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1、试验研究铁道车辆第49卷第8期2011年8月文章编号:1002-7602(2011)08-0001-03车轮磨耗仿真中踏面更新策略研究丁军君,李芾,黄运华(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)摘要:基于车辆系统动力学仿真和Braghin踏面磨耗模型计算车轮踏面上的磨耗深度分布,并采用小波滤波、滑动平均和傅里叶变换平滑3种方法对踏面磨耗深度曲线进行平滑。结果表明,小波滤波的平滑效果优于滑动平均和傅里叶变换平滑方法;更新磨耗深度越大,对磨耗行为和轮轨几何接触关系影响越大。因此,建议在最大磨耗深度达到011mm时对仿真计算用的车轮型面进行更新。关
2、键词:车轮磨耗;踏面更新;小波变换;轮轨接触中图分类号:U270.331+.1文献标识码:A为了对铁道车辆车轮磨耗后的形状及其发展进行型(图2)。该车装用转K6型转向架,轮轨型面分别为[1-4]预测,国内外学者提出了多种磨耗模型,并结合车LM型车轮踏面和75kg/m钢轨型面,轨道不平顺采辆-轨道动力学模型将其应用于车轮磨耗预测仿真用美国(AAR)5级谱。[5-13]中。在实际运行过程中车轮磨耗是连续发生的,因此其踏面形状随时都在改变,但在动力学仿真中通常认为踏面形状在一个仿真过程内是不变的,在下一个仿真过程开始时依据上一个仿真过程的磨耗数据对车轮踏面形
3、状进行更新。踏面形状的离散变化过程将使仿真计算结果与实际情况出现偏差,而对踏面更新策略的控制是决定该偏差大小的重要因素,同时也决定了计算速度(图1)。本文将基于国内重载货车轮轨型面对车轮磨耗更新策略进行研究,以使车轮踏面磨耗预测在精度和速度上得到统一。图2C80型敞车动力学模型1.2车轮踏面磨耗模型Braghin于2006年在全尺寸试验的基础上提出了[4]一种快速计算踏面磨耗深度的模型,其接触斑内的磨耗深度$h为:vv$t$h=kB(1)Q式中:vv)))车辆运行速度,m/s;$t)))车轮通过接触斑时间,s;图1车轮磨耗更新策略与磨耗预测的关系3Q)
4、))材料密度,kg/m;2kB)))磨耗率,Lg/(m#mm)。1车辆动力学模型和车轮踏面磨耗模型其中,磨耗率kB与TC/A(T为蠕滑力,N;C为蠕21.1车辆动力学模型滑率;A为接触面积,mm)的值有关(表1)。在SIMPACK软件中建立C80型敞车的动力学模表1Braghin模型中的磨耗区分布与磨耗率TC/A/磨耗率kB/收稿日期:2011-02-25磨耗区(N#mm-2)(Lg#(m#mm2)-1)基金项目:国家自然科学基金项目(50821063);中央高校基本科研业务ÑTC/A<10.45.3TC/A费专项资金资助项目(SWJTU09ZT07)
5、;中央高校基本科研Ò10.4[TC/A<77.255.0业务费专项资金资助项目(SWJTU09BR085)作者简介:丁军君(1985-),男,博士研究生。ÓTC/A77.261.9TC/A#1#铁道车辆第49卷第8期2011年8月22始信号(t为时间),且f(t)ILR(LR表示平方可积2踏面磨耗深度的平滑的实数空间)。如果母小波W(t)(一般是时域上以t=0[16]基于上述车辆系统动力学模型和车轮磨耗模型,为中心的带通函数)满足容许性条件:]2计算车辆在运行一段距离后踏面磨耗深度在踏面上的
6、^W(X)
7、dX<](5)Q0X分布,如图3所示。由于仿真
8、过程中车轮运动状态不连式中:^W(X))))W(t)的傅里叶变换;续,造成仿真的磨耗深度出现锯齿形分布,与实际情况X)))频率。不符,需要进行平滑处理。则,小波变换可表达为:]1*t-bWf(a,b)=f(t)=W()dt(6)Q-]aa式中:Wf(a,b))))f(t)的小波变换;a)))尺度因子,是决定小波变换的频率信息;b)))位移因子,是决定小波变换的时域信息。对信号进行Nw层小波分解,得到不同尺度的小波变换系数。对每一层小波分解高频系数进行量化处理,并进行软阈值去噪,处理后的小波分解系数C为:(sgnC)(
9、C
10、-Tm)
11、C
12、>TmC=(7)
13、图3平滑前磨耗深度在踏面上的分布0
14、C
15、[Tm式中:C)))小波系数;2.1滑动平均法平滑Tm)))阈值,Tm=R2lg(Nw)(R为噪声标准对N个非平稳的数据{xj,j=1,2,,,N},认为差)。每m个相邻数据的小区间内是接近平稳的,于是可取根据小波分解的低频系数和处理后的高频系数,每m个相邻数据的平均值来表示这m个数据中的任[14]进行小波的信号重构,即可获得去噪以后的信号。一个具体值。一般表达式为:n2.4平滑效果比较k=n+1,n+2,,,N-n;1fk=xk+12n+1kE=-nn=(m-1)/2采用小波滤波、滑动平均和FFT平滑3种平滑方
16、法分别对图3中的磨耗深度曲线进行平滑,结果如图4(2)所示。为评价平滑效果,分析了平滑后的数据
