[發明專利]一種基于輪徑差曲線的鐵道車輛車輪踏面外形設計方法

有效

• 申請號: 201010197272.7
• 申請日: 2010-06-10
• 公開（公告）號: CN102279897A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 沈鋼;鐘曉波
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

1.一種基于輪徑差曲線的鐵道車輛車輪踏面外形設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)首先給定鋼軌外形、軌底坡、鋼軌頂面的接觸點區域及其待優化的輪踏面外形，根據輪軌幾何匹配計算，求出左右輪徑差相對于不同輪對橫移量的曲線，即輪徑差曲線；

2)根據車輛的動力學性能要求通過三點一斜度法將輪徑差曲線優化，直到滿足車輛直線運行穩定性和曲線通過性能為止，將優化后的輪徑差曲線作為設計目標函數；

3)將優化后的輪徑差曲線反推踏面外形，得到與鋼軌相接處部分的外形；

4)通過拼接原踏面外形得到整個外形，調整輪緣厚度、輪緣高度、輪緣角度；

5)再對設計好的踏面外形進行輪軌幾何匹配計算，求出實際的輪徑差曲線，并與設計目標曲線進行比較，計算相對誤差，判斷該誤差是否超過設定值，若為是，執行步驟6)，若為否，得到最終的車輪踏面外形；

6)調整迭代計算參數，并返回步驟4)。

2.根據權利要求1所述的一種基于輪徑差曲線的鐵道車輛車輪踏面外形設計方法，其特征在于，所述的三點一斜度法為：

在曲線上選取三個控制點，在兩點之間進行埃爾米特插值；第三個控制點為不動點，其后的一段函數曲線不作調整，并采用原始輪徑差，調整第一個控制點，將其橫坐標固定，通過調整其縱坐標來改變等效斜率，以滿足的直線穩定性或直線對中性；調整第二個控制點，優化列車的曲線通過性能，減少輪緣磨耗。

3.根據權利要求1所述的一種基于輪徑差曲線的鐵道車輛車輪踏面外形設計方法，其特征在于，所述的將優化后的輪徑差曲線反推踏面外形包括以下步驟：

定義優化后的輪徑差曲線ΔR(Ys)，Ys為輪對相對于軌道的橫移量，欲求的踏面曲線為Zw(Yw)，給定的鋼軌曲線為Zr(Yr)，gw(Yw)和gr(Yr)分別為輪和軌外形的梯度，d(Ys)為接觸點在鋼軌頭部的偏移量；

給定ΔR(Ys)、Zr(Yr)和d(Ys)，求Zw(Yw)；

首先假定：

a)左右輪軌幾何外形對稱；

b)輪徑差曲線為單調變化；

c)鋼軌上的接觸點偏移單向，即d(Ys)≥0，當Ys≥0；d(Ys)＜0，當Ys＜0；

d)輪軌剛性，接觸為單點接觸；

當Ys＝a時，輪徑差為ΔR(a)，右輪與右軌的接觸點為Aw(Ywa，Zwa)，左輪與左軌的接觸點為Bw(Ywb，Zwb)，對應的踏面梯度為gw(Ywa)和gw(Ywb)，這時輪對的側滾角為φa，右軌與右軌的接觸點為Ar(Yra，Zra)，左軌與左軌的接觸點為Br(Yrb，Zrb)，對應的鋼軌外形梯度為gr(Yra)和gr(Yrb)，設踏面與鋼軌外形的原點為輪對橫移量Ys＝0時的接觸點，也是名義滾動圓的圓心處，則它們之間存在如下關系：

Z_wa-Z_wb＝ΔR(a)?????????????????????????????????????????(1)

Y_wacos(φ_a)-Z_wasin(φ_a)+r₀+sin(φ_a)-b(1-cos(φ_a))＝-a+δ(a)(2)

Y_wbcos(φ_a)-Z_wbsin(φ_a)+r₀+sin(φ_a)-b(1-cos(φ_a))＝a+δ(-a)(3)

g_w(Y_wa)+φ_a＝g_r(Y_ra)????????????????????????????????????(4)

g_w(Y_wb)-φ_a＝g_r(Y_rb)????????????????????????????????????(5)

Z_wacos(φ_a)+Y_wasin(φ_a)+bsin(φ_a)+r₀(1-cos(φ_a))＝Z_ra???(6)

Z_wbcos(φ_a)+Y_wbsin(φ_a)+bsin(φ_a)+r₀(1-cos(φ_a))＝Z_rb???(7)

φa=atan(Zrb-Zra2b)---(8)]]>

這里b為左右滾動園間距之半，r0為名義滾動園半徑；

令Ys＝0時，Aw、Bw、Ar、Br重合于一點，且該點的gw(0)＝gr(0)＝ΔR′(0)，φa＝0，d(0)＝0；

當Ys有微小增量a時，假定踏面和鋼軌線形的梯度為常數，可以根據公式(1)～(8)求出踏面接觸點的微增量，依次類推，構成一迭代方程組，求出在指定橫移量變化范圍內的踏面接觸點的離散坐標值。