高速列車輪軌接觸關系研究.pdf

1、隨著列車運行速度的提高，作為車輛軌道系統(tǒng)動力學基本問題之一的輪軌關系變得很突出。輪軌接觸關系是輪軌關系研究的基本內(nèi)容，本文從最簡單的輪軌接觸點計算開始，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（簡稱矢量法），可計算任意形狀的旋轉(zhuǎn)體和拉伸體間的空間幾何接觸，能很好解決輪對在不同姿態(tài)下的輪軌接觸問題，如輪軌接觸、輪輪接觸、槽型軌接觸以及車輪踏面和鋼軌軌面磨耗后的接觸等，并通過三維模型仿真驗證了算法的有效

2、性和準確性。在此基礎上做了如下工作:
　　(1)由輪軌接觸點算法直接計算出的接觸點為剛性接觸點，在不同輪對橫移量下的分布波動較大。輪軌準彈性接觸考慮整個輪軌交界處接觸斑的彈性變形，根據(jù)彈性接觸力學理論，得到平滑、均勻、連續(xù)的輪軌接觸點分布，更好地滿足輪軌接觸條件和實際車輪踏面磨耗特征。同時討論了三種常用的等效錐度計算方法:簡化法、諧波法和UIC519方法，針對普遍用于高速動車組的4種典型車輪踏面計算其等效錐度。通過對比3種算法的優(yōu)

3、越性可看出對于標準車輪踏面，諧波法和UIC519方法能更準確地計算等效錐度，并通過與商業(yè)軟件對比驗證計算結(jié)果的準確性;對于磨耗后的車輪踏面，UIC519方法能更好地計算其等效錐度。
　　(2)為了分析鐵道車輛車輪與軌道的接觸問題，運用Hertz和非Hertz接觸理論，針對不同類型車輪踏面和鋼軌軌面分別分析了不同輪對橫移量下的接觸斑和接觸應力。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，能較好地計算不同類型車

4、輪踏面和鋼軌軌面接觸時的接觸斑和接觸應力分布。當非Hertz接觸斑接近橢圓時，Hertz接觸計算結(jié)果與非Hertz基本一致;當非Hertz接觸斑為非橢圓時，Hertz計算結(jié)果誤差較大。同時給出輪軌接觸關系數(shù)表和蠕滑率計算公式，仿真了自由輪對的蛇行運動。
　　(3)為了評價輪軌接觸幾何關系，給出車輪踏面接觸帶寬和接觸帶寬變化率指標的計算方法，應用于車輪踏面鏇修質(zhì)量評估以及磨耗后的輪軌接觸狀態(tài)評估和磨耗狀態(tài)變化規(guī)律分析。分別針對一個鏇

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

6、橫移量下的輪徑差信息的基礎上，結(jié)合參考的車輪踏面外形，建立車輪踏面反向設計的最優(yōu)化模型，并通過了S1002CN和LMA型車輪踏面反向設計驗證。驗證結(jié)果表明在不同的優(yōu)化參數(shù)下得到的不同車輪踏面外形，均滿足初始接觸點位置和輪徑差的要求。分析設計出的車輪踏面和參考車輪踏面的外形誤差及其接觸點分布，得到最優(yōu)車輪踏面設計參數(shù)。在此基礎上，可任意修改輪徑差曲線和輪軌初始接觸點位置，得到修改后的車輪踏面外形，從而驗證車輪踏面反向設計方法的準確性和適應