轴重对异型轨的力学特性研究分析

【摘 要】 作为高效的辅助运输设备，异型轨卡轨车在矿井辅助运输中得到了广泛的应用。由于综采设备趋向大型化，对异型轨提出了更高的要求。本文针对异型轨进行分析，重点研究了轴重对异型轨的力学特性，为异型轨性能的改善提供理论支持。

【关键词】 异型轨 力学特性 研究分析 轴重

在矿井运输中，卡轨车以其显著的优点而广泛应用，但是当巷道条件多变时，其卡轨效果并不理想，甚至存在脱轨的安全隐患，难以适应更多的条件，限制了其广泛应用。

为了解决普通卡轨车脱轨的问题，异型轨卡轨车应运而生。异型轨卡轨车能够解决普通卡轨车脱轨的问题，使卡轨车能够适用于更多条件。但是由于国内对异型轨的力学研究不多，限制了异型轨卡轨车的广泛发展。因此本文主要研究轴重对异型轨的力学特性，为异型轨的广泛应用提供理论指导。

1 异型轨力学分析模型的建立

为了能够对异型轨的力学特性进行研究，需要根据实际工况建立异型轨受力的分析模型。分析模型的建模原则是在保证仿真结果正确的前提下，仿真模型尽可能的简单。根据SMJ160异型轨的实际尺寸建立有限元分析模型，模型采用四面体单元网格，由于轮轨接触的分析精度较高，运算量大，为了节省计算机资源，对模型的划分整体采取比较粗的网格，而可能接触的部分采用比较细密的网格。最终生成的有限元模型中有单元245738个，节点414928个，建立的有限元模型如图1所示。

2 轴重对异型轨结构的静力学特性研究

卡轨车在异型轨轨道上运行时，接触应力会不断的发生变化，通过研究发现，影响接触应力的因素有很多，最主要的是轴重因素，通过对SMJ160异型轨进行静力分析，研究轴重变化对异型轨结构性能的静力学影响。

由于卡轨车轴重的变化能够显著影响异型轨接触应力的大小，轮径的大小影响接触区域的大小。为了简化分析，对于建立的有限元模型，在不同的轴重下对其进行静力学分析，得出其静力学特性。

建立的模型采用45kg/m SMJ160异型轨，轮径采用300mm，轴重从25t到45t，通过对有限元模型进行分析，研究轴重的变化对异型轨的静力学特性，讨论对比的指标主要包括：最大等效应力、最大摩擦应力等。最大等效应力和最大摩擦应力随轴重的变化，如图2和图3所示。

从图2和图3，不难看出，最大等效应力和最大摩擦应力都随轴重的变大逐渐变大，当轴重是42.8t时，最大等效应力最大，其值是 364.62MPa；当轴重是45t时，最大摩擦应力最大，其值是281.42MPa。

3 轴重对异型轨结构动力学性能的影响

轴重是影响轮轨接触状况的一个非常重要的因素，轴重的提高对轨道结构的动力学作用影响显著，增加轴重就会增加轮轨之间的接触力，使其摩擦加剧，因此非常有必要研究轴重对异型轨的动力学性能的影响。

模拟实际工况，对35吨轴重时的模型施加动力荷载，计算结果如图4和图5所示。

由图4和图5可以看到，在轴重的影响下，轨道顶部的等效应力随时间出现振荡变化，并同时引起加速度的振荡，使轨道振动加剧。

4 结语

本文以SMJ160异型轨为研究对象，根据其应用条件，建立了有限元分析模型，研究了异型轨在轴重影响下的力学特性分析，得到了最大等效应力和最大摩擦应力随轴重变化的曲线图，以及轨道顶部的等效应力和轨道垂向加速度随时间变化的受力图，分析了轴重对异型轨的受力影响，为异型轨的优化分析和性能改善提供了理论支持。

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