高速輪軌粘著機理與控制研究

《高速輪軌粘著機理與控制研究》是依託西南交通大學，由王文健擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速輪軌粘著機理與控制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王文健
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

列車的運行要藉助於輪軌之間的粘著和制動，輪軌之間的最大粘著力受到接觸斑上粘著係數（摩擦係數）的限制，因此高速輪軌關係中的粘著問題是與高速鐵路運營密切關聯的帶有基礎性的研究課題。項目通過高速輪軌粘著模擬試驗，全面揭示高速輪軌粘著－蠕滑特性行為，闡明速度、輪軌材料、介質（水、油、污染膜、落葉、氣候等）、輪軌表面粗糙度、軸重和曲線半徑等不同運行狀態對高速輪軌粘著特性的影響及作用機理，建立不同運行工況下的高速輪軌粘著係數曲線，分析高速工況下粘著對輪軌損傷行為的影響；基於車輛－軌道耦合大系統仿真結果利用數值分析方法研究高速輪軌粘著的特性；通過研究提出控制和提高高速輪軌粘著係數利用的方法。研究成果將對提高我國高速列車牽引力利用，減輕高速輪軌損傷具有重要的指導作用，同時也可為我國高速鐵路的開通運營提供重要的理論保障。

結題摘要

列車運行要藉助於輪軌之間的粘著和制動，輪軌之間的最大粘著力受到接觸斑上粘著係數（摩擦係數）的限制，因此輪軌關係中的粘著問題是與高速鐵路運營密切關聯的帶有基礎性的研究課題。項目利用大型輪軌模擬試驗機和數值仿真方法，系統研究了運行參數和接觸狀態（蠕滑率、速度、曲線半徑、軸重、濕度、樹葉、磁場、表面粗糙度等）對輪軌粘著特性的影響，建立了不同工況下的輪軌粘著－蠕滑特性曲線，分析了水油介質下運行參數對輪粘著特性的影響與規律。合理設計並實現了坡道條件下的輪軌粘著實驗，建立了不同介質工況下上坡道和下坡道條件下輪軌粘著係數變化曲線；設計了小比例輪軌模擬實驗裝置，進行了不同工況下的小比例輪軌粘著模擬實驗；系統研究了水和油介質工況下磁場對輪軌粘著特性影響，分析了水油介質下表面粗糙度和新舊模擬輪對粘著係數影響。基於全膜彈性流體動力潤滑理論，考慮輪軌實際接觸載荷和尺寸，計算分析了輪軌間存在“第三介質”油和水時的輪軌接觸狀態，獲得了全膜潤滑下的輪軌接觸壓力和膜厚分布。基於部分膜彈性流體動力潤滑理論和Patir-Cheng的平均流量模型，建立了高速輪軌粘著特性數值分析模型，分析了在考慮輪軌表面粗糙度情況下的高速輪軌粘著特性，分析了滾動速度、載荷、輪軌表面粗糙度、輪徑等參數對輪軌粘著係數的影響。利用非Hertz滾動接觸理論和數值程式CONTACT分析了LM、LMA、S1002和XP55四種車輪型面與我國CHN60鋼軌匹配時的輪軌粘滑特性。研究提出了輪軌低粘著下增粘方法，系統最佳化了不同介質下輪軌增粘措施，分析了介質對輪軌表面損傷行為的影響與變化規律，探討了輪軌增粘與輪軌損傷之間關係。砂、氧化鋁顆粒、研磨子三種介質具有不同的輪軌增粘效果；撒砂能提高水介質下的輪軌粘著係數，水介質下撒砂增粘效果主要取決於砂子顆粒的直徑及撒砂量；落葉工況下，砂增粘效果最好，氧化鋁次之，研磨塊增粘效果最差；落葉介質加砂的表面磨損最嚴重並發生剝落損傷。項目研究發表（接收）論文21篇，其中SCI檢索論文3篇，EI檢索論文11篇（2篇接收），申請發明專利3項（授權1項），培養博士生1名、碩士生6名（優秀碩士論文1篇），參加國際會議報告2次，國內會議報告6次。項目研究成果對提高我國高速輪軌粘著係數利用與控制，減輕輪軌損傷具有重要的指導作用，同時也可為我國鐵路輪軌安全運行提供重要的技術指導。