毕业设计--城轨车车轮踏面外形对轮面疲劳损伤研究

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1、中南大学网络教育学院专科毕业大作业学习中心：专业：机械电子工程题目：城轨车车轮踏面外形对轮面疲劳损伤研究学生姓名：张天民学号：045评定成绩：评阅老师：2011年06月10日内容摘要轮轨滚动接触疲劳一直是铁路工业中难以解决的老问题。人们采用了各种方法和措施来阻止和减少它的危害，如研制轮轨新材料、优化轮轨型面匹配以减少轮轨接触应力、以及改善轨道和车辆结构性能来减少轮轨之间的动力作用等，但效果不显著。轮轨滚动接触疲劳的破坏现象主要为轮轨接触表面剥离、压溃、龟裂、波浪形磨损、轮缘磨损和钢轨侧磨及断裂等。这些破坏现象和很多因素有关，本文主要

2、针对踏面几何形状的变化对轮轨接触应力的影响进行研究。接触表面磨损是轮轨表面材料在接触力反复作用下的疲劳破坏结果。轮轨材料从表面到深度领域内的疲劳破坏现象主要由较大的且反复作用的轮轨接触应力引起。本文用赫兹接触理论推导接触应力计算公式，对轮轨接触应力进行了详细的计算，并研究了影响轮轨接触应力的各种因素。本课题将通过查阅资料，根据国内外对接触磨损的评价标准，重点对LM车轮踏面在P60轨道下进行了计算，分析了不同轨底坡和踏面形状对接触应力产生的影响，得到了各种不同工况下合理的轨底坡、踏面形状和轮轨组合，为工程实际提供理论依据。关键词：接触

3、应力，踏面形状，接触应力曲线I第1章绪论1.1研究背景1.1.1世界城市轨道交通概况城市轨道交通是指在轨道上行驶或以导向系统行驶的、服务于城市的交通。作为城市公共交通系统的一个重要组成部分，目前城市轨道交通有地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车以及悬浮列车等多种类型，号称“城市交通的主动脉”。国外城市轨道交通起步较早，德国、美国、日本等国都已形成完善的城市轨道交通网络。世界上第一条城市轨道线是1882年在巴黎诞生的，最初原型只不过是一种仅供14人乘坐的单向“公共汽车”。它有固定的线路、价格和停靠点，随后演变成用马拉的轨道车。工业革命后，随

4、着城市的发展，城市轨道作为一种新型的交通工具，逐步走上了历史的舞台。它的不断发展进步，反过来加速了城市化的进程，使现代城市的社会、经济功能日益加强。从目前的态势看，轨道交通将成为世界城市交通的发展方向[1]俞展猷．我国城市轨道交通车辆的发展和实施车辆国产化的历程．机车电传动，2007．。1.1.2我国城市轨道交通现状由于经济实力和技术水平的限制，中国城市轨道交通建设起步较晚。在2000年之前，全国仅有北京、上海、广州三个城市拥有轨道交通线路。进入21世纪以来，随着中国经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市轨道交通也进入大发展时期。截

5、至2007年12月31日，中国已经开通运行轨道交通的城市12个（含香港、台湾地区），其中大陆10个城市通车线路总计达30条，通车总里程729公里。截至2008年9月，中国城市轨道交通运营里程已从1995年的43公里增加到775.6公里。全国“十一五”期间计划建设1500公里左右轨道交通，总投资额在4000-5000亿左右。预计到2050年中国城市轨道交通线路总长将超过4500公里。中国的城市轨道交通行业步入一个跨越式发展的新阶段，中国已经成为世界最大的城市轨道交通市场[2]金锋.城市轨道交通快速发展中值得思考的问题.城市快轨交通，2

6、006.。1.2国内外轮轨表面接触损伤的研究现状城轨车辆因接触疲劳而导致车轮、钢轨的服役寿命严重降低。为了减小轮轨接触应力，降低轮轨磨耗与疲劳损伤，人们采用了各种方法和措施来阻止和减少它的危害，如研制轮轨新材料、优化轮轨型面匹配以减少轮轨接触应力、以及改善轨道和车辆结构性能来减少轮轨之间的动力作用等，但当车轮在钢轨上高速滚动时，由于轮轨之间的纵横向蠕滑和相对滑动的存在，使得轮轨滚动接触力学行为十分复杂[3]张伟，郭俊，刘启跃．钢轨滚动接触疲劳研究．润滑与密封，2005．[4]金学松，张继业，温泽峰，李芾．轮轨滚动接触疲劳现象分析．机

7、械强度，2002．。轮轨滚动接触疲劳的破坏现象主要为轮轨接触表面剥离、压溃、龟裂、波浪形磨损、轮缘磨损和钢轨侧磨及断裂等。为促进这世界性难题的研究，国际车辆动力学会议(IAVSD)、国际轮轨系统接触力学和磨耗会议、国际轮轴大会等设专题交流讨论该问题的研究情况。在该研究领域一直处于领先地位的是欧洲铁路联盟、日本和美国。我国也积极开展了该领域的研究工作[5]阎国臣，何庆复，高义刚．车轮滚动接触疲劳研究．铁道机车车辆，2002．[6]ConnonDF，PradierH．Railrollingcontactfatigueresearchby

8、theEuropeanRailResearchInstitute[J]．Wear，1996．[7]金学松，沈志云．轮轨滚动接触力学的发展．力学进展，2001．。1.3轮轨表面接触损伤的内容及研究动向1.3.1钢轨与车轮的磨损损伤性质钢