李江波
中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000
摘要：车轮胎面和轮辋疲劳破坏的方式是滚动接触疲劳，为研究CRH2挂车车轮胎面的滚动接触疲劳裂纹寿命期限，多用于干扰和滚动接触的复杂物理构造，使用研究小组提出的二次多项式回归方法，建立了载荷和胎面危险区应力之间的转换关系。采用最大减应力法、延长寿命、接触疲劳可靠性、研究胎面滚动接触疲劳可靠性，该方法实现了胎面滚动接触疲劳应力的准确计算。
关键词：拖车车轮;滚动接触;疲劳裂纹;可靠性
引言：随着我国高速动车组运行速度的提高，车辆的服务环境越来越严峻。在操作过程中，随着轮轨接触力的发展，轮辋的磨损，变形，剥离，CRH2动车组拖车的轮轨滚动接触疲劳寿命分析车轮非常重要。
国内外学者已经对胎面滚动接触疲劳形成的机理进行了许多研究和分析。 Alfredsson和Olsson ?[5，6]认为，裂纹是由粗糙胎面引起的高应力集中引起的。 Dubourg等人[7，8]认为，过载或重负荷是造成裂纹形成的原因，而切应力在裂纹形成中起着重要的作用。
另外，关于轮轨滚动接触疲劳，金学松等人描述了三维弹性塑料滚动接触疲劳的数值和试验方法，讨论了一些典型的疲劳接触破坏现象。 使用Dang-van多轴疲劳模型和力学原理，构建了一个仿真程序来评估轮辋底面滚动接触疲劳裂纹的发生。罗世辉分析了DF21型内燃机车中轮胎面的分层。认为机车中轮的滚动接触疲劳是由非轮引起的，并认为是正常的纵向颤动。降低中轴球窝接头的刚度后，机车的行驶里程超过了25万公里。并且不会发生胎面剥离。为了确保CRH2 EMU车轮运行的可靠性和安全性，在本文中，进行了CRH2 EMU的胎面滚动接触疲劳可靠性的介绍，高速动车组轮轨疲劳分析的针对性研究。结果为确定车轮的安全检查周期提供了依据，并为高速动车组的安全运行提供了实用指导。
1滚动接触应力条件
CRH2拖车轮组集成有限元计算方法，轮轴集成有限元方法用于将滚子-滚道改变为实心连接，轴箱-轴承-车桥-轮毂制动盘导轨考虑了多次过盈配合的复杂性， 由于轮轨接触的复杂关系，完成了胎面滚动接触疲劳应力的计算，图1显示了胎面滚动接触疲劳的最大剪切应力分布。
2荷载结构应力谱
研究小组提出了一种新的车轮载荷-结构应力谱计算方法，以建立胎面滚动接触部分的使用和应力谱的转换关系：载荷谱（Fi，k; i=1，2，nf，k=1，2，ng），通过选择nJ组（nJ2nf ?+1）与荷载组合（Fi，J; i=1，2，nf，J）轴向方向相同的盒子横向力=1、2，nJ）。分别完成nJ个准静态有限元计算，通过有限元计算获得目标零件的计算载荷组合应力（Fi，J-J）数据，然后应用以下公式拟合Fi，J-J数据全部。
3原因分析
在循环应力的作用下，材料局部引起永久累积损伤，并在一定数目的循环后，穿刺接触表面的深剥离的过程被称为接触疲劳。轮负荷要通过一个相对小的接触面积，这通常会导致本地负载超过车轮和钢轨材料的弹性极限传递至导轨，启动滚动接触疲劳裂纹。 CRH2 EMU车轮滚动接触疲劳有两种主要类型。第一种类型主要由横向和纵向力，通常在车轮滚动圆外15-30毫米。裂纹和胎面倾斜大约45。第二种类型主要发生在向外的标称旋转圆的15毫米内，通常是由于车轮在各个点处发生损坏，并表现为车轮内部的月牙形缺陷。
3.1由横向力和纵向力引起的滚动接触疲劳
垂直力主要是由车辆自身的重量和垂直冲击造成。车轮表面材料被重复地进行上述的疲劳载荷，和胎面材料经历塑性变形。这种类型的滚动接触疲劳主要由横向和纵向力引起。当应力超过剪切强度（渡曲线主要是当），塑性变形积累。微裂纹的形成最终将导致滚动接触疲劳，并且在上述应力下，裂纹将沿45方向向内传播并最终剥落。这些缺陷发生在胎面表面上，并且由于表面裂纹引发阶段的尺寸较小，因此该缺陷对于肉眼是不可见的。当动车组的头车和尾车进入曲线，对引导轮先进入曲线。此时，施加到导向轮的车轮的横向和纵向力比中部更大和更复杂。更容易受到滚动接触疲劳。
3.2硌伤引起的滚动接触疲劳
在EMU的操作中，在接触点有拉伸和剪切应力。当胎面表面受到创伤时，应力集中。在冲击载荷下，塑性变形累积在表面上，在拉伸应力下形成裂纹圈，在剪切应力下产生裂纹。由于最大剪切应力是胎面3mm以下并平行于胎面，裂纹传播主要发生在车轮的表面下方，并且传播方向是平行于胎面，因此这些缺陷是在表面之下更明显。
3.3? 镟轮问题
由于轮毂表面损坏引起的滚动接触疲劳，长时间的缺陷，修理工具的累积数量超过7倍，修理量超过7mm，某些车轮击穿过程，轮毂磨损，多边形。投射父多边形时，车轮定位方法通常使用车轮定位。驱动轮的额定速度通常为（1.1至1.5）转/秒，直径d为220毫米。当驱动轮速度超过100时，辊床，固定爪，驱动轮将具有低频能量集中。如果为100，则为42Hz的能量集中度；如果驱动轮速度为110，则为46Hz的能量集中度。在测试中，即使在更新了驱动轮之后，辊床中的低频能量集中度仍然存在，这表明低频能量集中度与驱动轮的状况无关。
4滚动接触疲劳的可靠性
应力幅值，平均应力和中间应力谱（ai，avi，ni，i=1，2，L）首先通过使用超长寿命可靠性分析方法保留的系数方法执行光谱应力处理。结合材料SN曲线和Miner累积损伤准则，将其转换为等效的周期性应力条件，并使用正态分布证明在预期寿命Ne下的疲劳强度分布。显示了以下逻辑流程。胎面滚动疲劳可靠性分析。
其可靠性为50，90和99，0.5-0.9999。随着可靠性的提高，轮辐的检查部件呈现出降低结构安全寿命的趋势。在车轮胎面滚动接触区域下方2.0毫米的深度处，行驶里程为99至3.29103公里。
为了研究CRH5动车组车轮和钢轨在实际滚动接触过程中受力和循环应力引起的疲劳问题，采用大型有限元仿真分析软件ABAQUS对车轮行为进行仿真。结合滚动接触理论，分析了轮辋滚动接触区域在不同轴载荷梯度，湿滑条件下的不同摩擦系数，不同驱动扭矩以及不同湿轴载荷下的轴载荷，车轮的等效应力随着距离的增加而增加。最大等效应力出现在距表面深度1-10 mm的范围内，钢轨起初缓慢增加，然后继续减小。最大应力出现在距表面深度约12 mm处，并且实际变形的位置在车轴期间不会随变化而变化；此位置在车轮方向上为15-20 mm车轮的深度。随着摩擦系数的增加，最大的横向，剪切应力都在车轮和钢轨的接触表面处增加。同时，随着摩擦系数的增加，最大垂直和纵向剪切应力的位置继续扩展到表面，这也说明了在轮迹表面之下。并且最大纵向剪切应力随着扭矩的增加而增加，并趋于向车轮移动。导轨接触面。使用SN减少法，可以计算出：在各种轴向载荷下的车轮寿命在6107倍至9107倍的范围内，并且里程至少满足3个步骤的检查周期要求。轮轴负载范围为6.43107循环至8.10107循环，属于高循环疲劳。理论里程符合三阶段106 km维护要求。数值计算结果与计算出的车轮寿命结果一致。
5结论
（1）考虑到车轮的复杂几何形状和服务功能条件，探索建立CRH2拖车轮集成有限元模型，实现车轮滚动接触疲劳应力的计算，并考察最大剪应力等效应力S。胎面滚动接触疲劳分布。
（2）本研究确定了CRH2 EMU挂车胎面滚动接触部分的使用寿命疲劳可靠性寿命，包括50，95和99的置信度，生存概率为0.5、0.9、0.95、0.99为。0.999和0.9999。 18组条件证明，当轴表面光滑且无缺陷时，它可以在其使用寿命内以高可靠性使用。
（3）对CRH2动车组的前轮车轮胎面滚动接触部分的疲劳可靠性进行计算和分析，发现车轮胎面的根部是表面切割和磨损损失，在基部附近剥落。圆和外侧的影响深度以及拖车轮踏面的滚动接触为2毫米。
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