基于损伤函数及典型线路工况组合的动车组车轮损伤预测方法

doi:10.3901/JME.2025.10.376

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (10): 376-385.doi: 10.3901/JME.2025.10.376

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基于损伤函数及典型线路工况组合的动车组车轮损伤预测方法

肖乾¹, 石小牒¹, 陈道云¹, 刘新龙¹, 杨文斌¹, 昌超^1,2

1. 华东交通大学机车车辆智能运维铁路行业重点实验室南昌 330013;
2. 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都 610031

收稿日期:2024-05-08 修回日期:2025-02-01 出版日期:2025-05-20 发布日期:2025-07-12
作者简介:肖乾，男，1977年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为轨道车辆轮轨关系、轨道车辆运维装备研究与开发。E-mail：jxralph@foxmail.com;陈道云(通信作者)，男，1988年出生，博士，副教授，硕士研究生导师。主要研究方向为结构疲劳可靠性。E-mail：chendaoyun@ecjtu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52372327，52202468)和江西省自然科学基金(20232BAB204104，20232BAB204003)资助项目。

Method for Predicting Wheel Damage in High-speed Trains Based on Damage Functions and Combinations of Typical Line Operating Conditions

XIAO Qian¹, SHI Xiaodie¹, CHEN Daoyun¹, LIU Xinlong¹, YANG Wenbin¹, CHANG Chao^1,2

1. Key Laboratory of Railway Industry on Intelligent Operation and Maintenance for Locomotive and Vehicle, East China Jiaotong University, Nanchang 330013;
2. State Key Laboratory of Rail Transit Vehicle System, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031

Received:2024-05-08 Revised:2025-02-01 Online:2025-05-20 Published:2025-07-12

摘要/Abstract

摘要： 磨耗与滚动接触疲劳是动车组车轮的两种主要损伤形式，为对实际线路上运行的动车组车轮损伤进行预测。首先通过动力学软件UM建立复兴号动车组模型，根据实际高速铁路线路工况参数设计四个典型线路工况，将四个典型线路工况组合并进行动力学仿真，基于车辆模型的安全性和舒适性计算，验证车辆模型的有效性。通过各典型线路工况单独仿真下的轮轨蠕滑力及轮轨蠕滑率并结合车轮损伤函数，计算并获取各典型工况下的车轮磨耗及滚动接触疲劳损伤，基于损伤累积原则获取各典型线路工况下车轮损伤的累积值，与完整的组合线路工况下一次性仿真结果计算的车轮损伤进行对比，验证基于单独工况累积损伤预测组合工况损伤的可行性，同时进一步基于该原理对任意两种组合工况下的车轮损伤进行了预测，该方法为未来车轮损伤预测提供了一种高效且准确的新途径。

关键词: 磨耗, 滚动接触疲劳, 组合线路工况, 动车组车轮, 损伤预测

Abstract: Wear and rolling contact fatigue are the two main forms of damage to the wheels of high-speed trains. To predict the damage to the wheels of high-speed trains operating on actual lines, a model of the Fuxing high-speed train is first established using dynamic software UM. Four typical line conditions are designed based on actual high-speed railway line conditions parameters. The four typical line conditions are combined and dynamically simulated. Based on the safety and comfort calculation of the vehicle model, the effectiveness of the vehicle model is verified. By separately simulating the wheel-rail creep force and wheel-rail creep rate under each typical line working condition, combined with the wheel damage function, the wheel wear and rolling contact fatigue damage under each typical working condition are calculated and obtained. Based on the damage accumulation principle, the cumulative damage of the wheels under each typical line working condition combination is obtained. Compared with the one time simulation results under the completed and combined line working condition, the feasibility of predicting combined working condition damage based on individual working condition cumulative damage is verified. Furthermore, based on this principle, the wheel damage under any two combined working conditions is predicted, providing an efficient and accurate new approach for future wheel damage prediction.

Key words: wear, rolling contact fatigue, combined line working condition, EMU wheels, damage prediction

中图分类号:

U270

肖乾, 石小牒, 陈道云, 刘新龙, 杨文斌, 昌超. 基于损伤函数及典型线路工况组合的动车组车轮损伤预测方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(10): 376-385.

XIAO Qian, SHI Xiaodie, CHEN Daoyun, LIU Xinlong, YANG Wenbin, CHANG Chao. Method for Predicting Wheel Damage in High-speed Trains Based on Damage Functions and Combinations of Typical Line Operating Conditions[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(10): 376-385.

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