浏览全部资源
扫码关注微信
基于格子玻尔兹曼方法的重载机车齿轮箱内部压力场特性研究
Study of Internal Pressure Field Characteristics in Gearboxes of a Heavy-haul Locomotive Based on the Lattice Boltzmann Method
- 机械传动 2023年47卷第8期 页码：1-8
- 作者机构：
1.西南交通大学 轨道交通运载系统全国重点实验室， 四川 成都 610031
2.中车大同电力机车有限公司 技术中心研究院， 山西 大同 037038
- 作者简介：
周秋兵（1996— ），男，江西吉安人，硕士；主要研究方向为列车系统动力学；1308901206@qq.com。
陈再刚（1984— ），男，四川成都人，博士，研究员，博士研究生导师；主要研究方向为铁路机车车辆系统动力学、机械传动系统动力学；zgchen@home.swjtu.edu.cn。
- 基金信息：国家自然科学基金项目(52022083)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.08.001
中图分类号：纸质出版日期：2023-08-15，
收稿日期：2022-06-09，
修回日期：2022-07-15，
扫 描 看 全 文
周秋兵,徐艳晖,周子伟等.基于格子玻尔兹曼方法的重载机车齿轮箱内部压力场特性研究[J].机械传动,2023,47(08):1-8.
Zhou Qiubing,Xu Yanhui,Zhou Ziwei,et al.Study of Internal Pressure Field Characteristics in Gearboxes of a Heavy-haul Locomotive Based on the Lattice Boltzmann Method[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(08):1-8.
周秋兵,徐艳晖,周子伟等.基于格子玻尔兹曼方法的重载机车齿轮箱内部压力场特性研究[J].机械传动,2023,47(08):1-8. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.08.001.
Zhou Qiubing,Xu Yanhui,Zhou Ziwei,et al.Study of Internal Pressure Field Characteristics in Gearboxes of a Heavy-haul Locomotive Based on the Lattice Boltzmann Method[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(08):1-8. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.08.001.
摘要
为了研究压力场特性对重载机车齿轮箱润滑和密封的影响规律，基于计算流体动力学和格子玻尔兹曼方法，建立了考虑通气孔处密封结构的齿轮箱内部压力场仿真模型；通过仿真结果与试验数据对比分析，验证了仿真模型的正确性；基于该模型，研究了不同因素对齿轮箱内部压力场的影响规律。结果表明，齿轮转速和转向对齿轮箱内部压力场影响较大，所有监测点处的压差均值或压力均值的绝对值与齿轮转速成正相关且非线性变化；齿轮转向会改变齿轮啮合区上侧和下侧两点的压差，其压差在齿轮正转时更大，齿轮转向对其他监测点的压力影响也较大；从动齿轮浸油深度和润滑油温度（动力黏度）对齿轮箱内部压力场影响较小。研究结果可为机车的运营维护和润滑油的合理配置提供理论依据。
Abstract
In order to study the effect of pressure field characteristics on the lubrication and sealing of a heavy-haul locomotive gearbox
a simulation model of the gearbox internal pressure field is established by considering the sealing structure at the vent based on the computational fluid dynamics and the lattice Boltzmann method. Then the simulated results extracted at the vent are compared with the test data to verify the correctness of the simulation model. At last
the influence law of different factors on the gearbox internal pressure field is studied with this validated simulation model. The results show that the gear speed and gear steering have a great effect on the internal pressure field of the gearbox. The absolute values of the mean pressure difference or the mean values of the pressure at all the monitoring points are positively and nonlinearly correlated with the gear speed. The change of the gear steering will change the pressure difference between the upper and lower points of the gear meshing area. The pressure difference is larger when the gear rotates forward
and the gear steering also has a great impact on the pressure of other monitoring points. However
the immersion depth of the driven gear and the lubricating oil temperature (dynamic viscosity) have little effect on the gearbox internal pressure field. It can provide a theoretical basis for the operation and maintenance of the locomotive and the rational allocation of the lubricating oil.
关键词
机车齿轮箱压力场计算流体动力学格子玻尔兹曼方法
Keywords
LocomotiveGearboxPressure fieldComputational fluid dynamicsLattice Boltzmann method
references
周平.300 km/h高速动力车车轴齿轮箱的研制［J］.机车车辆工艺，2000（1）：5-7.
ZHOU Ping.Development of the high-speed driving gearbox in speed of 300 km/h［J］.Locomotive & Rolling Stock Technology，2000（1）：5-7.
张龙，高喜杰，薛登豪.HXD2新八轴机车齿轮箱漏油影响因素分析［J］.机车车辆工艺，2021（4）：56-57.
ZHANG Long，GAO Xijie，XUE Denghao.Analysis on influencing factors of oil leakage in gearbox of HXD2 new eight axle locomotive［J］.Locomotive & Rolling Stock Technology，2021（4）：56-57.
GORLA C，CONCLI F，STAHL K，et al.CFD simulations of splash losses of a gearbox［J］.Advances in Tribology，2012，2012：1-10.
LI L，VERSTEEG H K，HARGRAVE G K，et al.Numerical investigation on fluid flow of gear lubrication［J］.SAE International Journal of Fuels and Lubricants，2009，1（1）：1056-1062.
JIROU S，FRANA K.Visualization of the oil flow in the gap of helical gearing based on numerical simulations［J］.Journal of Applied Science in the Thermodynamics and Fluid Mechanics，2011，5（3）：33-36.
HOUZEAUX G，CODINA R.A finite element method for the solution of rotary pumps［J］.Computers and Fluids，2006，36（4）：667-679.
任崇会，魏静，马跃，等.基于动网格的齿轮箱内部流场数值模拟［J］.机械强度，2013，35（6）：789-794.
REN Chonghui，WEI Jing，MA Yue，et al.Numerical simulation of flow field in the gearbox based on dynamic mesh［J］.Journal of Mechanical Strength，2013，35（6）：789-794.
鲍和云，范永，朱如鹏，等.齿轮箱浸油润滑流场及温度场仿真分析［J］.中南大学学报（自然科学版），2019，50（8）：1840-1847.
BAO Heyun，FAN Yong，ZHU Rupeng，et al.Simulation analysis of flow field and temperature field of oil-immersion lubrication gearbox［J］.Journal of Central South University（Science and Technology），2019，50（8）：1840-1847.
周传超，徐宏海，魏领会.高速动车组驱动齿轮箱运行工况下润滑流场分析［J］.润滑与密封，2018，43（7）：58-62.
ZHOU Chuanchao，XU Honghai，WEI Linghui.Analysis of lubrication flow field in driving gearbox of high-speed EMUs［J］.Lubrication Engineering，2018，43（7）：58-62.
杨忠坤，缪炳荣，张晓霞，等.高速列车齿轮箱流场仿真研究［J］.机车电传动，2017（2）：57-60.
YANG Zhongkun，MIAO Bingrong，ZHANG Xiaoxia，et al.Flow field simulation for high speed train gearbox［J］.Electric Drive for Locomotives，2017（2）：57-60.
武涛，吴安伟，李博文，等.时速400 km高速动车齿轮箱润滑分析［J］.机械设计，2021，38（3）：96-103.
WU Tao，WU Anwei，LI Bowen，et al.Analysis on lubrication of the 400 km/h high-speed train's gearbox［J］.Journal of Machine Design，2021，38（3）：96-103.
于宝义，李亚丽，林亚东，等.高速列车齿轮箱内部流场数值模拟［J］.沈阳工业大学学报，2019，41（3）：273-278.
YU Baoyi，LI Yali，LIN Yadong，et al.Numerical simulation of internal flow field in gearbox of high-speed train［J］.Journal of Shenyang University of Technology，2019，41（3）：273-278.
刘中令，范乃则，田华军，等.高速机车齿轮箱内部润滑油流场特性数值模拟［J］.机械传动，2017，41（3）：129-133.
LIU Zhongling，FAN Naize，TIAN Huajun，et al.Numerical simulation of the flow field characteristic of lubricating oil in the gearbox of high speed locomotive［J］.Journal of Mechanical Transmission，2017，41（3）：129-133.
刘志强，曲天威，罗世辉，等.HX_N3型机车齿轮箱模拟仿真研究［J］.中国铁路，2012（7）：56-60.
LIU Zhiqiang，QU Tianwei，LUO Shihui，et al.Study on simulation of HX_N3 locomotive gearbox［J］.China Railway，2012（7）：56-60.
高超，张开林，张雨，等.基于流固耦合理论的高速齿轮箱内部流场数值分析［J］.润滑与密封，2018，43（8）：69-75.
GAO Chao，ZHANG Kailin，ZHANG Yu，et al.Numerical study of the flow field of high-speed gearbox based on fluid-structure interaction theory［J］.Lubrication Engineering，2018，43（8）：69-75.
卢凯文，赵娟，王传阳，等.动车齿轮箱飞溅润滑油流场仿真与试验研究［J］.机械传动，2022，46（1）：127-136.
LU Kaiwen，ZHAO Juan，WANG Chuanyang，et al.Simulation and experimental study on splash lubrication flow field in gearbox of EMU［J］.Journal of Mechanical Transmission，2022，46（1）：127-136.
谢迟新，刘桓龙，贾瑞河，等.基于MPS方法的二级齿轮箱飞溅润滑特性研究［J］.中国机械工程，2021，32（15）：1827-1835.
XIE Chixin，LIU Huanlong，JIA Ruihe，et al.Research on splash lubrication characteristics of two-stage gearboxes based on MPS method［J］.China Mechanical Engineering，2021，32（15）：1827-1835.
苏博，张建蓉，喻智锋，等.基于格子玻尔兹曼离心泵内部流场数值模拟［J］.中国水运（下半月），2018，18（11）：71-73.
SU Bo，ZHANG Jianrong，YU Zhifeng，et al.Numerical simulation of centrifugal pump internal flow field based on lattice Boltzmann［J］.China Water Transport，2018，18（11）：71-73.
SUCCI S，CHEN H，ORSZAG S.Relaxation approximations and kinetic models of fluid turbulence［J］.Physica A：Statistical Mechanics and its Applications，2006，362（1）：1-5.
马富银，杨国平，吴伟蔚.泵的空化现象研究进展［J］.流体机械，2011，39（4）：30-34.
MA Fuyin，YANG Guoping，WU Weiwei.Development of cavitation study on pump［J］.Fluid Machinery，2011，39（4）：30-34.
GUO Z，SHU C.Lattice Boltzmann method and its application in engineering［M］.World Scientific，2013：1-33.
张鹏顺.弹性流体动力润滑及其应用［M］.北京：高等教育出版社，1995：13.
ZHANG Pengshun.Elastohydrodynamic lubrication and its application［M］.Beijing：Higher Education Press，1995：13.
HILL M J，KUNZ R F，NOACK R W，et al.Application and validation of unstructured overset CFD technology for rotorcraft gearbox windage aerodynamics simulation［C］//64th Annual Forum of the American Helicopter Society，2008：39-45.
0
浏览量
23
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 豫ICP备05013835号-5
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies