊進(jìn)行了仿真；PIERINGER等[9]研究了輪軌二維、三維非線性接觸模型對扁疤車輪的輪軌沖擊響應(yīng)影響；ZHU等[10]建立了二維車輛動(dòng)力學(xué)模型，研究了車輪兩處扁疤引起的輪軌沖擊。翟婉明[11-12]在輪軌沖擊方面首次將車輛和軌道看作一個(gè)耦合大系統(tǒng)，建立了車輛-軌道垂向統(tǒng)一模型，對車輪扁疤的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了分析；凌亮等[13]、王憶佳等[2]對車輪新舊扁疤引起的輪軌沖擊進(jìn)行了分析；李忠繼等[14]、王炎孝等[15]對扁疤的識別方法進(jìn)行了研究，開發(fā)了高靈敏度、高精度的檢測系統(tǒng)；徐志勝等[16]、楊新文等[17]對車輪扁疤引起的輪軌沖擊噪聲特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

綜上，目前的研究主要集中在僅限車輪存在一處扁疤引起的輪軌沖擊問題，對車輪多處扁疤引起的輪軌沖擊研究較少。但列車實(shí)際運(yùn)行中，車輪形成兩處以上扁疤的車輛數(shù)占11.7%[18]。據(jù)此，本文應(yīng)用SIMPACK軟件，根據(jù)CRH2型動(dòng)車組的基本參數(shù)，建立車輛-軌道系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，考慮車輪徑向尺寸變化對輪軌接觸的影響，采用變輪徑法模擬車輪扁疤，對車輪單處、兩處扁疤產(chǎn)生的輪軌沖擊響應(yīng)進(jìn)行分析。

1 扁疤車輪分析模型的構(gòu)建

圖1 車輪扁疤示意圖Fig.1 Sketch of wheel flat

若動(dòng)車組車輪形成單處扁疤，即輪對中一車輪上有且僅有一處扁疤，由此得到[17]:

(1)

車輪的多處扁疤主要指同輪對車輪形成的多處扁疤。根據(jù)車輪踏面扁疤的容許限度表[1]可知：車輪扁疤的容許限度可分為一處扁疤的容許限度和兩處扁疤的容許限度，故本文研究具有兩處扁疤的車輪，包括如下兩類：

(1)輪對中一車輪有兩處扁疤(圖2)。圖2中，ψ12∈[0°,180°]為兩處扁疤間夾角，LR1、LR2分別為兩處扁疤的長度，αR1、αR2分別為兩處扁疤所對應(yīng)的圓心角。

圖2 輪對中一車輪有兩處扁疤示意圖Fig.2 Sketch of one wheel with two flats

(2)輪對兩車輪各有一處扁疤(圖3)。圖3中，ψⅠⅡ∈[0°,180°]為兩處扁疤間夾角。當(dāng)ψⅠⅡ= 0°時(shí)，兩處扁疤關(guān)于軌道處于對稱的位置，LLⅠ、LRⅡ分別為兩處扁疤的長度，αLⅠ、αRⅡ分別為兩處扁疤所對應(yīng)的圓心角。

(a)主視圖

(b)右視圖圖3 輪對兩車輪各有一處扁疤示意圖Fig.3 Sketch of both two wheels each with a flat

為準(zhǔn)確計(jì)算出車輪扁疤所引起的輪軌沖擊力，采用變輪徑的扁疤模擬法建立扁疤車輪的數(shù)學(xué)模型。其中，單處扁疤時(shí)的數(shù)學(xué)模型如下：

(2)

式中，θ為圓周角;y(θ)為y(x)通過幾何關(guān)系轉(zhuǎn)變而得的y與圓周角θ的函數(shù)。

由此，可得到輪對中一車輪有兩處扁疤的數(shù)學(xué)模型如下：

(3)

進(jìn)而獲得輪對中兩車輪各有一處扁疤的數(shù)學(xué)模型如下：

(4)

(5)

2 扁疤車輪引起的輪軌沖擊分析

2.1基于SIMPACK的仿真平臺(tái)的建立

根據(jù)CRH2型動(dòng)車組的基本參數(shù)，應(yīng)用SIMPACK建立車輛-軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，如圖4所示。

圖4 車輛-軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型Fig.4 Dynamic model of CRH2 EMU

基于SIMPACK的車輛-軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型包括1個(gè)車體、2個(gè)構(gòu)架、8個(gè)軸箱、4個(gè)輪對以及一系懸掛裝置(包括軸箱彈簧、垂向減振器及轉(zhuǎn)臂式軸箱定位裝置)和二系懸掛裝置(包括空氣彈簧、橫向減振器、抗蛇形減振器、牽引拉桿等)。建模過程中，輪對、軸箱、構(gòu)架和車體等部件均假設(shè)為剛體，且輪對、構(gòu)架、車體、牽引拉桿取6個(gè)自由度(垂向、縱向、橫向、點(diǎn)頭、搖頭、側(cè)滾)；軸箱取1個(gè)自由度(點(diǎn)頭)。由此，得到動(dòng)車組列車動(dòng)力學(xué)模型共計(jì)62個(gè)自由度，如表1所示。

表1 CRH2型動(dòng)車組動(dòng)力學(xué)模型自由度

車輛-軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中的軌道模型則采用離散型軌道模型，包括鋼軌、軌枕和軌道地基，相互間通過垂向剛度彈簧、橫向剛度彈簧和阻尼元件連接，且不考慮常規(guī)軌道幾何隨機(jī)誤差對輪軌動(dòng)態(tài)性能的影響。輪軌接觸模型中輪軌垂向力采用Hertz法向彈性接觸理論計(jì)算，輪軌間蠕滑力采用Kalker非線性滾動(dòng)接觸理論計(jì)算[19]。

2.2單處扁疤引起輪軌沖擊分析

就單處扁疤車輪而言，對輪軌系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為起主導(dǎo)作用的是扁疤長度及車速。取LR=40 mm,v=100 km/h，圖5是單處扁疤車輪作用軌道后的輪軌垂向沖擊力響應(yīng)曲線，兩峰值P1和P2分別表示輪軌高頻沖擊力及低頻沖擊力，是評價(jià)輪軌垂向相互作用的重要指標(biāo)。依據(jù)中國《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》，以170 kN作為輪軌垂向力P1的限定值，即[P1]=170 kN，P2幅值較小，不做評判[2]。

圖5 單處扁疤輪軌垂向沖擊力響應(yīng)曲線Fig.5 Vertical impact force of wheel/rail for single flat

CRH2型動(dòng)車組的平均速度為200 km/h，最高試驗(yàn)速度為270 km/h，經(jīng)過調(diào)整可適應(yīng)200～300 km/h范圍各級速度的運(yùn)行[20]。因此，設(shè)定CRH2型動(dòng)車組車速v∈[0，300]km/h，分析各種扁疤長度和各車速下輪軌沖擊響應(yīng)，獲取各工況下P1值，如圖6所示。

圖6 單處扁疤長度及車速對P1的影響Fig.6 Influence of single flat length and train speed on wheel/rail vertical impact force P1

由圖6可知，當(dāng)車速v一定時(shí)，輪軌垂向力P1隨扁疤長度LR的增大而增大；當(dāng)扁疤長度LR一定時(shí)，輪軌垂向力P1隨著車速的增大先增后減，這是由于高速和低速時(shí)扁疤的沖擊行為有區(qū)別，存在一個(gè)扁疤沖擊臨界速度，且P1在臨界速度時(shí)達(dá)到最大值[12]。另外，當(dāng)LR=40 mm時(shí)，最大輪軌垂向力P1max=192.28 kN，達(dá)到無扁疤時(shí)輪軌垂向力的3.9倍。上述分析結(jié)果表明：車輪單處扁疤對車輛-軌道系統(tǒng)產(chǎn)生了極大沖擊，應(yīng)控制單處扁疤車輪的扁疤長度LR≤ 35 mm，超過此長度時(shí)須對車輪進(jìn)行鏇修處理。

2.3兩處扁疤引起輪軌沖擊分析

分析車輪兩處扁疤引起的輪軌沖擊效應(yīng)時(shí)，為表征其引起輪軌沖擊程度，需將各處扁疤引起的輪軌垂向力與對應(yīng)的等尺寸單處扁疤車輪引起的輪軌垂向力進(jìn)行對比分析，具體如下。

2.3.1輪對中一車輪上有兩處扁疤

列車在行駛過程中，當(dāng)輪對中有一車輪存在兩處扁疤時(shí)，兩處扁疤將先后作用于軌道，產(chǎn)生輪軌沖擊，如圖7所示，LR1=LR2=35 mm，v=50 km/h，ψ12=60°。

圖7 輪對中一車輪上有兩處扁疤時(shí)的輪軌垂向沖擊力響應(yīng)曲線Fig.7 Vertical impact force of wheel/rail for one wheel with two flats

分析扁疤長度LR1、LR2，車速v和扁疤間夾角ψ12對輪軌垂向力P1的影響，具體包括：當(dāng)v=50 km/h、ψ12=180°時(shí)，得到圖8所示的扁疤長度對輪軌沖擊的影響；當(dāng)LR1=LR2=35 mm，ψ12=180°時(shí)，得到圖9所示的車速對輪軌沖擊的影響；當(dāng)LR1=LR2=35 mm時(shí)得到圖10所示的兩處扁疤間夾角對輪軌沖擊的影響。

圖8 扁疤1、扁疤2和單處扁疤長度對P1的影響Fig.8 Influence of flat 1, flat 2 and single flat length on wheel/rail vertical impact force P1

圖9 扁疤1、扁疤2和單處扁疤下車速對P1的影響Fig.9 Influence of train speed on wheel/rail vertical impact force P1 under flat 1, flat 2 and single flat

(a)扁疤1

(b)扁疤2圖10 扁疤間夾角對扁疤1和扁疤2引起的輪軌垂向力P1的影響Fig.10 Influence of phase angle on wheel/rail vertical impact force P1 caused by flat 1 and flat 2

由圖8可知，相比于同尺寸單處扁疤車輪引起的輪軌垂向力P1，兩處扁疤車輪每處扁疤(扁疤1和扁疤2)在扁疤長度變化下引起的輪軌垂向力P1并沒有增大或減小。表明輪對中一車輪上有兩處扁疤時(shí)，相較于單處扁疤，扁疤長度大小對輪軌沖擊影響不明顯。

由圖9可知，相比于同尺寸單處扁疤車輪引起的輪軌垂向力P1，兩處扁疤車輪每處扁疤(扁疤1和扁疤2)在車速變化下引起的輪軌垂向力P1略有增大或減小，最大差值為3 kN。表明在誤差允許范圍內(nèi)，輪對中一車輪上有兩處扁疤時(shí)，相比于同尺寸單處扁疤車輪引起的輪軌沖擊，車速大小并不會(huì)使輪軌沖擊更劇烈。

由圖10可知，扁疤1引起的輪軌垂向力P1不受扁疤間夾角的影響，與同尺寸單處扁疤引起的輪軌垂向力P1相等。而扁疤2引起的輪軌垂向力P1在扁疤間夾角ψ12≤40°時(shí)，變化明顯，最大時(shí)比同尺寸單處扁疤引起的輪軌垂向力大46 kN；在扁疤間夾角ψ12>40°時(shí)，與同尺寸單處扁疤車輪引起的輪軌垂向力P1相等。原因是當(dāng)兩扁疤相距較近時(shí)，先作用于軌道的扁疤1對扁疤2產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致扁疤2引起的輪軌沖擊響應(yīng)在部分階段有所增強(qiáng)。

綜上，輪對中一車輪上有兩處扁疤，當(dāng)扁疤間夾角ψ12>40°時(shí)，兩處扁疤可看作相互獨(dú)立，在扁疤長度、車速、扁疤間夾角變化下引起的輪軌沖擊與同尺寸單處扁疤引起的輪軌沖擊一致；當(dāng)扁疤間夾角ψ12≤40°時(shí)，先作用于軌道的扁疤對后作用于軌道的扁疤產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致后作用于軌道的扁疤引起輪軌沖擊響應(yīng)在部分階段有所增強(qiáng)，產(chǎn)生了比同尺寸單處扁疤更大的沖擊。

另外，單處扁疤車輪應(yīng)控制扁疤長度LR≤35 mm，故輪對中一車輪存在兩處扁疤時(shí)，至少應(yīng)控制扁疤長度LR1或LR2不大于35 mm。為給出輪對中一車輪存在兩處扁疤時(shí)扁疤長度的安全限值及避免以上分析結(jié)果的偶然性，對LR1=LR2=35 mm，LR1=30 mm、LR2=35 mm，LR1=LR2=30 mm及LR1=LR2=32 mm幾種條件下輪軌垂向力P1變化情況進(jìn)行分析，見表2。

表2 扁疤長度對輪軌垂向沖擊力P1的影響

綜上，由表2的分析結(jié)果及[P1]= 170 kN可得：輪對中一車輪上有兩處扁疤時(shí)，每處扁疤長度均不得超過32 mm。

2.3.2輪對中兩車輪各有一處扁疤

高速動(dòng)車組列車在行駛過程中，若輪對兩車輪各有一處扁疤時(shí)，兩處扁疤先后或同時(shí)作用于軌道并引起輪軌沖擊，LLⅠ=LRⅡ=35 mm，v=50 km/h，ψⅠⅡ=60°，其輪軌沖擊響應(yīng)如圖11所示。

分析扁疤長度LLⅠ、LRⅡ、車速v和扁疤間夾角ψⅠ Ⅱ?qū)嗆壌瓜蛄1的影響，具體如下：當(dāng)v=50 km/h，ψⅠ Ⅱ=180°時(shí)，得到圖12所示的扁疤長度對輪軌沖擊的影響；當(dāng)LLⅠ=LRⅡ=35 mm，ψⅠ Ⅱ=180°時(shí)，得到圖13所示的車速對輪軌沖擊的影響；當(dāng)LLⅠ=LRⅡ=35 mm時(shí)，得到圖14所示的兩處扁疤間夾角對輪軌沖擊的影響。

(a)左輪的垂向沖擊響應(yīng)

(b)右輪的垂向沖擊響應(yīng)圖11 輪對兩車輪各有一處扁疤時(shí)的輪軌垂向沖擊響應(yīng)Fig.11 Vertical impact force of wheel /rail for both two wheels each with a flat

圖12 扁疤Ⅰ、扁疤Ⅱ和單處扁疤長度對P1的影響Fig.12 Influence of flat Ⅰ, flat Ⅱ and single flat length on wheel/rail vertical impact force P1

圖13 扁疤Ⅰ、扁疤Ⅱ和單處扁疤下車速對P1的影響Fig.13 Influence of train speed on wheel/rail vertical impact force P1 under flat Ⅰ, flat Ⅱ and single flat

(a)扁疤Ⅰ

(b)扁疤Ⅱ圖14 扁疤間夾角對扁疤Ⅰ和扁疤Ⅱ引起的輪軌作用力P1的影響Fig.14 Influence of phase angle on wheel/rail vertical impact force P1 caused by flatⅠand flatⅡ

由圖12可知，相比較于同尺寸單處扁疤車輪引起的輪軌垂向力P1，兩處扁疤車輪每處扁疤(扁疤Ⅰ和扁疤Ⅱ)在扁疤長度變化下引起的輪軌垂向力P1并沒有增大或減小。表明輪對兩車輪各有一處扁疤時(shí)，相較于單處扁疤，其扁疤長度大小并不會(huì)使輪軌沖擊更劇烈。

由圖13可知，相比較于同尺寸單處扁疤車輪引起的輪軌垂向力P1，兩處扁疤車輪每處扁疤(扁疤Ⅰ和扁疤Ⅱ)在車速變化下引起的輪軌垂向力P1并沒有變化。表明輪對兩車輪各有一處扁疤時(shí)，相較于單處扁疤車輪引起的輪軌沖擊，車速大小并不會(huì)使輪軌沖擊更劇烈。

由圖14a可知，扁疤Ⅰ引起的輪軌垂向力P1在扁疤間夾角ψⅠⅡ<10°時(shí)，變化明顯，特別是當(dāng)兩車輪的扁疤關(guān)于軌道處于對稱位置時(shí)，變化尤為明顯，最大時(shí)比同尺寸單處扁疤引起的輪軌垂向力大67 kN；在扁疤間夾角ψⅠⅡ≥10°時(shí)，與同尺寸單處扁疤引起的輪軌垂向力P1相等，不受扁疤間夾角影響。

由圖14b可知，扁疤Ⅱ引起的輪軌垂向力P1在扁疤間夾角ψⅠⅡ≤40°時(shí)，變化明顯，最大時(shí)比同尺寸單處扁疤引起的輪軌垂向力大67 kN；在扁疤間夾角ψⅠⅡ>40°時(shí)，與同尺寸單處扁疤引起的輪軌垂向力P1相等。

為避免以上分析結(jié)果的偶然性，對LLⅠ= 30 mm、LRⅡ=35 mm，LLⅠ=LRⅡ=30 mm及LLⅠ=LRⅡ=27 mm進(jìn)行了分析，得到的結(jié)果與上述分析結(jié)果一致；另外，輪軌作用力達(dá)到最大值P1max位置均為ψⅠⅡ=0°處。為此，對輪對兩車輪扁疤關(guān)于軌道對稱且扁疤長度和車速變化下的輪軌響應(yīng)進(jìn)行分析，如圖15所示。

圖15 兩扁疤關(guān)于軌道對稱時(shí)車速及扁疤長度對輪軌垂向力P1的影響Fig.15 Influence of flat length and train speed on wheel/rail vertical impact force P1 under two flats about orbital symmetry

由圖15可知，兩處扁疤關(guān)于軌道對稱時(shí)，當(dāng)v≤130 km/h時(shí)，兩處扁疤引起的輪軌垂向力P1比同尺寸單處扁疤引起的輪軌垂向力P1大，尤其在v=50 km/h時(shí)，兩者之間差值達(dá)到最大；當(dāng)v>130 km/h時(shí)，兩處扁疤引起的輪軌垂向力P1反而比同尺寸單處扁疤引起的輪軌垂向力P1小。原因是當(dāng)扁疤長度一定，兩處扁疤關(guān)于軌道對稱，兩扁疤在同一時(shí)刻作用于軌道：低速時(shí)，產(chǎn)生的輪軌沖擊相互疊加，產(chǎn)生極大沖擊，對動(dòng)車組列車運(yùn)行穩(wěn)定性及長期服役性產(chǎn)生極大影響；高速時(shí)，車速超過沖擊臨界速度，沖擊行為發(fā)生變化，使產(chǎn)生的輪軌沖擊反而有所減小。

由以上分析可得：LLⅠ=LRⅡ=35 mm時(shí)，P1max=206.32 kN；LLⅠ=LRⅡ=30 mm時(shí)，P1max=183.27 kN；LLⅠ=LRⅡ=27 mm時(shí)，P1max=167.89 kN。根據(jù) [P1]= 170 kN，可得：輪對兩車輪各有一處扁疤時(shí)，每處扁疤長度均不超過27 mm。CRH2型動(dòng)車組車輪踏面扁疤的容許限度見表3。

表3 CRH2型動(dòng)車組車輪扁疤限值

3 結(jié)論

(1)建立了CRH2型動(dòng)車組的車輛-軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及扁疤模型，采用變輪徑的扁疤模擬法，對單處和兩處扁疤引起的輪軌沖擊響應(yīng)進(jìn)行分析，確定了CRH2型動(dòng)車組車輪扁疤的容許限度。

(2)輪對中一車輪上有兩處扁疤，當(dāng)車速一定，扁疤間夾角為180°時(shí)，相比于單處扁疤，扁疤長度大小對輪軌沖擊影響不明顯。當(dāng)扁疤長度一定，扁疤間夾角為180°時(shí)，相比于單處扁疤，車速大小并不會(huì)使輪軌沖擊更劇烈。當(dāng)扁疤長度一定，扁疤間夾角大于40°時(shí)，兩處扁疤可看作相互獨(dú)立，在車速和扁疤間夾角變化下引起的輪軌沖擊與同尺寸單處扁疤引起的輪軌沖擊一致；當(dāng)扁疤間夾角小于或等于40°時(shí)，先作用于軌道的扁疤對后作用于軌道的扁疤產(chǎn)生了影響，導(dǎo)致后作用于軌道的扁疤引起的輪軌沖擊響應(yīng)在部分階段有所增強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生比同尺寸單處扁疤更大的沖擊，對車輛-軌道系統(tǒng)的危害更大。

(3)輪對兩車輪各有一處扁疤，當(dāng)兩扁疤關(guān)于軌道對稱時(shí)，兩扁疤同時(shí)作用于軌道，低速時(shí)，產(chǎn)生的沖擊會(huì)疊加，對車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性及長期服役性具有極大影響；當(dāng)兩扁疤關(guān)于軌道處于非對稱位置時(shí)，其輪軌響應(yīng)變化規(guī)律與輪對中一車輪上有兩處扁疤的輪軌響應(yīng)變化規(guī)律相同。

(4)經(jīng)分析，得到CRH2型動(dòng)車組車輪踏面扁疤的容許限度：當(dāng)輪對中一車輪上有且僅有一處扁疤時(shí)，扁疤長度應(yīng)控制在35 mm以內(nèi)；當(dāng)輪對中一車輪存在兩處扁疤時(shí)，每處扁疤長度應(yīng)控制在32 mm以內(nèi)；當(dāng)輪對兩車輪各有一處扁疤時(shí)，每處扁疤長度應(yīng)控制在27 mm以內(nèi)。

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(編輯王旻玥)

MechanicsCharacteristicsAnalysisofWheel/RailImpactInducedbyWheelFlatsBasedonSIMPACK

QIN Yudong HU Ming YANG Liuqing ZHOU Xun

School of Mechanical Engineering and Automation,Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou，310018

In order to study the dynamics issues of high-speed train wheels with multiple flats, a dynamics model of CRH2EMU and wheel flat model was developed. The simulation method that changed wheel radius to simulate wheel flats was applied. By analyzing the wheel-rail impact response caused by single flat and two flats, the effects of wheel/rail impact caused by the changes of flat lengths, train speeds and phase angles of multiple flats were determined, and the wheel flat limit was determined under CRH2EMU safely running. These provide a basis for safe running of high-speed trains.

high-speed train; wheel/rail impact; wheel flat limit； electric multiple unit(EMU)

2016-10-19

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(U1334204)；浙江理工大學(xué)521人才培養(yǎng)計(jì)劃資助項(xiàng)目

U271.91

10.3969/j.issn.1004-132X.2017.17.003

秦玉冬，男，1991年生。浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院碩士研究生。主要研究方向?yàn)檐囕v系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。胡明(通信作者)，女，1976年生。浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。E-mail:huming@zstu.edu.cn。楊柳青，男，1990年生。浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院博士研究生。周迅，男，1978年生。浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院教授。