車(chē)輪磨耗仿真中踏面更新策略研究_丁軍君.pdf

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1、試驗(yàn)研究鐵道車(chē)輛第49卷第8期2011年8月文章編號(hào):1002-7602(2011)08-0001-03車(chē)輪磨耗仿真中踏面更新策略研究丁軍君,李芾,黃運(yùn)華(西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,四川成都610031)摘要:基于車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真和Braghin踏面磨耗模型計(jì)算車(chē)輪踏面上的磨耗深度分布,并采用小波濾波、滑動(dòng)平均和傅里葉變換平滑3種方法對(duì)踏面磨耗深度曲線進(jìn)行平滑。結(jié)果表明,小波濾波的平滑效果優(yōu)于滑動(dòng)平均和傅里葉變換平滑方法;更新磨耗深度越大,對(duì)磨耗行為和輪軌幾何接觸關(guān)系影響越大。因此,建議在最大磨耗深度達(dá)到011mm時(shí)對(duì)仿真計(jì)算用的車(chē)輪型面進(jìn)行更新。關(guān)

2、鍵詞:車(chē)輪磨耗;踏面更新;小波變換;輪軌接觸中圖分類(lèi)號(hào):U270.331+.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A為了對(duì)鐵道車(chē)輛車(chē)輪磨耗后的形狀及其發(fā)展進(jìn)行型(圖2)。該車(chē)裝用轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架,輪軌型面分別為[1-4]預(yù)測(cè),國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種磨耗模型,并結(jié)合車(chē)LM型車(chē)輪踏面和75kg/m鋼軌型面,軌道不平順采輛-軌道動(dòng)力學(xué)模型將其應(yīng)用于車(chē)輪磨耗預(yù)測(cè)仿真用美國(guó)(AAR)5級(jí)譜。[5-13]中。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中車(chē)輪磨耗是連續(xù)發(fā)生的,因此其踏面形狀隨時(shí)都在改變,但在動(dòng)力學(xué)仿真中通常認(rèn)為踏面形狀在一個(gè)仿真過(guò)程內(nèi)是不變的,在下一個(gè)仿真過(guò)程開(kāi)始時(shí)依據(jù)上一個(gè)仿真過(guò)程的磨耗數(shù)據(jù)對(duì)車(chē)輪踏面形

3、狀進(jìn)行更新。踏面形狀的離散變化過(guò)程將使仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差,而對(duì)踏面更新策略的控制是決定該偏差大小的重要因素,同時(shí)也決定了計(jì)算速度(圖1)。本文將基于國(guó)內(nèi)重載貨車(chē)輪軌型面對(duì)車(chē)輪磨耗更新策略進(jìn)行研究,以使車(chē)輪踏面磨耗預(yù)測(cè)在精度和速度上得到統(tǒng)一。圖2C80型敞車(chē)動(dòng)力學(xué)模型1.2車(chē)輪踏面磨耗模型Braghin于2006年在全尺寸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了[4]一種快速計(jì)算踏面磨耗深度的模型,其接觸斑內(nèi)的磨耗深度$h為:vv$t$h=kB(1)Q式中:vv)))車(chē)輛運(yùn)行速度,m/s;$t)))車(chē)輪通過(guò)接觸斑時(shí)間,s;圖1車(chē)輪磨耗更新策略與磨耗預(yù)測(cè)的關(guān)系3Q)

4、))材料密度,kg/m;2kB)))磨耗率,Lg/(m#mm)。1車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型和車(chē)輪踏面磨耗模型其中,磨耗率kB與TC/A(T為蠕滑力,N;C為蠕21.1車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型滑率;A為接觸面積,mm)的值有關(guān)(表1)。在SIMPACK軟件中建立C80型敞車(chē)的動(dòng)力學(xué)模表1Braghin模型中的磨耗區(qū)分布與磨耗率TC/A/磨耗率kB/收稿日期:2011-02-25磨耗區(qū)(N#mm-2)(Lg#(m#mm2)-1)基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50821063);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)?TC/A<10.45.3TC/A費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(SWJTU09ZT07)

5、;中央高校基本科研ò10.4[TC/A<77.255.0業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(SWJTU09BR085)作者簡(jiǎn)介:丁軍君(1985-),男,博士研究生。óTC/A77.261.9TC/A#1#鐵道車(chē)輛第49卷第8期2011年8月22始信號(hào)(t為時(shí)間),且f(t)ILR(LR表示平方可積2踏面磨耗深度的平滑的實(shí)數(shù)空間)。如果母小波W(t)(一般是時(shí)域上以t=0[16]基于上述車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和車(chē)輪磨耗模型,為中心的帶通函數(shù))滿足容許性條件:]2計(jì)算車(chē)輛在運(yùn)行一段距離后踏面磨耗深度在踏面上的

6、^W(X)

7、dX<](5)Q0X分布,如圖3所示。由于仿真

8、過(guò)程中車(chē)輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不連式中:^W(X))))W(t)的傅里葉變換;續(xù),造成仿真的磨耗深度出現(xiàn)鋸齒形分布,與實(shí)際情況X)))頻率。不符,需要進(jìn)行平滑處理。則,小波變換可表達(dá)為:]1*t-bWf(a,b)=f(t)=W()dt(6)Q-]aa式中:Wf(a,b))))f(t)的小波變換;a)))尺度因子,是決定小波變換的頻率信息;b)))位移因子,是決定小波變換的時(shí)域信息。對(duì)信號(hào)進(jìn)行Nw層小波分解,得到不同尺度的小波變換系數(shù)。對(duì)每一層小波分解高頻系數(shù)進(jìn)行量化處理,并進(jìn)行軟閾值去噪,處理后的小波分解系數(shù)C為:(sgnC)(

9、C

10、-Tm)

11、C

12、>TmC=(7)

13、圖3平滑前磨耗深度在踏面上的分布0

14、C

15、[Tm式中:C)))小波系數(shù);2.1滑動(dòng)平均法平滑Tm)))閾值,Tm=R2lg(Nw)(R為噪聲標(biāo)準(zhǔn)對(duì)N個(gè)非平穩(wěn)的數(shù)據(jù){xj,j=1,2,,,N},認(rèn)為差)。每m個(gè)相鄰數(shù)據(jù)的小區(qū)間內(nèi)是接近平穩(wěn)的,于是可取根據(jù)小波分解的低頻系數(shù)和處理后的高頻系數(shù),每m個(gè)相鄰數(shù)據(jù)的平均值來(lái)表示這m個(gè)數(shù)據(jù)中的任[14]進(jìn)行小波的信號(hào)重構(gòu),即可獲得去噪以后的信號(hào)。一個(gè)具體值。一般表達(dá)式為:n2.4平滑效果比較k=n+1,n+2,,,N-n;1fk=xk+12n+1kE=-nn=(m-1)/2采用小波濾波、滑動(dòng)平均和FFT平滑3種平滑方

16、法分別對(duì)圖3中的磨耗深度曲線進(jìn)行平滑,結(jié)果如圖4(2)所示。為評(píng)價(jià)平滑效果,分析了平滑后的數(shù)據(jù)