Effect of Laser Textured Surface on Adhesion Coefficient of High-speed Wheel/Rail Contact under Water/Ice Lubrication

Abstract

&nbsp;轮轨黏着特性是影响列车牵引和制动的重要因素，轮轨黏着特性的研究对于列车安全平稳运行、减少轮轨疲劳和表面擦伤，以及降低脱轨风险都具有重要意义。轮轨之间的黏着特性主要体现在黏着系数上，影响黏着系数的因素很多，例如蠕滑率、速度、润滑介质特性、轮轨表面粗糙度和表面形貌取向等。 本文主要研究激光毛化形成的车轮表面形貌取向对水润滑和冰润滑条件下运行的高速列车轮轨黏着特性的影响。根据弹流润滑理论，对于水作为润滑介质的情况，将轮轨接触按混合润滑情况处理，基于统一Reynolds方程方法计算了车轮表面具有纵纹、横纹、菱形三种形貌以及无激光毛化处理的随机形貌的黏着系数随蠕滑率、速度而变化的规律；对于零摄氏度以下，冰作为润滑介质的情况，首先计算了具有随机形貌的轮轨接触区压力分布，根据冰的相图和压力融化原理，将接触区分为混合润滑区域和固体（冰-钢）接触区域，在混合润滑区仍然用统一Reynolds方程进行计算，而在冰-钢接触区域，用退化的Reynolds方程，即Hertz方程进行计算，总的黏着系数是两个区域黏着系数之和。最后，计算了蠕滑率为0.02条件下纵纹、横纹、菱形三种激光毛化形貌车轮表面在0~-21℃温度范围内的黏着系数。 本文主要结论是： &nbsp; &nbsp; （1）在水润滑条件下，激光毛化形貌有明显的增粘效果，其中，菱形分布增粘效果最明显，横纹优于纵纹； &nbsp; &nbsp; （2）对无量纲压力和膜厚的计算显示，载荷比是影响黏着特性的主要因素，载荷比表示固体承担载荷的比例，激光毛化技术可以有效提高载荷比； &nbsp; &nbsp; （3）冰润滑时，在相同的蠕滑率和速度条件下，黏着系数比水润滑情况更低，随着温度升高，冰润滑的黏着系数逐渐增加； &nbsp; &nbsp; （4）激光毛化形貌在冰润滑的条件下也有显著的增粘效果。 关键词：高速列车，黏着系数，形貌取向，混合润滑 &nbsp;</div