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题名山地齿轨列车轮对-轨道系统瞬态滚动接触模拟研究
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作者
郏殿祥
么超凡
杨吉忠
陈志辉
赵鑫
温泽峰
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机构
西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室
中车唐山机车车辆有限公司转向架技术中心
中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院
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出处
《铁道科学与工程学报》
北大核心
2025年第9期3942-3956,共15页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52375130,52388102)
四川省科技计划资助项目(2024NSFTD0011)。
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文摘
一般铁路轮轨黏着牵引受限于黏着极限,爬升坡度有限,齿轨列车以齿轮齿条啮合驱动提供更大牵引力,可爬升上山地更大坡度。基于显式有限元法,建立120‰平直坡道山地齿轨列车轮对−轨道系统瞬态接触有限元分析模型,将结构几何、弹性变形和系统振动等复杂因素考虑在内,瞬态接触由基于罚函数的“面−面”接触算法求得,于时域内重现齿轮驱动模式下齿轨列车与轨道间瞬态动力相互作用模拟。基于设计型面,分析不同牵引力与运行速度下轮轨接触/轮齿啮合力、齿面应力及接触斑内相对滑移等的时变规律,提出基于解析有限元法的齿轮齿条系统动态时变啮合刚度求解方法,通过与渐开线齿轮特性和解析法啮合刚度结果对照验证了模型的可靠性。研究结果表明:列车在齿轮驱动模式下平稳运行时,坡道法向力主要由轮轨接触提供,牵引力全部由轮齿啮合提供,轮齿啮入啮出冲击给系统以持续性动态激励,从而制约着齿轮牵引模式下的列车最高运行速度。轮齿啮合刚度因单/双齿啮合转变而呈现周期性变化,齿轮侧啮合刚度比齿条侧更大,齿条离散支撑造成了齿条侧啮合刚度呈现另一个相对低频的周期性变化,齿轮齿条总啮合刚度在1600 MN/m和600 MN/m间动态波动。啮合力、接触面积、齿面应力以及啮合刚度均与牵引系数正相关,牵引系数从0.1增至0.3,齿面接触面积均值增加20%,总啮合刚度均值仅增加4%。未来可进一步在本模型中引入齿面磨耗和疲劳损伤,为研究非理想齿形下轮对−轨道系统瞬态啮合行为提供有效分析工具。
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关键词
动态时变啮合刚度
齿面应力分布
山地齿轨列车
轮齿瞬态啮合
显式有限元法
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Keywords
dynamic time-varying meshing stiffness
tooth surface stress distribution
mountain rack train
pinion transient meshing
explicit finite element method
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分类号
U234
[交通运输工程—道路与铁道工程]
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