车辆蛇形运动状态下重载铁路轮轨系统振动特性

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1、第29卷第1期Vol.29No.1工程力学2012年1月Jan.2012ENGINEERINGMECHANICS235文章编号：1000-4750(2012)01-0235-05车辆蛇形运动状态下重载铁路轮轨系统振动特性王开云，刘鹏飞(西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川，成都610031)摘要：该文针对重载铁路货车车辆，从大系统角度，研究了蛇形失稳时的轮轨动态相互作用特征，仿真计算了当货车车辆以高于其非线性临界速度运行时的轮轨系统振动姿态。理论分析结果表明，轮对蛇形运动时，轮轨接触点在车轮踏面与轮缘根部交替变化，导致轮轴横向力变化非常

2、剧烈，最大值接近正常值的10倍。在轮轨横向力的作用下，轮对以11.25Hz频率在轨道中心线左右横向运动，幅度达到了15mm，且摇头角位移较大，轮对蛇形运动波长为3.4m；钢轨横向振动也非常明显，将进一步加剧轮对横向运动。另外，轮轨横向相互作用力及钢轨横向振动位移的主频与轮对蛇形频率一致。关键词：蛇形运动；轮轨；相互作用；重载铁路；动力学中图分类号：U270.1;U211.5文献标志码：ACHARACTERISTICSOFDYNAMICINTERACTIONBETWEENWHEELANDRAILDUETOTHEHUNTINGMONTIONON

3、HEAVY-HAULRAILWAYWANGKai-yun,LIUPeng-fei(TractionPowerStateKeyLaboratory,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu,Sichuan610031,China)Abstract:Aimingatheavy-haulvehicles,thepaperinvestigatesthecharacteristicofdynamicinteractionbetweenwheelandrailduetothehuntingmotionbyconsideri

4、ngtheminawholesystem.Ontheconditionofthevehicleoperatingspeedbeingalittlehigherthanitsnonlinearcriticalspeed,thewheel/railvibrationmotionissimulated.Inthiscase,thecontactpointofthewheelandrailoccursatthewheeltreadorthewheelflangeperiodically,causingasharpchangeinthelateral

5、forceofwheelset.Themaximumlateralforceisnearly10timeslargerthanthenormalvaluewithouthuntingmotion.Duetotheexistingofthatforce,thewheelshiftsfromtheleftsidetotherightsidewithamainfrequencyof11.25Hzandalargeryawangle,andthemaximumshiftis15mm,asiscalledhuntingmotionwithahunti

6、ngwaveof3.4m.Meanwhile,thelateraldisplacementofrailisveryobvious,resultinginmoreseriousoscillationofwheelset.Itisnoticeablethatthemainfrequenciesofthelateralforceandtheraillateraldisplacementareconsistentwiththefrequencyofhuntingmotionofthewheel.Keywords:huntingmotion;whee

7、landrail;interaction;heavy-haulrailway;dynamic车辆以接近或者高于其非线性临界速度运行轴箱、心盘及旁承等主要部件产生了磨损，轨道结时，将引起车辆失稳，导致轮对蛇形运动。由于客构也发生变化，尤其是轮轨型面磨耗，改变了货车车和高速动车组的临界速度较高，在线路上运行时车辆原始的运营状态，实际的非线性临界速度往往不易出现蛇形失稳。而对于重载铁路，由于轴重大，低于其设计值。因此，在重载铁路上，货车空车可运营速度较高，经过一段时间的运营后，货车车辆能会出现蛇形运动状态，货车车辆一旦以蛇形失稳—————————

8、——————收稿日期：2010-04-24；修改日期：2010-11-28基金项目：国家重点实验室自主研究课题项目(2008TPL_T04)；国家高技术发展计划863课题项目(2