道岔平面線型動力分析及其設計方法研究.pdf

1、道岔設計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，針對各種號碼及不同應用范圍的道岔，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)合國內(nèi)外現(xiàn)有理論的基礎上，對道岔平面線型的選型評估及設計方法做了相關(guān)研究，主要內(nèi)容分為以下幾個方面:
　　1.針對不同道岔平面線型輪軌接觸幾何關(guān)系計算方法的建立
　　基于普通線路典型的輪軌接觸幾何關(guān)系計算方法，將其應用于道岔區(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算斷面，然后采用跡線法將車輪上接觸點的存在范圍從踏面整個曲面縮小到一條空間曲線上，進而可通過最小距離法在所得鋼軌計算斷面和車輪跡線間精確搜索輪軌接觸點位置，計算相關(guān)接觸參數(shù)。以上述方法為基礎，編制道岔區(qū)輪軌接觸幾何關(guān)系計算子程序，不僅可用于評價道岔平面線型類型對輪軌關(guān)系的影響，又可作為動力學計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

3、力耦合模型的建立及求解
　　以車輛動力學和道岔動力學理論為基礎，建立車輛-道岔動力耦合模型，用于分析不同道岔平面線型對系統(tǒng)振動特性的影響，其中車輛子模型為由車體、兩個轉(zhuǎn)向架和四個輪對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、搖頭和點頭五個自由度，各輪對考慮沉浮、橫移、側(cè)滾和搖頭四個自由度，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其振動的影響，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)振動方程，并編制車輛-道岔動力耦合模型計算程序，從動力學角度指導道岔平面線型設計。
　　3.各種平面線型下車輛-道岔動力耦合模型振動特性分析
　　將道岔按號碼大小進行分類，通過改變平面線型參數(shù)及類型分別為其設立工況，利用車輛-道岔動力耦合模型計算程序?qū)Ρ确治龈鞴r振動特性，并研究列車過岔速度改變對系統(tǒng)動力響應的影響。由結(jié)

5、果可知，小號碼道岔選用單圓型和復圓型平面線型以及大號碼道岔選用圓緩型和緩圓緩型線型時，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)股曲線半徑或為小號碼道岔選用復圓曲線線型及大號碼道岔選用緩圓緩曲線線型，將提高道岔的行車性能及對列車提速過岔的適應性，但應綜合結(jié)構(gòu)尺寸、設計及使用條件等因素確定具體線型。
　　4.尖軌切削方式對轉(zhuǎn)轍器部位系統(tǒng)動力響應及鋼軌磨耗性能的影響研究
　　利用車輛-道

6、岔空間耦合振動模型及愛因斯磨耗指數(shù)計算方法，分別對不同號碼道岔尖軌采用多種切削方式時的系統(tǒng)振動及鋼軌磨耗進行對比分析，并研究列車過岔速度及線型參數(shù)改變對磨耗指數(shù)的影響。由結(jié)果可知，小號碼道岔尖軌選用半切線型和半割線型切削方式時，車輛運行狀態(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，此時相離半切線型切削方式對應各方面性能雖有所降低，但由于其顯著提高了尖軌粗壯度，也可作為小號碼道岔尖軌主要切削類型之一;大號碼道

7、岔尖軌切削方式中半切線型尖軌可在行車性能達到最優(yōu)時所得鋼軌磨耗指數(shù)較小，適用性最強。
　　5.適用于多種道岔平面線型計算方法的建立
　　建立了適用于多種道岔平面線型計算的平面參數(shù)法，推導了單圓型、復圓型、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)的計算過程，并對其進行基本的結(jié)構(gòu)尺寸及運動學評價，同時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計打下了基礎。
　　6.道岔平面線型計算及繪圖軟件的開發(fā)與驗證
　　基于平面參數(shù)法開發(fā)了道岔平面線型計算及繪圖軟件，本軟件由計算模塊和繪圖模塊兩部分組成，通過設定原始參數(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)的多種設計的組合，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。利用本軟件針對低速小號碼道