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(guó)重載貨車運(yùn)輸量的逐年增大，提高鐵路列車的運(yùn)行速度和軸重成為發(fā)展鐵路運(yùn)輸?shù)挠行Х绞?，也是我?guó)鐵路貨運(yùn)的發(fā)展方向。但是，這會(huì)加劇輪軌間的相互作用，導(dǎo)致車輛及軌道設(shè)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(guó)發(fā)展重載運(yùn)輸急需解決的問(wèn)題。輪軌接觸幾何關(guān)系是輪軌動(dòng)力學(xué)及輪軌型面研究的基礎(chǔ)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(yīng)力、降低輪軌磨耗速率以及延長(zhǎng)車輪與鋼軌的使用壽命。為了獲得良好的動(dòng)力學(xué)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(hào)的鋼軌，與LM磨耗型踏面配合必然會(huì)產(chǎn)生不同的靜態(tài)接觸性能和動(dòng)力學(xué)性能，為了比較LM磨耗型踏面與兩種鋼軌的各項(xiàng)性能，分別建立了輪軌靜態(tài)接觸模型和車輛動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)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(xué)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(guò)性能，車輪在高、低軌側(cè)都具有更低的裂紋損傷值和磨耗損傷值。因此，應(yīng)該針對(duì)75 kg/m鋼軌優(yōu)化出與其更加匹配的重載車輪型面。
　　滾動(dòng)圓半徑差是車輛動(dòng)力學(xué)性能緊密相關(guān)的主要參數(shù)之一，決定著輪對(duì)的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)輪軌接觸幾何關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)，得出了輪軌接觸點(diǎn)軌頭偏移量函數(shù)、滾動(dòng)圓半徑差以及輪軌型面間的函數(shù)關(guān)系，設(shè)計(jì)出根據(jù)滾動(dòng)圓半徑差逆向求解車輪型面的方法。優(yōu)化中選取滾動(dòng)圓半徑差為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，調(diào)整輪軌接觸點(diǎn)軌頭偏移

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