激光毛化形貌对轮轨材料混合润滑摩擦系数的影响

IMECH-IR > 先进制造工艺力学实验室

	激光毛化形貌对轮轨材料混合润滑摩擦系数的影响
英文题名	Effect of Laser Textured Surface on Friction Coefficient of Wheel/Rail Materials under Mixed Lubrication
	蔡宝春; 王保安; 孙珊珊; 杨兵; 任志远; 王文中; 杨明江; 李正阳
导师	李正阳
	2015
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位授予地点	北京
学位类别	硕士
学位专业	材料工程
摘要	“十二五”期间我国高速铁路的发展取得了举世瞩目的成绩，在国内外掀起了一股“高铁热”。同时，时速500公里试验列车也即将进行线路实车试验。随着列车速度的提高，第三介质，如油、水等，对轮轨间粘着特性的影响越来越明显，给列车的运行带来了比较大的安全隐患。因此，研究高速轮轨在混合润滑条件下的增粘方法，具有重要的理论意义和工程应用价值。在此背景下，本文开展了如下工作： (1) 本文通过对激光毛化工艺的研究，在高速列车车轮试样表面加工出了球冠状的微坑，并且设计了具有横纹，纵纹，菱形纹理的三种形貌。然后运用三维白光干涉表面形貌仪测量出了激光毛化形貌的表面轮廓，基于实测的相关表面参数，分别利用二维分段周期函数和随机函数完成了对车轮试样表面激光毛化形貌和钢轨试样表面原始形貌的表面重构，取代了传统方法中利用高斯函数来模拟轮轨表面轮廓的假设模型，更逼近轮轨表面的真实形貌。(2) 本文针对轮轨混合润滑滚动接触的工况，对摩擦磨损试验机进行了改进，并且对控制系统做了开发，实现了滑差率连续可调的自动控制，以及恒定摩擦系数的控制，利用改进的RSW-2摩擦磨损试验机，研究了激光毛化形貌在无润滑条件突然加油、水后，摩擦系数的变化情况，并将其与未经激光毛化形貌进行了对比，实验结果表明，激光毛化形貌，特别是激光毛化的菱形纹理能明显提高轮轨试样在混合润滑条件下的摩擦系数，并且，在滑差率变化的情况下，三种激光毛化形貌对摩擦系数的影响规律基本没有变化。激光毛化时的离焦方式和激光毛化微坑密度对摩擦系数也有影响：相同的实验条件，相同的纹理表面，正离焦的摩擦系数大于负离焦的摩擦系数；微坑密度大的表面的摩擦系数大于稀疏表面的摩擦系数。 (3) 本文将Hu和Zhu提出的基于确定性形貌的混合润滑统一Reynolds方程三维数值计算模型运用到激光毛化形貌的轮轨接触问题的计算中来，模拟各种表面随时间演变规律，得出了油介质条件下表面的局部压力与膜厚的分布情况，以及摩擦系数的变化情况，计算结果与试验结果一致。在此基础上，从混合润滑的角度，研究了激光毛化形貌提高混合润滑条件下摩擦系数的原因，结论是：激光毛化形貌改变了混合润滑情况下轮轨接触区的压力与膜厚分布，有效的阻碍了液膜的形成，提高了固体接触区的载荷比。其中菱形纹理的固体接触区载荷比大于纵纹、大于横纹，因此，在三种激光毛化形貌中，菱形纹理对摩擦系数的提高效果最为显著，其次是纵纹纹理，再次是横纹纹理，计算结果与试验结果一致。(4) 本文通过对高速轮轨水润滑条件的计算模拟得出：时速300公里和时速500公里水润滑条件下，激光毛化菱形纹理能使轮轨在水润滑条件下的摩擦系数提高2倍左右，对摩擦系数的提高效果，菱形纹理大于纵纹纹理，纵纹纹理大于横纹纹理。
索取号	31200
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55132
专题	先进制造工艺力学实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	蔡宝春,王保安,孙珊珊,等. 激光毛化形貌对轮轨材料混合润滑摩擦系数的影响[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.

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