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车轮多边形化对车辆运行安全性能的影响

吴磊 钟硕乔 金学松 李玲

吴磊, 钟硕乔, 金学松, 李玲. 车轮多边形化对车辆运行安全性能的影响[J]. 交通运输工程学报, 2011, 11(3): 47-54. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.03.009
引用本文: 吴磊, 钟硕乔, 金学松, 李玲. 车轮多边形化对车辆运行安全性能的影响[J]. 交通运输工程学报, 2011, 11(3): 47-54. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.03.009
WU Lei, ZHONG Shuo-qiao, JIN Xue-song, LI Ling. Influence of polygonal wheel on running safety of vehicle[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2011, 11(3): 47-54. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.03.009
Citation: WU Lei, ZHONG Shuo-qiao, JIN Xue-song, LI Ling. Influence of polygonal wheel on running safety of vehicle[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2011, 11(3): 47-54. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.03.009

车轮多边形化对车辆运行安全性能的影响

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.03.009
基金项目: 

四川省科技支撑计划项目 2010GZ0226

四川省基础研究计划项目 2010JY0070

详细信息
    作者简介:

    :吴磊(1981-), 男, 贵州毕节人, 西南交通大学工学博士研究生, 从事车辆动力学研究

    金学松(1956-), 男, 江苏扬州人, 西南交通大学教授, 工学博士

  • 中图分类号: U270.2

Influence of polygonal wheel on running safety of vehicle

More Information
  • 摘要: 用Timoshenko梁、Euler梁分别模拟钢轨、直线电机定子与反力板, 用集中质量块、三维实体有限元分别模拟有砟轨道、板式轨道, 建立了直线电机车辆/轨道耦合动力学模型, 分析了2种轨道上不同磨耗程度车轮对轮轨法向力和脱轨系数的影响。计算结果表明: 当车辆以速度为60 km.h-1通过半径为300 m的曲线轨道时, 在板式轨道上的轮轨法向力最小、最大值分别为55.34、112.53 kN, 脱轨系数最大值为0.290, 在有砟轨道上的轮轨法向力最小、最大值分别为60.70、123.00 kN, 脱轨系数最大值为0.289;当车辆以速度为60 km.h-1通过半径为600 m的曲线轨道时, 在板式轨道上的轮轨法向力最小、最大值分别为52.93、107.59 kN, 脱轨系数最大值为0.064, 在有砟轨道上的轮轨法向力最小、最大值分别为59.45、112.33 kN, 脱轨系数最大值为0.071;当车辆以速度为90 km.h-1通过波长为100 mm的3种深度的凹坑时, 在板式轨道上的轮轨法向力最小、最大值分别为49.54、114.36 kN, 脱轨系数最大值为0.024, 在有砟轨道上的轮轨法向力最小、最大值分别为50.19、134.29 kN, 脱轨系数最大值为0.031。各种工况下的脱轨系数均在安全限度以内, 不会引起脱轨。

     

  • 图  1  车辆/有砟轨道耦合动力学模型

    Figure  1.  Vehicle/ballast track coupling dynamics model

    图  2  车辆/板式轨道耦合动力学模型

    Figure  2.  Vehicle/slab track coupling dynamics model

    图  3  作用力计算模型

    Figure  3.  Calculation model of interaction forces

    图  4  多边形车轮测量结果

    Figure  4.  Measuring result of ploygonal wheels

    图  5  凹坑

    Figure  5.  Pits

    图  6  余弦凹坑

    Figure  6.  Cosine pit

    图  7  轮轨法向力与运行距离的关系

    Figure  7.  Relationships between wheel/rail normal forces and running distance

    表  1  工况1轮轨法向力

    Table  1.   Wheel/rail normal contact forces under condition 1  kN

    磨耗类型 最小值 最大值
    有砟轨道 板式轨道 有砟轨道 板式轨道
    1 60.70 55.34 123.00 112.53
    2 83.18 71.45 97.75 89.74
    3 83.75 71.78 98.09 92.47
    4 81.87 71.46 99.38 92.73
    5 78.28 70.42 101.80 92.87
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    表  2  工况1脱轨系数

    Table  2.   Derailment coefficients under condition 1

    磨耗类型 1 2 3 4 5
    有砟轨道 0.289 0.278 0.277 0.278 0.280
    板式轨道 0.290 0.268 0.268 0.270 0.273
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    表  3  工况2轮轨法向力

    Table  3.   Wheel/rail normal contact forces under condition 2  kN

    磨耗类型 最小值 最大值
    有砟轨道 板式轨道 有砟轨道 板式轨道
    1 59.45 52.93 112.33 107.59
    2 82.43 71.44 85.51 89.74
    3 82.97 71.77 85.86 92.46
    4 81.09 71.46 87.32 92.73
    5 77.48 70.41 90.01 89.38
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    表  4  工况2脱轨系数

    Table  4.   Derailment coefficients under condition 2

    磨耗类型 1 2 3 4 5
    有砟轨道 0.071 0.055 0.055 0.056 0.058
    板式轨道 0.064 0.028 0.028 0.030 0.036
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    表  5  工况3轮轨法向力最大值

    Table  5.   Maximum wheel/rail normal contact forces under condition 3  kN

    磨耗类型 1 2 3 4 5
    凹坑深度/mm 0.05 114.36 90.79 89.12 91.58 90.72
    0.10 114.36 99.14 97.46 99.93 95.06
    0.15 114.36 107.49 105.81 108.28 103.41
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    表  6  工况4轮轨法向力最大值

    Table  6.   Maximum wheel/rail normal contact forces under condition 4 kN

    磨耗类型 1 2 3 4 5
    凹坑深度/mm 0.05 117.08 94.06 93.04 93.38 97.12
    0.10 125.69 102.63 101.61 101.96 105.70
    0.15 134.29 111.21 110.18 110.53 114.28
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    表  7  工况3轮轨力法向力最小值

    Table  7.   Minimum wheel/rail normal contact forces under condition 3 kN

    磨耗类型 1 2 3 4 5
    凹坑深度/mm 0.05 49.54 75.69 76.19 75.44 73.02
    0.10 49.54 70.69 71.19 70.44 72.96
    0.15 49.54 65.71 66.20 65.46 69.49
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    表  8  工况4轮轨法向力最小值

    Table  8.   Minimum wheel/rail normal contact forces under condition 4 kN

    磨耗类型 1 2 3 4 5
    凹坑深度/mm 0.05 50.19 77.48 75.82 74.59 74.71
    0.10 50.19 69.08 67.43 66.20 68.34
    0.15 50.19 60.73 59.09 57.87 59.97
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    表  9  工况3脱轨系数

    Table  9.   Derailment coefficients under condition 3

    磨耗类型 1 2 3 4 5
    凹坑深度/mm 0.05 0.0241 0.015 0.015 0.016 0.019
    0.10 0.024 0.018 0.018 0.018 0.019
    0.15 0.024 0.020 0.020 0.021 0.020
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    表  10  工况4脱轨系数

    Table  10.   Derailment coefficients under condition 4

    磨耗类型 1 2 3 4 5
    凹坑深度/mm 0.05 0.027 0.019 0.017 0.019 0.021
    0.10 0.030 0.023 0.021 0.022 0.024
    0.15 0.031 0.025 0.024 0.025 0.027
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  • 收稿日期:  2011-01-20
  • 刊出日期:  2011-06-25

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