道岔平面線型動(dòng)力分析及其設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、道岔設(shè)計(jì)中平面線型的選取是影響列車過岔速度和自身使用性能的關(guān)鍵因素之一，針對(duì)各種號(hào)碼及不同應(yīng)用范圍的道岔，需選擇合適的平面線型以滿足行車安全性、平穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。本文在結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有理論的基礎(chǔ)上，對(duì)道岔平面線型的選型評(píng)估及設(shè)計(jì)方法做了相關(guān)研究，主要內(nèi)容分為以下幾個(gè)方面:
　　1.針對(duì)不同道岔平面線型輪軌接觸幾何關(guān)系計(jì)算方法的建立
　　基于普通線路典型的輪軌接觸幾何關(guān)系計(jì)算方法，將其應(yīng)用于道岔區(qū)接觸關(guān)系求解過程中，其中利

2、用三次樣條函數(shù)擬合岔區(qū)鋼軌控制斷面，并在各斷面間插值得到任意所需計(jì)算斷面，然后采用跡線法將車輪上接觸點(diǎn)的存在范圍從踏面整個(gè)曲面縮小到一條空間曲線上，進(jìn)而可通過最小距離法在所得鋼軌計(jì)算斷面和車輪跡線間精確搜索輪軌接觸點(diǎn)位置，計(jì)算相關(guān)接觸參數(shù)。以上述方法為基礎(chǔ)，編制道岔區(qū)輪軌接觸幾何關(guān)系計(jì)算子程序，不僅可用于評(píng)價(jià)道岔平面線型類型對(duì)輪軌關(guān)系的影響，又可作為動(dòng)力學(xué)計(jì)算中使上部車輛和下部道岔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生耦合關(guān)系的關(guān)鍵部分。
　　2.車輛-道岔動(dòng)

3、力耦合模型的建立及求解
　　以車輛動(dòng)力學(xué)和道岔動(dòng)力學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立車輛-道岔動(dòng)力耦合模型，用于分析不同道岔平面線型對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)特性的影響，其中車輛子模型為由車體、兩個(gè)轉(zhuǎn)向架和四個(gè)輪對(duì)組成的單列整車多剛體模型，車體和兩轉(zhuǎn)向架分別考慮沉浮、橫移、側(cè)滾、搖頭和點(diǎn)頭五個(gè)自由度，各輪對(duì)考慮沉浮、橫移、側(cè)滾和搖頭四個(gè)自由度，剛體間通過彈簧阻尼原件相聯(lián)接;道岔子模型除包括轉(zhuǎn)轍器、連接部分和轍叉三大主要結(jié)構(gòu)以外，還考慮了各零部件對(duì)其振動(dòng)的影響，然

4、后利用有限單元法將其離散為有限元模型。使用道岔區(qū)輪軌接觸關(guān)系將兩子模型相耦合，采用哈密爾頓原理建立整體系統(tǒng)振動(dòng)方程，并編制車輛-道岔動(dòng)力耦合模型計(jì)算程序，從動(dòng)力學(xué)角度指導(dǎo)道岔平面線型設(shè)計(jì)。
　　3.各種平面線型下車輛-道岔動(dòng)力耦合模型振動(dòng)特性分析
　　將道岔按號(hào)碼大小進(jìn)行分類，通過改變平面線型參數(shù)及類型分別為其設(shè)立工況，利用車輛-道岔動(dòng)力耦合模型計(jì)算程序?qū)Ρ确治龈鞴r振動(dòng)特性，并研究列車過岔速度改變對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。由結(jié)

5、果可知，小號(hào)碼道岔選用單圓型和復(fù)圓型平面線型以及大號(hào)碼道岔選用圓緩型和緩圓緩型線型時(shí)，均可保證在其各自允許過岔速度下列車側(cè)向行駛的安全性、平穩(wěn)性及道岔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且增加側(cè)股曲線半徑或?yàn)樾√?hào)碼道岔選用復(fù)圓曲線線型及大號(hào)碼道岔選用緩圓緩曲線線型，將提高道岔的行車性能及對(duì)列車提速過岔的適應(yīng)性，但應(yīng)綜合結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)計(jì)及使用條件等因素確定具體線型。
　　4.尖軌切削方式對(duì)轉(zhuǎn)轍器部位系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)及鋼軌磨耗性能的影響研究
　　利用車輛-道

6、岔空間耦合振動(dòng)模型及愛因斯磨耗指數(shù)計(jì)算方法，分別對(duì)不同號(hào)碼道岔尖軌采用多種切削方式時(shí)的系統(tǒng)振動(dòng)及鋼軌磨耗進(jìn)行對(duì)比分析，并研究列車過岔速度及線型參數(shù)改變對(duì)磨耗指數(shù)的影響。由結(jié)果可知，小號(hào)碼道岔尖軌選用半切線型和半割線型切削方式時(shí)，車輛運(yùn)行狀態(tài)較優(yōu)，鋼軌磨耗性能良好，且隨列車過岔速度和道岔側(cè)股半徑變化的改變量不大，此時(shí)相離半切線型切削方式對(duì)應(yīng)各方面性能雖有所降低，但由于其顯著提高了尖軌粗壯度，也可作為小號(hào)碼道岔尖軌主要切削類型之一;大號(hào)碼道

7、岔尖軌切削方式中半切線型尖軌可在行車性能達(dá)到最優(yōu)時(shí)所得鋼軌磨耗指數(shù)較小，適用性最強(qiáng)。
　　5.適用于多種道岔平面線型計(jì)算方法的建立
　　建立了適用于多種道岔平面線型計(jì)算的平面參數(shù)法，推導(dǎo)了單圓型、復(fù)圓型、圓緩型和緩圓緩型四種道岔平面線型，以及切線型、半切線型、割線型、半割線型和相離半切線型五種尖軌切削方式關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算過程，并對(duì)其進(jìn)行基本的結(jié)構(gòu)尺寸及運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)價(jià)，同時(shí)介紹了三種岔枕排布方式，即整體垂直于直股排布、轍叉區(qū)垂直于角

8、平分線排布和整體扇形排布，此方法可減少由人為因素產(chǎn)生的誤差，為道岔平面線型的精確設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。
　　6.道岔平面線型計(jì)算及繪圖軟件的開發(fā)與驗(yàn)證
　　基于平面參數(shù)法開發(fā)了道岔平面線型計(jì)算及繪圖軟件，本軟件由計(jì)算模塊和繪圖模塊兩部分組成，通過設(shè)定原始參數(shù)，可完成包括四種平面線型、五種尖軌切削方式和三種岔枕排布樣式在內(nèi)的多種設(shè)計(jì)的組合，配合繪圖軟件的使用，能夠迅速繪制線型圖用于方案比選，提高了工作效率。利用本軟件針對(duì)低速小號(hào)碼道