轮对纵向振动及其相关动力学影响研究

机车车辆轮对踏面剥离问题是一个世界性难题，本文通过研究轮轨纵向动态加速度异常增大现象及其发生机理，从改善机车车辆轮对纵向动力学特性的角度，提出了解决踏面剥离问题的新观点，主要研究内容与结论如下： 1．分别建立包含传统轮对、独立旋转车轮和弹性阻尼耦合轮对3种情况的7自由度轮轨系统方程，研究弹性定位轮对纵向振动的普遍特性。 其中轮轨空间几何接触关系的计算采用迹线法，并考虑了轮对的跳轨现象和弹性压缩变形量；蠕滑力计算采用Kalker简化理论，并分别采用约束方程求解法、赫兹非线性弹性理论和单边弹簧阻尼力元法求解轮轨法向力，比较不同方法对轮对纵向振动特性的影响；分析中还考虑了轮轴的扭转刚度及线路不平顺等影响因素。 结论：轮对纵向摩擦自激振动是普遍现象，在一定条件下，它有可能发展为强烈颤振。研究得到了滚动颤振产生的条件，并给出了诱发轮对纵向颤振的危险速度简化预测公式。 2．用简化模型详细分析了轨道不平顺、粘着系数、轮对质量、轮对纵向定位刚度等对轮对纵向振动的影响。由于轮对纵向振动的普遍性，其结论对具体机车车辆异常颤振现象和车轮疲劳损伤现象具有参考和指导意义。 结论：轮对纵向强烈颤振与轨道不平顺、粘着系数、轮对质量和纵向定位刚度等密切相关。 3．通过动力学软件SIMPACK建立了DF8B型机车的整车动力学模型，从整车的角度进一步研究弹性定位轮对纵向振动特性及车辆主要构造参数对它的影响。 结论：除了上述影响因素外，改变轴重和一系悬挂纵向刚度或增加阻尼，可缓解轮对纵向强烈颤振，改善因强烈颤振引起的车轮踏面剥离问题。 4．在新疆库尔勒对车轮严重多边形化的DF8B机车进行了试验：对昆明米轨DF21型机车踏面严重剥离现象提出的整改措施进行了2年试验验证。 结论：试验证明，机车上轮对纵向振动加速度在某些条件下确实超出正常范畴，机务段调研数据证明，由于轮箍与轮芯之间摩擦面的阻尼效应，机车采用整体车轮后踏面剥离现象比采用分体车轮要严重得多；根据新的观点提出的整改措施完全解决了昆明米轨机车出现的严重踏面剥离现象。