基于改善輪軌接觸狀態(tài)的重載車輪型面優(yōu)化.pdf

1、隨著我國重載貨車運輸量的逐年增大，提高鐵路列車的運行速度和軸重成為發(fā)展鐵路運輸?shù)挠行Х绞?，也是我國鐵路貨運的發(fā)展方向。但是，這會加劇輪軌間的相互作用，導致車輛及軌道設備損壞增多、行車安全性降低以及輪軌間磨耗加劇等，這是我國發(fā)展重載運輸急需解決的問題。輪軌接觸幾何關系是輪軌動力學及輪軌型面研究的基礎之一，良好的鋼軌型面與車輪踏面匹配，能夠有效減少接觸應力、降低輪軌磨耗速率以及延長車輪與鋼軌的使用壽命。為了獲得良好的動力學性能，改善輪軌接觸

2、狀態(tài)和輪軌作用力，有必要根據(jù)現(xiàn)有線路優(yōu)化出更優(yōu)的重載車輪型面。
　　目前，重載線路主要采用60 kg/m和75 kg/m兩種型號的鋼軌，與LM磨耗型踏面配合必然會產生不同的靜態(tài)接觸性能和動力學性能，為了比較LM磨耗型踏面與兩種鋼軌的各項性能，分別建立了輪軌靜態(tài)接觸模型和車輛動力學模型。結果表明:LM磨耗型踏面與60 kg/m鋼軌配合有更好的靜態(tài)接觸幾何特性與靜態(tài)接觸力學性能，在不同曲線工況下，LM磨耗型踏面與60 kg/m鋼軌配合

3、擁有更好的曲線通過性能，車輪在高、低軌側都具有更低的裂紋損傷值和磨耗損傷值。因此，應該針對75 kg/m鋼軌優(yōu)化出與其更加匹配的重載車輪型面。
　　滾動圓半徑差是車輛動力學性能緊密相關的主要參數(shù)之一，決定著輪對的動態(tài)性能。對輪軌接觸幾何關系進行了詳細的推導，得出了輪軌接觸點軌頭偏移量函數(shù)、滾動圓半徑差以及輪軌型面間的函數(shù)關系，設計出根據(jù)滾動圓半徑差逆向求解車輪型面的方法。優(yōu)化中選取滾動圓半徑差為優(yōu)化目標函數(shù)，調整輪軌接觸點軌頭偏移

4、量函數(shù)來保證目標滾動圓半徑差函數(shù)，用直接求解約束優(yōu)化問題的算法-復合形法作為尋優(yōu)計算方法，以改善輪軌接觸狀態(tài)為優(yōu)化目標，使得新設計的車輪型面與給定的鋼軌外形配合得到目標滾動圓半徑差曲線，并編制了相應的Matlab程序。
　　對75 kg/m鋼軌進行逆向求解，求解出滿足目標滾動圓半徑差函數(shù)的重載車輪型面。優(yōu)化結果表明:優(yōu)化后的車輪型面能夠顯著改善輪軌接觸點的分布，使分布更加合理，降低輪軌接觸應力，提高了輪軌靜態(tài)接觸性能與曲線通過性能