高速列車(chē)輪軌接觸關(guān)系研究.pdf

1、隨著列車(chē)運(yùn)行速度的提高，作為車(chē)輛軌道系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基本問(wèn)題之一的輪軌關(guān)系變得很突出。輪軌接觸關(guān)系是輪軌關(guān)系研究的基本內(nèi)容，本文從最簡(jiǎn)單的輪軌接觸點(diǎn)計(jì)算開(kāi)始，根據(jù)矢量映射原理和輪軌接觸基本特征，提出新的輪軌幾何接觸算法——空間矢量映射法（簡(jiǎn)稱(chēng)矢量法），可計(jì)算任意形狀的旋轉(zhuǎn)體和拉伸體間的空間幾何接觸，能很好解決輪對(duì)在不同姿態(tài)下的輪軌接觸問(wèn)題，如輪軌接觸、輪輪接觸、槽型軌接觸以及車(chē)輪踏面和鋼軌軌面磨耗后的接觸等，并通過(guò)三維模型仿真驗(yàn)證了算法的有效

2、性和準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上做了如下工作:
　　(1)由輪軌接觸點(diǎn)算法直接計(jì)算出的接觸點(diǎn)為剛性接觸點(diǎn)，在不同輪對(duì)橫移量下的分布波動(dòng)較大。輪軌準(zhǔn)彈性接觸考慮整個(gè)輪軌交界處接觸斑的彈性變形，根據(jù)彈性接觸力學(xué)理論，得到平滑、均勻、連續(xù)的輪軌接觸點(diǎn)分布，更好地滿(mǎn)足輪軌接觸條件和實(shí)際車(chē)輪踏面磨耗特征。同時(shí)討論了三種常用的等效錐度計(jì)算方法:簡(jiǎn)化法、諧波法和UIC519方法，針對(duì)普遍用于高速動(dòng)車(chē)組的4種典型車(chē)輪踏面計(jì)算其等效錐度。通過(guò)對(duì)比3種算法的優(yōu)

3、越性可看出對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輪踏面，諧波法和UIC519方法能更準(zhǔn)確地計(jì)算等效錐度，并通過(guò)與商業(yè)軟件對(duì)比驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性;對(duì)于磨耗后的車(chē)輪踏面，UIC519方法能更好地計(jì)算其等效錐度。
　　(2)為了分析鐵道車(chē)輛車(chē)輪與軌道的接觸問(wèn)題，運(yùn)用Hertz和非Hertz接觸理論，針對(duì)不同類(lèi)型車(chē)輪踏面和鋼軌軌面分別分析了不同輪對(duì)橫移量下的接觸斑和接觸應(yīng)力。結(jié)果表明在一定法向力作用下，非Hertz接觸考慮輪軌接觸面內(nèi)的變形，能較好地計(jì)算不同類(lèi)型車(chē)

4、輪踏面和鋼軌軌面接觸時(shí)的接觸斑和接觸應(yīng)力分布。當(dāng)非Hertz接觸斑接近橢圓時(shí)，Hertz接觸計(jì)算結(jié)果與非Hertz基本一致;當(dāng)非Hertz接觸斑為非橢圓時(shí)，Hertz計(jì)算結(jié)果誤差較大。同時(shí)給出輪軌接觸關(guān)系數(shù)表和蠕滑率計(jì)算公式，仿真了自由輪對(duì)的蛇行運(yùn)動(dòng)。
　　(3)為了評(píng)價(jià)輪軌接觸幾何關(guān)系，給出車(chē)輪踏面接觸帶寬和接觸帶寬變化率指標(biāo)的計(jì)算方法，應(yīng)用于車(chē)輪踏面鏇修質(zhì)量評(píng)估以及磨耗后的輪軌接觸狀態(tài)評(píng)估和磨耗狀態(tài)變化規(guī)律分析。分別針對(duì)一個(gè)鏇

5、修周期內(nèi)的LMA型車(chē)輪踏面和S1002CN型車(chē)輪踏面，分析其輪軌接觸關(guān)系各項(xiàng)指標(biāo)變化規(guī)律。結(jié)果表明接觸帶寬及其變化率指標(biāo)比等效錐度指標(biāo)更能反映鏇修后車(chē)輪踏面與標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輪踏面間的差異，并能更好地分析磨耗后車(chē)輪踏面輪軌接觸狀態(tài)的變化規(guī)律。
　　(4)為了更好的改進(jìn)現(xiàn)有車(chē)輪踏面和鋼軌軌面的輪軌接觸關(guān)系，根據(jù)不同類(lèi)型車(chē)輪踏面的外形、輪徑差的變化以及接觸點(diǎn)分布特征，給出一種車(chē)輪踏面反向優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法在給定的輪軌初始接觸點(diǎn)位置和輪對(duì)在不同

6、橫移量下的輪徑差信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合參考的車(chē)輪踏面外形，建立車(chē)輪踏面反向設(shè)計(jì)的最優(yōu)化模型，并通過(guò)了S1002CN和LMA型車(chē)輪踏面反向設(shè)計(jì)驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明在不同的優(yōu)化參數(shù)下得到的不同車(chē)輪踏面外形，均滿(mǎn)足初始接觸點(diǎn)位置和輪徑差的要求。分析設(shè)計(jì)出的車(chē)輪踏面和參考車(chē)輪踏面的外形誤差及其接觸點(diǎn)分布，得到最優(yōu)車(chē)輪踏面設(shè)計(jì)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，可任意修改輪徑差曲線和輪軌初始接觸點(diǎn)位置，得到修改后的車(chē)輪踏面外形，從而驗(yàn)證車(chē)輪踏面反向設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性和適應(yīng)