crh5型高速動(dòng)車組車輛的輪對(duì)

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1、CRH5型高速動(dòng)車組車輛的輪對(duì)CRH5型高速動(dòng)車組車輛的輪對(duì)　摘要：為探索軌道隨機(jī)不平順激擾條件下高速輪對(duì)動(dòng)力學(xué)特性與其等效錐度的關(guān)系，采用CRH5型動(dòng)車組車輛懸掛參數(shù)進(jìn)行車輛動(dòng)力學(xué)計(jì)算，分析車輪踏面錐度對(duì)車輛平穩(wěn)性的影響，研究過(guò)大的輪對(duì)滾動(dòng)圓半徑差能否使車輛在高速通過(guò)大半徑曲線時(shí)發(fā)生蛇行現(xiàn)象，并利用LMA型面分析等效錐度與輪對(duì)動(dòng)態(tài)橫移及輪對(duì)恢復(fù)對(duì)中能力的關(guān)系。結(jié)果表明：過(guò)低的踏面錐度不僅會(huì)使輪對(duì)動(dòng)態(tài)橫移量增大，無(wú)益于臨界速度的提高，反而會(huì)削弱輪對(duì)恢復(fù)對(duì)中能力；合理的踏面錐度應(yīng)該與軌底坡相匹配，等于或略大于軌底坡。過(guò)大的輪對(duì)滾動(dòng)圓半徑差可能會(huì)激發(fā)輪對(duì)

2、蛇行。因此，高速輪對(duì)等效錐度應(yīng)兼顧輪對(duì)動(dòng)態(tài)橫移與恢復(fù)對(duì)中能力，以確保輪對(duì)動(dòng)態(tài)特性的穩(wěn)定。　　　　關(guān)鍵詞：等效錐度；車輪型面；輪軌滾動(dòng)接觸；車輛　　　　動(dòng)力學(xué)由具有一定錐度的踏面構(gòu)成的輪對(duì)沿鋼軌滾動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生蛇行運(yùn)動(dòng)[1]，造成車輛橫向晃動(dòng)，使平穩(wěn)性降低，而輪軌間作用力、轉(zhuǎn)向架懸掛力的存在，可保證蛇行運(yùn)動(dòng)在一定速度范圍內(nèi)穩(wěn)定。　　車輪踏面外形(型面)通常由不同半徑的圓弧和直線構(gòu)成，鋼軌型面也由圓弧構(gòu)成，輪對(duì)的等效錐度實(shí)質(zhì)上由車輪、鋼軌型面、輪軌技術(shù)參數(shù)共同決定。輪對(duì)等效錐度與其滾動(dòng)圓半徑差存在如下關(guān)系[3；t~-一(1)式中，Y為輪對(duì)橫移量；rt、rr分

3、別為左右車輪滾動(dòng)圓半徑；Ar為輪對(duì)滾動(dòng)圓半徑差?！　〉刃уF度，甚至錐度，并不總是直接出現(xiàn)在車輛動(dòng)力學(xué)模型中[4-s]，因此有人質(zhì)疑其存在的必要性，但不可否認(rèn)等效錐度具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值和行業(yè)認(rèn)同度，特別是在解釋等效錐度與車輛動(dòng)力學(xué)特性關(guān)系方面較清楚、簡(jiǎn)便?！　∥覈?guó)與歐洲UIC、日本新干線鐵路軌距標(biāo)準(zhǔn)同為1435mm，不同的是UIC和新干線的軌距從鋼軌頂部以下14mm處測(cè)量，而我國(guó)從16mm處測(cè)量。我國(guó)60kg／m鋼軌型面CHN60與UIC60E1鋼軌型面均由相同半徑圓弧構(gòu)成，但由于圓弧切點(diǎn)的不同，造成二者有較明顯的差別；日本JIS60鋼軌與以上二者

4、的差別則很大?！　「饕氖?，UIC輪對(duì)內(nèi)側(cè)距為1360mm，而我國(guó)是1353mm，導(dǎo)致UIC推薦的S1002型高速車輪踏面外形不適用于我國(guó)軌道的技術(shù)條件。這是因?yàn)閷1002型面輪對(duì)內(nèi)側(cè)距由原來(lái)1360mm減小到1353mm，輪軌之間的游間將明顯變大，輪對(duì)等效錐度降低J，車輛通過(guò)曲線時(shí)會(huì)因?yàn)榈刃уF度過(guò)小而激發(fā)蛇行運(yùn)動(dòng)[8]。值得注意的是，通常輪對(duì)通過(guò)曲線時(shí)，左右車輪與鋼軌的接觸狀態(tài)是不對(duì)稱的。有些運(yùn)營(yíng)企業(yè)擬將S1002型面車輪的輪緣厚度加厚約2mm，這實(shí)質(zhì)上起到兩方面作用：一方面，將輪對(duì)內(nèi)側(cè)距由1353mm增加約4mm變?yōu)?357mm，根據(jù)文獻(xiàn)[7

5、]，輪對(duì)內(nèi)側(cè)距的增加必然導(dǎo)致輪對(duì)等效錐度提高，輪對(duì)在高速狀態(tài)下晃動(dòng)嚴(yán)重，輪軌作用力加?。涣硪环矫?，減小了輪軌問(wèn)隙，車輪將以輪緣根部區(qū)域與鋼軌內(nèi)側(cè)的R13～R80(mm)圓弧接觸，使接觸斑面積變小。這兩方面作用均使接觸應(yīng)力增大，導(dǎo)致車輪踏面剝離現(xiàn)象嚴(yán)重。關(guān)于輪對(duì)內(nèi)側(cè)距1353mm條件下S1002型面輪對(duì)較為詳細(xì)的數(shù)值見文獻(xiàn)[8—9]?！　?guó)際上，Shevtsov[1o12]、Markine[“以及Jahedr¨]　　等均以輪對(duì)滾動(dòng)圓半徑差為設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行車輪型面數(shù)值的優(yōu)化設(shè)計(jì)。他們以輪對(duì)滾動(dòng)圓半徑差作為優(yōu)化目標(biāo)，抓住車輪型面設(shè)計(jì)的首要矛盾。只有確保良好的

6、動(dòng)力學(xué)性能，解決好直線區(qū)段車輛平穩(wěn)性與輪對(duì)恢復(fù)對(duì)中能力的矛盾，以及車輛曲線通過(guò)性能與直線運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的矛盾，才可能解決其他問(wèn)題。由此不難看出，車輪型面設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵在于找到合理的輪對(duì)滾動(dòng)圓半徑差或等效錐度曲線，這一點(diǎn)可從Shevtsov等口0]　　的工作中體會(huì)到其困難程度?！　”疚膶⒖紤]在列車高速運(yùn)行條件下軌道隨機(jī)不平順的動(dòng)態(tài)情況，采用CRH5型動(dòng)車組車輛懸掛參數(shù)，通過(guò)車輛軌道耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析，就輪對(duì)合理等效錐度問(wèn)題進(jìn)行初步探討?！　?踏面錐度與車輛平穩(wěn)性在直線區(qū)段，輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)實(shí)質(zhì)上是輪對(duì)質(zhì)心不斷偏離軌道中心后又回到軌道中心的一個(gè)反復(fù)過(guò)程。這一過(guò)

7、程需通過(guò)車輪踏面錐度來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于轉(zhuǎn)向架及輪對(duì)的制造誤差和軌道隨機(jī)不平順的必然存在，不能保證輪對(duì)在直線軌道區(qū)段始終處于對(duì)中位置，導(dǎo)致輪軌實(shí)際接觸點(diǎn)位置不對(duì)稱，形成輪對(duì)左右輪滾動(dòng)圓半徑差。根據(jù)輪軌滾動(dòng)接觸蠕滑理論，該半徑差導(dǎo)致作用在左右車輪上方向相反的縱向蠕滑力增大，使輪對(duì)產(chǎn)生搖頭運(yùn)動(dòng)。輪對(duì)向軌道一側(cè)運(yùn)動(dòng)，則靠近軌道一側(cè)車輪滾動(dòng)半徑逐漸增大，另一側(cè)逐漸減小，這又使兩側(cè)車輪縱向蠕滑力改變方向，輪對(duì)向?qū)?cè)軌道運(yùn)動(dòng)，如此反復(fù)。等效錐度起到恢復(fù)對(duì)中的作用。　　搖頭運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生在輪對(duì)反復(fù)恢復(fù)對(duì)中的過(guò)程中。它使輪對(duì)沖角不斷變化，最終將車輛縱向運(yùn)動(dòng)的部分能量轉(zhuǎn)化成橫向晃動(dòng)

8、能量，造成車輛橫向振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致車輛蛇行運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)。　　因此，車輪踏面錐度應(yīng)是綜合考慮輪對(duì)的對(duì)中和穩(wěn)定性兩方