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毕业设计：城轨车车轮踏面外形对轮面疲劳损伤研究.doc41页
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中南大学网络教育
学院专科毕业大作业
学习中心：
机械电子工程
城轨车车轮踏面外形
对轮面疲劳损伤研究
学生姓名：
091XXXXXXXXXX5
评定成绩：
评阅老师：
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：接触应力，踏面形状，接触应力曲线
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
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我国机车车辆车轮磨耗型踏面外形及设计方法
陷:首先它限制了外形的可能表达范围使踏面优化的曲线域局限于圆弧曲线与直线的组合其次难以用程序算法实现计算机辅助设计迫使采用??人工经验设计事后性能计算修正设计的往复试凑法很难达到所要求的动力学目标性能。&&&&Imtiaz等提出用多条弧线构成车轮踏面形状的优化设计方法。&&&&该方法是将车轮结构设计问题以优化问题的形式提出应用了WHRAILA程序计算滚动半径的差值、接触角差值、滚动角和接触点在给定外形的轮轨上的位置根据计算结果优化设计踏面外形15。&&&&5.2高次曲线拟合法磨耗后车轮踏面的统计平均外形尽管呈现为凹形曲线但并非与圆弧曲线非常接近以圆弧曲线来逼近这一外形不是最理想的选择。&&&&铁道科学研究院的臧其吉等针对我国正在研制的高速动力车采用三次样条函数描述车轮踏面和钢轨外形以获得轮轨几何关系确保几何参数的连续变化运用非线性运动稳定性分析的数值分叉方法研究踏面有关参数对高速动力车运行稳定性及轮轨接触应力的影响优化设计适合我国高速铁8内燃机车2011年路需要的车轮磨耗型踏面16。&&&&高次曲线拟合法的难点在于曲线之间的光滑连接一阶或两阶导数连续不易实现。&&&&柳拥军等在切比雪夫多项式逼近法的基础上提出了一种高次曲线磨耗型踏面的设计方法17。&&&&切比雪夫多项式所特有的正交性使得拟合出的高次多项式曲线可更好地逼近磨耗车轮踏面的外形而且增加了踏面的设计参数曲线之间的连接也更加光滑。&&&&5.3轨头型面反推法基于轮轨接触关系理论有学者提出利用轨头型面反推法来进行车轮踏面外形设计。&&&&张剑等通过对欧洲国际铁路联盟高速轮轨型面S1002/UIC60和我国准高速型面LMA/CHN60进行接触几何比较分析以改善钢轨的受力情况为出发点尝试选取钢轨型面适当区域进行扩展改进LMA型面部分主工作面得到EXP1M车轮型面。&&&&在对EXP1M车轮型面进行接触几何、直线运行稳定性、曲线通过和非赫兹滚动接触仿真分析后证明此方法可行。&&&&并且可通过合理选取钢轨型面适当区域进行扩展设计与之匹配、共形程度较高的高速车轮型面18。&&&&沈钢等基于接触角曲线反推法研制了采用Matlab语言的计算机软件DesProf实现踏面外形计算机程序化设计达到快速逼近直接目标并且可以根据任意形状的轨头外形来设计与之匹配的踏面外形19。&&&&接触角曲线反推法根据具体的钢轨头部外形直接反推踏面外形它能突破传统外形设计方法所带来的种种限制使踏面外形的优化范围拓宽为任意曲线也容易实现计算机辅助设计从而提高设计效率和正确性特别是能根据现场实际测量的、较为稳定的钢轨外形来推出与之相适应的磨耗型踏面外形。&&&&6结语相对于锥形踏面磨耗型踏面延长了旋修里程减少了轮对旋修量在同样接触应力下允许更大轴重并减少了曲线上的轮缘磨耗量在国内外机车车辆上得到普遍运用。&&&&不同的踏面外形拥有不同的曲线安全通过性能和直线高速通过性能因此应该根据机车车辆类型、线路情况及机车车辆运用状态合理设计、选择踏面外形。&&&&对于机车车辆磨耗型踏面外形的设计方法国内研究者主要使用几何曲线拟合法在轮轨接触分析的基础上运用并研发相关计算机软件拓宽踏面外形的优化范围设计与线路和机车车辆相匹配的踏面外形。&&&&参考文献:1方克娟康凤伟.机车车辆轮缘踏面外形及样板标准的修订J.铁道技术监督王开云翟婉明蔡成标.两种类型踏面的车辆与轨道耦合动力学性能比较J.西南交通大学学报264.3张军刘迎曦吴昌华.锥形踏面和磨耗形踏面轮轨弹塑性接触性能的比较J.机械工程学报0.4王家玉樊金祥.对机车轮对踏面磨耗的一些看法J.内燃机车.5王家玉王顺福.机车轮对JM、JM2、JM3磨耗型踏面及其剥离J.内燃机车.6刘新明.机车车辆弧形踏面外形研制J.铁道车辆8.7龚积球.机车磨耗形踏面研制应用的回顾及展望J.上海铁道技术.8夏建新等.ST2型踏面车轮在DF11型机车上的应用J.内燃机车龚积球等.25t轴重机车磨耗形踏面的研究J.内燃机车任玉君.DJNJ型轮缘踏面外形及运用限度的设计计算J.铁道车辆.11铁道部机务局.机技1993118号J.减速顶与调速技术19934.12文志举孙强.DJND型轮缘踏面在东风5型机车上的应用J.内燃机车.13苏必文姚铁明吴学洪.铁路货车LM型踏面加工工艺探讨J.机车车辆工艺.14刘新明.LMA系列轮缘踏面外形简介J.铁道车辆.15Imtiaz.车轮踏面形状的计算机辅助设计J.国外铁道车辆.16臧其吉黄成荣范钦海.高速动力车磨耗型车轮踏面的参数研究J.中国铁道科学.17柳拥军.切比雪夫多项式在磨耗形踏面设计中的应用J.北方交通大学学报7.18张剑温泽峰孙丽萍金学松.基于钢轨型面扩展法的车轮型面设计J.机械工程学报9.19沈钢叶志森.用接触角曲线反推法设计铁路车轮踏面外形J.同济大学学报期总第443期杨艳丽等:我国机车车辆车轮磨耗型踏面外形及设计方法ABSTRACTSResearchprogressondieselengineexhaustspurificationusingnonthermalplasmawithoutcatalystSHENGWeipengYANGGuohuaTANJunjunCHENZhensongMarineSchoolofNingboUniversityNingbo312511ChinaAbstract:TheresearchprocessofthenonthermalplasmatechnologiesusedindieselengineexhaustspurificationwithoutcatalystsuchasthecoronadischargeanddielectricbarrierdischargeDBDtechnologieswasintroduced.Therecentdevelopmentsandfuturetrendsofthesenonthermalplasmatechnologiesusedindieselengineexhaustpurificationweredescribedinbrie.fKeywords:dieselenginePMNOxplasmaO3ReviewofprofileanddesignofallkindsofdomesticwornprofiletreadsforlocomotiveandrollingstockYANGYanli1SUNChuanxi1ZHANGJun1XUYongshui1ZHANGYingzhou21.DalianJiaotongUniversityDalian116028China2.DHIDCWGroupCo.Ltd.Dalian116035ChinaAbstract:Allkindsofdomesticwornprofiletreadsforlocomotiveandrollingstockwereinvestigatedanddiscussed.Profiledesignmethodsforwornprotiletreadwasgiven.Keywords:locomotiverollingstockwheelsetwornprofiletreaddesignmethodEffectsofcommonrailpressureandboostpressureondieselcombustionandemissionHUANGKangCHANGHanbaoSchoolofArchitectureandPowerNavalUniversityofEngineeringWuhan430033ChinaAbstract:ThedynamicsofincylinderflowfieldtheairfuelratiodistributionweresmiulatedbycommercialCFDsoftwareFIREfortheairflowmatchingthefuelspraycharacteristicsbydifferentrailpressuresandboostpressures.TheairfuelmixtureformationofthehighspeedDIdieselenginewasstudiedbysmiulationandthesmiulationeffectsoftheobtainedmixtureformationbehavioronthecombustionandexhaustemissionswerecomparedwithexpermientalresults.Theresultsshowedthattheignitiondelaythepremixedcombustionproportionandthediffusioncombustionprocesscanbecontrolledbyoptmialmatchingbetweentheairflowcharacteristicsinthereentrantcombustionchamberandthefuelinjectionpressurethustocontrolthehightemperaturecombustionduration.TheoptmiizationcaneffectivelyreducetheNOxandsootemissionssmiultaneouslywithoutpenaltyoffueleconomy.Keywords:highpressurecommonrailinjectorsystemDIdieselenginecombustionchamberrailpressure2&&
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