车辆轮对的粘滑振动分析

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1、两南交通大学学报©27”刊车辆轮对的粘滑振动分析UN6063/U2S"/JOURNALOFSOUTHWESTJIAOTONGCNIVEKSITY-张立民（西南交通丸学牵而刀囲实他室成都610031）播要对两接触物体的怙滑振动进行了说烬的分析、给岀了粘滑振动发生的条件-分析了骊功速度对粘滑振幅的形响、应用数值方法对三沖干同摩擦模型进疔了分析计算•结果表明粘滑扳幅与驱动速度近似成线性关系•最后从端相力出发训轮肓可能产主的扭转粘滑振动进片了分析.指出了左右轮轨障擦车均及曲线通过时内轨九产生粘滑振动的原因关键词车辆：轮诃、粘滑

2、振功分类号S.7i臨粘滑振动是两接触界面在…定条件下发生的周期交替滑动和静止过程C产生粘滑振动的原因一般认为是由于静摩擦系数“0大于动摩擦系数或円关于接触界面相对运动速度具有负的斜率。粘滑振动普遍存在于具有相对运动的接触副中、许多学者就机械接触的粘滑振动问题作了分析，Bowden和Tai^r1-分析「定常摩擦系数“o・/（“o，>H）情况卜•无阻尼系统的滑粘振动•指出粘滑振动的幅值△工只与差值z-x成比例cBrackleyefal'1通过假设从是界血相对速度"的线性函数•而“°是滞将时间的指坡函数情况，建立f^x的估计

3、方程，并分析^x趋于零的条件・另外，动摩擦系数与界面的相对滑动速度及温度T等因素有关〔2・创，因此实际的粘滑振动模型应考虑速度等因素的影响°到冃冊为止对怙楷振动的分析都局限滑块的迄动及机床加工刀具的运动中•较少涉及到滚动接触的情形。实践表明滚动接触的物休的接触界面任-矩条件下也町产生粘滑振动、有时这种粘滑振动甚至是接触界而失效的主要原因。•如铁路钢轨表面的波形磨损等，其形成的主要原因之一就足粘滑撫动c因此研充滚动接触物体的粘淆振动问越就显側具有现实惫义匕本文中从一殷借形F的粘滑振动出发对轮轨的牯滑振动进行「分析•为进

4、一涉轨道波咯提供了理论堆础.1约束轮对滚动时粘滑振动的产生轮对在轨道上运斤时受转向架的约束，其迄动轨迹与自由轮对有较大差异•.图1为乍辆转向架与轮对的组合及轮对与轨道接触示惫国•当两轮对以踏面中心与轨道接触时•其左右两側滚轮的滚动半任均为r0.当转向架以速度均前进时，四个滚轮以相同的废动速度心=y/g向前滚动•这种接触状态为理想状态但是实际轮对的运行多数都是偏离这种理想状态，如轮轨接触点有•橫移秋）•理想滾动条件就会被破坏.设轮对有横移星+）,踏面锥度为入、此时的滚动半住rz.>m）・按轮对自动对中的•原理•轮对有向-

5、y方向运动的管势.收稿日期：1998-1120张上民；勺H960丁牛「左帅•博Ira1构袈轮对和轮対与轨逍接触示意图由于前后轮对的运动受转向架的约束•这种运动受到限制)又由于仏〉仏・而一定，必然有叫＜56•从而使轮轴受扭•弹性势能增加•致使接触点产生的摩擦力大于嚴大静摩擦力时,产生大滑动•弹性势能得到释放，随旨能量再次累积，轮轴弹性势能的累积和释放而引起的接触面反复的滑动和粘着过程就是典型的轮对粘滑振动「，此振动是钢轨波浪型磨耗的主要因素.2单自由度运动物体的粘滑振动分析由于轮轨摩擦的机理尚不十分清楚，一些文献给出的摩

6、擦摸型都是近似的•本节很据目前铁路上常用的三种摩擦模型，即：(1)静摩擦系数幽和动摩擦系数0均为常数•且旳＞円・(2)摩擦系数“勻相对速度*具有也指数关系・(3)“与相时速度”具有负倒数关系■对单自由度系统的粘滑振动进行分析.2.1系统运动方程(a)平动根据振动理论容易得到图2(G所示的平动系统运动方程为+r(.t＞-xj)4--xi)---川)呼(J)图2(b)所示的扭转系统的运动方程为单自由度粘榊振动樓型矽？4-厂(一9])+A：(&2-厲)=-(/“-他"洛(2)两种系统的振动方程在形式上是相同的•写成标准形式为

7、x+2cv4-佃讼=-£(3、m式中：*=g-灯或=久-已)；戶是摩擦力；对于平动和滚动悄形W和3“分别为3^=、・k/ni・s=v"kz；/：c=k/{2「〃“•)・c=紛，(2JIc(,)o2.2界面摩擦模型到目前为止.人们广泛采用的馀擦定律是Coalmib定律F=心冷(4)他与表面状况及相对滑动速度等冇关•卞耍有：(1)定常鬆擦系数模型/€(.V=0”1=(5〉r：二0（2）摩擦系数“与相对速度e的负指数关系模型“2=“0-（“0-必）（1-巳2）⑹（3）Bochet根据Pirec在里昂铁路上使车辆沿钢轨滑动制动

8、试验数据得出的模型*(7)上Q旳=no：23；式中t为滑动速度m/sc对于干燥钢轨//0=0.45,对于潮湿钢轨旳二0・25=2.3采用不同摩擦模型时系统的粘滑振动问题对于如图2所示的系统从胖止开始运动时，弹簧受压缩■当弹赞力与阻尼力之和等于胖摩擦力F；时质就幵始滑动，摩擦力在该瞬时降至仇（第一种模型）或迅速降低dF/df<0（第