【摘 要】
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我国的城镇化取得重大成就,城镇公共交通的发展也紧跟步伐,但存在于城市轨道交通行业的钢轨波磨现象仍然没有得到彻底解决。当车辆通过波磨路段时,轮对垂向力发生剧烈波动,产生刺耳的运行噪声,严重时甚至导致车辆倾覆等重大交通事故。目前针对波磨现象的措施是消除现有波磨,如打磨钢轨。虽然此类方法能短时间地消除波磨,但是波磨的复现率极高且复现所需时间较短,造成大量的维护资源浪费。为从源头解决地铁钢轨波浪形磨损问题
【基金项目】
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国家自然基金项目（No.51775461和No.51275429）；
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我国的城镇化取得重大成就,城镇公共交通的发展也紧跟步伐,但存在于城市轨道交通行业的钢轨波磨现象仍然没有得到彻底解决。当车辆通过波磨路段时,轮对垂向力发生剧烈波动,产生刺耳的运行噪声,严重时甚至导致车辆倾覆等重大交通事故。目前针对波磨现象的措施是消除现有波磨,如打磨钢轨。虽然此类方法能短时间地消除波磨,但是波磨的复现率极高且复现所需时间较短,造成大量的维护资源浪费。为从源头解决地铁钢轨波浪形磨损问题,本文基于陈光雄教授提出的轮轨摩擦自激振动引起钢轨波磨的理论,从车辆动力学和有限元分析角度对波磨现象进行如下研究:（1）使用车辆动力学软件SIMPACK建立地铁B型车模型,研究车辆通过不同曲线半径轨道时导向轮对的接触位置和蠕滑力饱和情况。研究得到,轨道半径小于等于400m时,导向轮对内外侧车轮的蠕滑力都处于饱和状态,且内轮蠕滑力饱和程度高于外轮。内轮内轨易发生摩擦自激振动和因此而引起的钢轨波磨,这个结果与线路现场发生的波磨现象吻合良好。（2）选取车辆通过轨道半径为350 m的曲线线路工况为研究对象,建立了ABAQUS有限元摩擦引起自激振动模型,对模型进行仿真计算,得到振动主频率502.32 Hz,对应钢轨短波波磨。研究了车轮阻尼环对钢轨波磨的影响。研究发现,安装阻尼环车轮的轮轨系统能有效降低钢轨波磨的发生率,并在此基础上进一步研究了阻尼系数、阻尼环安装位置以及阻尼环尺寸对波磨的影响。结果表明阻尼系数大于等于10-4时,轮轨系统对波磨的抑制能力较强,双侧安装阻尼环的轮轨系统减振效果最好,阻尼环设计尺寸对波磨的影响较小。（3）研究了轮轨系统结构参数对钢轨波磨的影响,分别是轮对辐板形状、轨道吸振器、钢轨-轨枕连接垂向刚度和轮对轴端作用力区间对地铁钢轨波磨的影响。研究结果表明,改变车轮辐板形状,对轮轨系统波磨的发生频率和发生趋势有较大的影响,反S形辐板车轮能更好的抑制波磨发生。添加轨道吸振器的轮轨系统能诱发270 Hz的不稳定振动频率。增加钢轨扣件的垂向刚度能降低轮轨系统发生钢轨波磨的趋势。（4）基于ABAQUS软件和PYTHON语言,设计了一种向有限元模型添加钢轨滚动表面不平顺的方法。首先建立有限元单轮单轨模型,使用瞬时动态分析法进行模型的动态仿真,提取钢轨垂向加速度,通过功率谱密度分析对模型进行验证。然后在轮轨模型中添加111 Hz和222 Hz的钢轨不平顺函数,对添加不同频率的不平顺函数时钢轨的垂向加速度进行频域分析,结果显示:车轮通过不同频率的钢轨不平顺时,会产生对应激励频率的振动,验证了作者提出的添加钢轨不平顺方法的可行性。
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