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题名基于Hertz接触应力的钢轨打磨廓形设计方法
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作者
陈迪来
孙庚辰
陆晨旭
王军平
李培刚
宋瑞
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机构
上海应用技术大学轨道交通学院
中铁物总运维科技有限公司
中铁检验认证中心有限公司
中国铁道科学研究院集团有限公司标准计量研究所
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出处
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第2期794-806,共13页
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基金
上海市科学技术委员会启明星计划项目(22YF1447600)
上海市“一带一路”中老铁路工程国际联合实验室项目(21210750300)
上海应用技术大学协同创新基金资助项目(XTCX2024-07)。
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文摘
为缓解钢轨易出现磨耗加剧、接触应力过大等问题,提出一种以优化轮轨接触应力为目标的廓形设计方法。基于Hertz接触应力理论,建立接触应力与钢轨曲率半径的联系。以轮轨最大接触应力作为优化对象,计算当前轮轨间最大接触应力和最大接触应力处的钢轨曲率半径。依据当前最大接触应力确定理想接触应力及钢轨廓形优化区间,改变当前接触点处的钢轨曲率半径使应力趋近理想接触应力,继而反推出优化钢轨廓形。建立车辆-轨道耦合系统动力学模型,从静态轮轨几何接触关系、钢轨磨耗预测和车辆动力学等角度评判钢轨廓形设计方法的优劣。研究结果表明:与标准60轨相比,优化后轮轨接触点分布更加均匀,等效锥度和最大接触应力分别降低30.0%和15.8%;钢轨顶面磨耗和轨距角处的磨耗量有所减少,轨顶面和轨距角处平均磨耗深度分别减少4%和24%;轮轨间横向蠕滑力减小,纵向蠕滑力均减小,有利于缓解轮轨间的滚动疲劳接触并降低钢轨磨耗速率,磨损指数最大值减小21.9%;轮轨间横向力和垂向力基本保持一直,且车辆动力学性能整体得到优化。基于Hertz接触应力的钢轨打磨廓形设计方法具有一定的优越性和适用性,可为钢轨廓形的打磨设计方法的进一步优化提供参考。
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关键词
Hertz接触应力
钢轨轮廓设计
曲率半径
车辆动力学
钢轨磨耗预测
多体动力学
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Keywords
Hertz contact stress
rail profile design
curvature radius
vehicle dynamics
rail wear prediction
multi-body dynamics
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分类号
U216.4
[交通运输工程—道路与铁道工程]
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