高速列車輪軌接觸與粘著行為和磨耗機理研究

《高速列車輪軌接觸與粘著行為和磨耗機理研究》是依託西南交通大學，由金學松擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速列車輪軌接觸與粘著行為和磨耗機理研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：金學松
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

高速列車輪軌關係是確保高速鐵路行車安全和正常運營的關鍵。本項目擬通過試驗、理論分析和數值模擬的手段，研究高速列車設計和實際運營中均面臨的輪軌接觸行為、粘著特性和磨耗等關鍵問題。在廣泛調研目前高速列車輪軌運行狀態的基礎上，建立考慮高速慣性、接觸振動、接觸表面形貌的高速輪軌滾動接觸模型和含輪軌剛柔特性的車輛軌道耦合動力學模型，研究高速輪軌接觸行為；實驗模擬研究高速輪軌粘著特性與車輛運行參數以及輪軌界面狀態之間的關係，建立考慮輪軌實際形狀和熱效應的輪軌粘著模型，系統認識高速輪軌粘著機理；建立車輛軌道耦合動力學模型、輪軌滾動接觸理論和材料摩擦磨損模型為一體的高速輪軌磨耗理論模型，結合輪軌材料微觀損傷機理及匹配實驗研究，揭示我國高速車輪踏面磨耗和多邊形磨耗形成機理。最後提出解決輪軌低粘著和高磨耗問題的措施，同時提出考慮車輛懸掛特性、輪軌磨耗特性和軌道特性的高速列車輪對最佳镟修型面設計方法。

結題摘要

高速列車輪軌關係是確保高速鐵路行車安全和正常運營的關鍵。本項目採用試驗、理論分析和數值模擬相結合的思路，系統研究了高速列車設計和實際運營中均面臨的輪軌接觸行為、粘著特性和磨耗等關鍵問題。 在為期四年的項目執行期內，項目組完成了項目研究計畫，實現了預期目標。成功建立了考慮高速慣性、接觸振動、接觸表面形貌的三維高速輪軌瞬態滾動接觸力學模型、考慮輪對高頻柔性的高速車輛/軌道耦合動力學模型和考慮輪軌實際形狀和熱效應的基於彈流理論的高速輪軌黏著模型，並用於研究高速輪軌間動態接觸行為和粘著機理。利用輪軌滾動接觸試驗裝置探明了不同條件下的輪軌黏著規律，對比了各種輪軌增黏劑的效果，探討了輪軌增粘與損傷之間的關係。掌握了我國部分高速線路車輪磨耗及京滬高鐵鋼軌波磨的特徵和演變規律，揭示了高速鋼軌波磨的形成機理。開展試驗台試驗，研究了高速輪軌材料的摩擦磨損行為，分析了車輪材料硬度、成分和表面雷射處理等對輪軌材料性能的影響，觀測了高速輪軌材料摩擦磨損過程中的材料組織結構變化，揭示了白層特徵。通過最佳化熱處理過程，研發了一種具有不同組織結構的新型車輪鋼。提出考慮車輛懸掛特性、輪軌磨耗特性和軌道特性的高速列車最佳輪對镟修型面設計方法，最佳化了高速車輪镟修閾值，設計了新的高速車輪踏面。 項目執行期間，共發表論文67篇，其中SCI論文28篇；主辦國際會議1次，參加國際會議共18人次；已授權發明專利2項，實用新型專利6項；入選教育部“長江學者”獎勵計畫1人，入選科技部中青年科技創新領軍人才1人；共培養已畢業博士13人、碩士31人、博士後4人。 本項目大大推進了高速輪軌接觸行為、粘著特性和磨耗領域的知識邊界，並為相關研究建立了有力的研究工具。