【摘 要】
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随着我国电力机车运行速度和轴重不断提高,车轮多边形磨耗问题日渐严峻。车轮多边形会引起机车车辆的强烈振动,对机车车辆的运行品质产生不利影响,严重时将导致机车车辆零部件疲劳断裂,危及行车安全。因此,车轮多边形磨耗问题引起了国内外许多学者的关注。开展车轮多边形磨耗激励下的车辆/轨道动力学行为研究,具有重要的理论意义和重大的工程背景。针对国内某和谐型电力机车车轮多边形磨耗异常的现象,本文通过现场试验和仿真
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随着我国电力机车运行速度和轴重不断提高,车轮多边形磨耗问题日渐严峻。车轮多边形会引起机车车辆的强烈振动,对机车车辆的运行品质产生不利影响,严重时将导致机车车辆零部件疲劳断裂,危及行车安全。因此,车轮多边形磨耗问题引起了国内外许多学者的关注。开展车轮多边形磨耗激励下的车辆/轨道动力学行为研究,具有重要的理论意义和重大的工程背景。针对国内某和谐型电力机车车轮多边形磨耗异常的现象,本文通过现场试验和仿真分析的方式开展了车轮多边形磨耗激励下电力机车动态响应研究,主要工作和结论如下:(1)对国内外有关车轮多边形磨耗激励下车辆/轨道动力学行为的研究进行了总结,明确了车轮多边形磨耗激励下电力机车动态响应研究的意义和方向。(2)系统地对该型机车车轮多边形磨耗状态进行了调查,并开展了机车线路振动试验,掌握了该型机车车轮多边形磨耗的基本特征和分布规律,以及该型机车关键零部件的振动特性,并揭示了机车异常振动的根本原因。(3)基于多体动力学软件SIMPACK,建立了考虑钢轨、轮对和构架弹性变形影响的机车-轨道刚柔耦合动力学模型,利用机车线路振动试验结果对该模型进行了验证。分析了关键部件弹性变形对机车/轨道系统动力相互作用的影响,发现刚柔耦合模型计算结果更为准确可靠。(4)利用仿真模型开展了车轮多边形磨耗激励下机车轮轨系统动态响应研究,并提出了车轮多边形磨耗的镟修限值。结果表明,轮轨垂向力与多边形波深呈线性递增的关系,当多边形磨耗的激励频率与机车/轨道系统某一固有频率接近时,会引起较大的轮轨垂向力波动;在车轮多边形波谷位置轮轨磨耗指数最大。机车牵引质量增大,会加快车轮多边形磨耗的发展;针对多边形磨耗主要表现为15~25阶的车轮,建议镟修限值为0.15 mm。(5)利用仿真模型开展了车轮多边形磨耗激励下机车系统振动响应研究,并提出了机车异常振动控制措施。结果表明,谐波型磨耗激励下波深、阶次和速度的增大会加剧机车轴箱和构架的振动;典型实测多边形磨耗激励下,轴箱振动受多边形磨耗激励的影响较大,而构架振动大小与多边形磨耗激励、轨枕参数激振和P2共振关系较大;针对高阶多边形引起的机车异常振动现象,本文从车轮镟修、改变机车运行速度和优化一系悬挂参数等角度提出了异常振动控制措施。
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