轨枕支撑刚度和阻尼对小半径曲线钢轨磨耗型波磨影响的有限元研究

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1、振动与冲击第30卷第2期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVo1．30No．22011轨枕支撑刚度和阻尼对小半径曲线钢轨磨耗型波磨影响的有限元研究王国新，陈光雄，邬平波(西南交通大学摩擦学研究所，牵引动力国家重点实验室，成都610031)摘要：基于Brockley轮轨系统的摩擦自激振动引起钢轨的磨耗型波磨的理论，建立了车辆稳态通过小半径曲线时由轮对一钢轨一轨枕弹簧组成的系统有限元弹性振动模型，在模型中假设轮轨蠕滑力饱和且等于法向力与摩擦系数的乘积，应用有限元软件ABAQUS分析该模型的运动稳定性。计算结果显示，当摩擦系数>0．2

2、8时，轮轨系统在饱和蠕滑力作用下存在很强的自激振动趋势。这种自激振动可能是引起小半径曲线线路上内轨短波波磨的原因。研究了轨枕支撑弹簧刚度和阻尼对钢轨波磨的影响，发现较软的轨枕支撑弹簧刚度和合适的轨枕支撑阻尼可以抑制曲线线路上内轨的短波波磨。研究也发现，把离散轨枕弹簧支撑改为连续弹簧支撑，仍然不能完全消除这种磨耗型钢轨波磨。关键词：摩擦；蠕滑力；自激振动；轮轨；钢轨波磨中图分类号：TH117．3文献标识码：AInfluenceofsleepersupportstifnessanddampingonwear-typerailcorrugationon

3、atightcurveWANGGuo—xin，CHENGuang—xiong，一60(TribologyResearchInstitute，StateKeyLaboratoryofTractionPower，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：AccordingtoBrockley’Stheorythatfriction—inducedvibrationcausesrailcorrugation，anelasticvibrationmodelofawheelset-tr

4、acksystemwhenavehiclepassedsteadilythroughatightcurvewasestablished．Themodelincludedawheelset，tworailsandaseriesofsleepersupportspringsanddampers．Inthemodel，thecreepforcesbetweenwheelsandrailswereassumedtobesaturatedandequaltothenormalcontactforcesmultipliedbyafrictioncoeffic

5、ient．ThemotionstabilityofthemodelwasanalyzedusingABAQUSpackage．ItwasfoundthatwhenthefrictioncoeficientLL>0．28，therearepropensitiesofunstableself-excitedvibrationwhichisapossiblecausetoleadtotheshort—pitchcorrugationonthelowrail．Theinfluenceofthesleepersupportstiffnessanddampi

6、ngonrailcorrugationwasstudiedwiththemode1．Theresultsshowedthatsoftersleepersupportstiffnessandappropriatedampingmaysuppressrailcorrugation．Itwasalsofoundthatsimilartothediscretesleepersupport，thecontinuoussleepersupportcannoteliminatewear—typerailcorrugationfully．Keywords：fri

7、ction；creepforce；self-excitedvibration；wheel—rail；corrugation钢轨波磨的研究历史可以追溯到一百多年前。起的轮轨系统自激振动机理。目前，学术界普遍接受入上世纪90年代后，由于城轨铁路的发展使钢轨波的钢轨波磨机理是轮轨瞬态动力学相互作用引起摩擦问题变得越来越严重。为此，各国学者对钢轨波磨问功波动的机理，并且发展了基于轮轨瞬态动力学和摩题进行了大量的研究，提出了多种钢轨波磨的形成机擦功仿真来预测钢轨波磨的方法J。Hempelmann_6』理，主要包括：①轮轨瞬态动力学相互作用引起认为钢轨的“p

8、inned．pinned”共振是波磨产生原因；Ili．摩擦功波动机理；②簧下质量的P2共振振动机理；③as研究发现了较硬的轨道支撑刚度更