地铁车辆起动区段钢轨波磨成因分析

为研究地铁出站口附近直线起动区段钢轨波磨形成原因,利用有限元软件ABAQUS建立了三维实体轮对-轨道瞬态滚动接触模型,并结合现场实测,从时域和频域上对波磨现象进行了分析。研究结果表明:车辆起动过程中,车轮与钢轨表面接触带会产生准周期特性的滑移区域,且滑移区域中心之间的距离与实测波磨的波长范围接近,从而验证了模型的合理性和有效性;轮轨系统的不稳定摩擦自激振动是导致实测区段钢轨波磨产生的根本原因,正是由于轮轨蠕滑力“饱和-非饱和”的周期特性,最终促使了波磨的形成;钢轨和车轮的垂向振动加速度等级在160~230 Hz频率范围内均出现了峰值区域,且频率范围与实测波磨的特征频率范围174~198 Hz接近,这进一步说明钢轨波磨是轮轨系统摩擦自激振动引起的车轮-钢轨共振所产生;在忽略初始不平顺的前提下,钢轨表面的波磨会随着车轮运行次数的增加呈现线性增长趋势,因此适当地采取钢轨打磨以及轨面润滑等措施尤为重要。

高速铁路钢轨波磨对轮轨系统振动响应的影响分析

通过建立轮轨瞬态滚动接触有限元模型,计算不同车速和不同轮轨摩擦因数下车辆通过波磨区段时的轮轨作用力,并分析其对轮轨系统振动响应的影响。结果表明:车辆通过钢轨波磨区段时,轮轨作用力的波长与波磨的波长基本一致。当车速在200~350 km/h时,随着速度的提升,轮轨作用力增大,在扣件处产生的振动能量也随之增加;当摩擦因数在0.3~0.5时,随着摩擦因数的增加,轮轨纵向力增大。波磨波峰处的轮轨纵向力大于波磨波谷处,因此波磨不会无限制地发展而是逐渐趋于稳定。摩擦因数的改变对轮轨垂向力的影响很小,可以忽略。