西南交通大学金学松教授 《机械工程学报》第六届优秀论文报道(五)

《机械工程学报》、《Chinese Journal of Mechanical Engineering》是由中国科学技术协会主管、中国机械工程学会主办的中国机械工程领域的学术刊物,主要报道机械工程领域及其交叉学科具有创新性的基础理论研究、工程技术应用的优秀科研成果,两刊均已成为国内外机械工程领域具有高影响力的学术期刊。

科学的未来在青年。在我国从“制造大国”向“制造强国”迈进之时,青年科技工作者是科技创新的生力军。《机械工程学报》编辑部JME学院旨在团结青年、凝聚青年、服务青年,构建平等、宽松、自由的学术交流平台。

高影响力论文评选活动由中国机械工程学会、两刊编委会、董事会以及编辑部JME学院共同组织策划,旨在评选出创新性强、学术影响力高、关注度广的优秀论文,并予以奖励优秀论文的作者。

个人简介:金学松,西南交通大学牵引动力国家实验室教授,博士生导师。 目前主要从事轮轨关系问题研究,其中包括轮轨滚动接触理论、轮轨粘着、轮轨接触表面波浪形磨损和滚动接触疲劳、轮轨噪声、脱轨和轮轨型面设计。 西南交通大学牵引动力国家重点实验室高速轮轨关系创新团队负责人(获批2011年教育部轮轨关系创新团队)。 主持国家级项目15项,主研2项; 主持省部级项目6项; 企业项目50多项。 发表和合作发表论文250多篇。 合作出版著作3部: 《固体接触力学》(铁道出版社出版,1999)、《轮轨摩擦学》(铁道出版社出版,2004)和《轮轨蠕滑理论及其试验研究》(西南交通大学出版社出版,2006)。 曾获得“滚动振动试验台”国家科技进步一等奖(1999-R13),铁道部“高速列车系统动力学理论及其应用”科技进步一等奖(2008)、教育部“”自然科学一等奖(2018-R04),四川省“高速铁路轮轨滚振动耦合作用机理与接触行为调控”自然科学一等奖(2019-R02),中国城市轨道交通协会“嵌入式连续支撑轨道系统成套技术研究和应用”一等奖(2019-J35-2-01-R04)。 获得国家百篇优秀博士论文奖(2002),教育部优秀骨干教师奖(2002),四川省突贡专家(2002),四川省学术带头人(2003),享受国务院政府津贴(2005),省优秀博士论文特别奖(2006),省优秀硕/博士论文指导奖,多次获得西南交通大学硕博士优秀论文指导奖、多次获得国内外期刊和会议论文奖,为多年国际期刊论文高被引作者。 多次在国内外学术会议上做大会特邀学术报告。 现任国际杂志“International Journal of Railway Transportation”(2012年至今)、国际期刊Machines国际编委会委员(2020年至今)、《工程力学》和《机械强度》杂志编委(2002至今),《浙江大学学报》(英文版)(2014年至今)、《计算机辅助工程》杂志编委(2011年至今)、《西南交通大学学报》编委(2018至今)、 国际会议“Rolling Contact Mechanics and Wear of Wheel/rail System”组委委员(2000-2015)。

我国高速铁路大规模运营以来,车轮在服役阶段在车轮直径变化的不同阶段出现了车轮滚动圆周严重失圆磨耗现象,不均匀磨耗深度到某一阶段后,导致轮轨之间高频冲击振动,引起列车轨道大系统较宽带频带的强烈的振动和强烈的噪声,车辆转向架关键零部件和轨道扣件弹条断裂,严重影响高速列车运行品质和安全。本论文的研究工作的主要目的弄清车轮多边形磨损的机因以及相应抑制措施。

通过多条高速线路上不同类型高速列车车轮圆度磨耗状态长期跟踪测试和统计分析,发现了车轮多边形磨耗特征和发展规律与车辆轨道系统共振源、运行速度的变化、车轮轮径的变化有密切的关系。借助大量的测试数据,发展了高速车轮多边形磨耗发生发展模型,分析了影响车轮多边形的关键因素,分析了多边形磨损对车辆行为、轮轨附件冲击载荷、振动噪声和疲劳的影响,详细讨论了影响车轮多边形形成和快速发展的基本因素。论述了若干种抑制多边形发展的对策,部分对策已经被现场运营经验所证明是十分有效的。也提出了多边形车轮维修策略和目前关键亟待开展的研究问题。

1、车轮多边形磨损并高速发展基本条件:车轮滚动圆的周长约为其共振波长的整倍数,其波长由行车速度除以共振频率所得。

2、我国高速列车多边形磨损主要为2~3个主波长周期性磨损的叠加,第一个主波长磨损为车轮一阶几何偏心磨损,其余是高阶多边形磨损,大约14阶至24阶。

4、改进高速车轮维修过程中的镟修工艺,有效地去除车轮多边形,提高车轮的圆度。

5、抑制车轮多边形磨损的最有效的措施是列车运营速度的变化和交差路线运营以及车轮踏面修型器的科学利用。

总结了高速列车车轮多边形发生发展规律和特征,发现车轮多边形磨耗形成和发展的原因和基本条件。建立高速车轮多边形发生发展过程的数值仿真模型,并借助于其分析了影响车轮多边形发展的各种因素。提出了抑制车轮多边形的措施,并验证了这些措施的有效性。

金学松, 吴越, 梁树林, 温泽峰, 吴兴文, 王平. 高速列车车轮多边形磨耗、机理、影响和对策分析[J]. 机械工程学报, 2020, 56(16): 118-136.

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