基于黏滑振动特性的钢轨波磨形成机制

作     者：王志强 雷震宇 WANG Zhiqiang;LEI Zhenyu

作者机构：同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海201804 上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804 

出 版 物：《振动．测试与诊断》 (Journal of Vibration,Measurement & Diagnosis)

年 卷 期：2024年第44卷第5期

页      面：949-957,1039,1040页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(11772230) 

主　　题：轨道工程 波磨 黏滑特性 负斜率 模态分析 耦合振动 

摘      要：为了研究钢轨波磨形成机制,首先,基于线路实测钢轨波磨,从黏滑振动理论角度探讨了波磨的形成原因;其次,运用车辆-轨道耦合模型,研究了轮轨系统的黏着蠕滑特性;最后,结合轮对-轨道系统有限元模型模态分析和轮轨黏滑关系,对钢轨波磨的成因进行了解释。当车辆运行在半径为350 m的曲线段时,内轨侧黏滑曲线出现了明显的负斜率特性,从而导致内轮易在内轨表面发生滑动,加剧内轨磨耗;外轨侧黏着系数随着蠕滑率的增加而增大,说明外轮不会发生明显滑动,磨耗相对较少;轨道超高状态对内外侧钢轨的磨耗发展有重要影响。随着线路曲线半径的增加,内外轨侧的黏滑曲线负斜率现象均呈减少趋势,说明波磨的发生概率逐渐降低。结合轮轨黏滑关系和模态特征可知,轮轨系统黏滑负斜率条件下,轮对扭转振动和内轨弯扭振动的耦合作用是造成钢轨波磨的主要原因。波磨演化分析表明,轨面固定缺陷会导致相同位置处产生同相位的钢轨磨耗,并沿着钢轨纵向发展,最终形成钢轨波磨。