重载货车轴重与速度匹配关系研究

第３第３期　　　　　　　　　中国铁道科学３卷，　２０１２年５月　　　　　　　　　ＣＨＩＮＡ　ＲＡＩＬＷＡＹＳＣＩＥＮＣＥ　　　　　

）０文章编号：１００１４６３２（２０１２３００９２０６－－－

Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．３　

，２Ｍａ０１２　ｙ

重载货车轴重与速度匹配关系研究

２

，李　芾１，付茂海１，黄运华１杨春雷１，

（１．西南交通大学机械工程学院，四川成都　６１００３１；）２．南车眉山车辆有限公司产品开发部，四川眉山　６２００３２

　　摘　要：基于重载货车—轨道耦合动力学模型，采用机车车辆与线路最佳匹配设计方法，进行货车轴重与速度的匹配研究。结果表明：２５，２７，３０和４０ｔ轴重重载货车容许通过轨道低接头的速度应分别小于１１０，

－１－１

；４速度在直线线路上运行时，其轮轨垂向力为２１００，９０和６０ｋｍ·ｈ０ｔ轴重重载货车以６０ｋｍ·ｈ４９．６

·ｍ－１钢轨为主的干线铁路上开行３ｋＮ，非常接近英国铁路２５０ｋＮ轮轨垂向力的限值；在我国现有以６０ｋ０和ｇ４０ｔ轴重重载货车，对轨道结构的破坏比现有低轴重货车严重得多，但开行２７ｔ轴重重载货车是可行的；４０ｔ轴

－１

重重载货车在６速度运行时，轮轨垂向力最大值超过了英国铁路的００ｍ半径的曲线轨道上以４０～１２０ｋｍ·ｈ

铁道车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》所规定２５０ｋＮ轮轨垂向力限值，轮轨横向力最大值非常接近我国《·ｍ－１的７７．８０ｋＮ容许限值，另外轮轨磨耗功非常大，因此４０ｔ轴重重载货车还不能直接应用于我国现有６０ｋｇ钢轨的轨道。

　　关键词：重载货车；轴重；速度；轮轨动力作用；匹配２７０．１；Ｕ２６０．１１５　　文献标识码：Ａ　　　中图分类号：Ｕ

：１／ｄｏｉ０．３９６９．ｉｓｓｎ．１００１４６３２．２０１２．０３．１５－ｊ

　　随着货车轴重和速度的增加，货车对轨道结构的破坏作用也随之加剧，导致列车和线路基本建设

１］

。因此，重载货车的轴重与速度及维修费用增加［

车，其轮径分别为８４０，９１５，９１５和９６６ｍｍ，其他结构尺寸以及动力学参数按各车型实际选取。车辆运行初始速度为４０ｋｍ·ｈ－１，并以每增加２０ｋｍ·ｈ－１为一速度等级递增至１２０ｋｍ·ｈ－１。

仿真计算工况如表１所示。表中：α为钢轨低。接头折角的一半，ｒａｄ

表１　计算工况

工况编号１２３４

直线

线路状况

脉冲激扰

激扰类型

）轨道低接头（２．０２ｒａｄα＝０

我国三大干线轨道谱

的合理匹配关系是现阶段我国铁路开展重载运输中迫切需要解决的问题。

自２０世纪８０年代初专家就从货车、轨道结构和运输管理等角度开展了轴重与速度问题的理论、

］２１１－

。然而这些研究大多集试验以及相互关系研究［

中在２５ｔ轴重及以下货车，而对于２５ｔ轴重及其以上货车，很少从轮轨耦合大系统角度予以深入研

［２］

，究。因此，本文以我国２７ｔ轴重货车结构为例１１３］

，进行采用机车车辆与线路最佳匹配设计方法［

铁路重载货车轴重与速度的匹配关系研究。

曲线：缓和曲线长５０

无

，圆曲线长ｍ１００ｍ，外轨超高为１１０ｍｍ，

我国三大干线轨道谱

曲线半径为６００ｍ

１　计算条件和工况

２］建立的重　　轮轨动力学作用分析采用文献［

载货车—轨道耦合动力学模型。车轮型面和钢轨轨

－１

头廓面分别为ＬＭ磨耗型型面和６０ｋｇ·ｍ钢轨

２　结果与分析

２．１　受轨道低接头脉冲激扰

图１为不同轴重重载货车以８０ｋｍ·ｈ－１速度）的轮轨响应，表２为通过轨道低接头时（工况１

轨头廓面；分别考虑２５，２７，３０和４０ｔ轴重货

；修订日期：２０１１０８３００１２０１０９　收稿日期：２－－－－

）；中央高校基本科研业务专项资金资助项目（）５０８２１０６３ＳＷＪＴＵ０９ＺＴ０７　基金项目：国家自然科学基金资助项目（

，男，湖北恩施人，高级工程师，博士研究生。１９７３—）　作者简介：杨春雷（

第３期　　　　　　　　　　　　　　　　重载货车轴重与速度匹配关系研究

９３

－１

）图１　不同轴重货车通过轨道低接头时的轮轨响应（８０ｋｍ·ｈ

－１

）表２　不同轴重货车通过轨道低接头时的轮轨响应最大值（８０ｋｍ·ｈ

轴重／

ｔ２５　２７　３０　４０　

／Ｐ１

ｋＮＰ２

／ｋＮ轮对垂向

加速度／ｇ４１．２１　３９．９３　３７．７０　３７．４４　

钢轨垂向

加速度／ｇ１００．１　１０３．２　１０６．５　１１３．３　

道床垂向

加速度／ｇ３５．３２　３６．２５　３７．４０　３９．００　

道床垂向

加速度／ｇ４．８９４　５．０３６　５．２６４　５．３９７　

钢轨垂向

位移／ｍｍ１．０２２　１．０９２　１．２００　１．４８４　

道床垂向

位移／ｍｍ０．４５６１　０．４８６５　０．５３４５　０．６４６２　

３３９．７８２．３　１　３５４．２９５．９　１　３７４．５１７．９　２　４３４．５７３．７　２　

各轮轨响应的峰值。表中：Ｐ１是轮轨高频冲击力；］。Ｐ２是轮轨中低频响应力，其定义见参考文献［１

　　由图１可知：轮轨高频冲击力Ｐ１出现在冲击开始后０．５ｍｓ左右，持续时间很短，该冲击力来不及向车上和轨下基础传递，容易对车轮和钢轨造））；而中低频响应成破坏（见图１（ｂ）和图１（ｃ力Ｐ２约在冲击开始３ｍｓ后产生，且变化较慢，持续时间较长，主要造成轨下基础结构的变形及破）、图１（）和图１（））。即轮对垂坏（见图１（ｄｅｆ向加速度和钢轨垂向加速度与高频冲击力Ｐ１响应，而轨道变形和轨下基础结构振动则曲线“合拍”与中低频响应力Ｐ２密切相关。

由表２可知：货车通过轨道低接头时，轮轨高频冲击力、轮轨中低频响应力、钢轨垂向加速度和位移、道床垂向加速度和位移的峰值均随轴重的增大而增大，而轮对垂向加速度则有所降低。若以２５ｔ轴重为基准，２７，３０和４０ｔ轴重时Ｐ１最大值的增幅分别为４．２７％，１０．２４％和２７．９％，Ｐ２最大值的增幅分别为７．４６％，１９．５３％和５０．１４％，

钢轨垂向加速度最大值的增幅分别为３．１％，

６．３９％和１３．１９％，道床垂向加速度最大值的增幅分别为２．９％，７．５６％和１０．２８％，钢轨垂向位移最大值的增幅为６．８５％，１７．４２％和４５．２％，道床垂向位移最大值的增幅分别为６．６６％，１７．１９％和４１．６８％，而轮对垂向加速度最大值的降幅分别为３．１％，８．５２％和９．１５％。由此可见：在低接头冲击作用下，轴重增大主要使轮轨垂向力、钢轨和道床垂向位移的最大值增大，增幅基本与轴重的增幅相当。即重载货车轴重加大对轨下基础影响较大，易造成轨下基础结构变形、沉降甚至破坏。因此，开行重载货车的线路应采用重质钢轨，夯实轨道基础，防止轨下基础结构变形甚至破坏。

图２为重载货车通过轨道低 …… 此处隐藏：6962字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……