[發明專利]一種低磨耗的高速列車車輪型面優化設計方法

有效

• 申請號: 201410288791.2
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104036089B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 林鳳濤;董孝卿
• 申請（專利權）人: 華東交通大學;中國鐵道科學研究院機車車輛研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所36122
• 代理人: 姚伯川

1.一種低磨耗的高速列車車輪型面優化設計方法，其特征在于，所述方法將高速列車車輪型面曲線等弧長分割，取得N個離散坐標點作為型值點，重構車輪型面曲線；以N個型值頂點的縱坐標為設計變量，以降低車輪磨耗功的線路均值和輪軌橫向力為目標函數，以車輪磨耗車輪型面統計量、型面曲線的凹凸性及連續性為幾何約束條件，建立高速列車車輪型面多目標優化模型，并采用PSO粒子群智能仿生算法對優化模型進行多目標尋優計算。?

2.根據權利要求1所述的一種低磨耗的高速列車車輪型面優化設計方法，其特征在于，所述目標函數包括降低車輪磨耗目標函數和最大輪軌橫向力目標函數；?

所述降低車輪磨耗目標函數的表達式為；?

式中，W_L(t)、W_R(t)分別為一位輪對的左、右車輪的磨耗功，s為整個仿真的運營線路長度；T_xL、T_yL為左側車輪縱、橫向蠕滑力；T_xR、T_yR為右側車輪縱、橫向蠕滑力；V_xL、V_yL為左側車輪縱、橫向蠕滑率；V_xR為；V_yR為右側車輪縱、橫向蠕滑率；A為輪軌接觸斑面積；μ為輪軌摩擦系數；?

所述最大輪軌橫向力目標函數的表達式為；?

f_min(y_i)＝max{|Q_L|,|Q_R|}?

式中，式中為一位輪對的左右車輪的輪軌橫向力，并通過低通濾波處理。?

3.根據權利要求1所述的一種低磨耗的高速列車車輪型面優化設計方法，其特征在于，所述幾何約束條件包括車輪幾何約束條件、最大輪軌接觸應力約束條件和脫軌系數約束條件；?

所述最大輪軌接觸應力約束條件為；?

(P_{wheel_opti,max}|_rms-P_wheel,max|_rms)≤0?

式中，P_wheel,max為使用原來車輪型面的輪軌最大接觸應力，并對其取均方根值；P_{wheel-opti,max}為采用優化車輪型面的輪軌最大接觸應力；?

所述脫軌系數約束條件為；?

f_{d,wheel_opti}|_max-f_d,wheel|_max≤0?

式中，Q,P為輪軌橫向力和垂向力；α₁為輪緣角；f_d為脫軌系數；f_{d,wheel_opti}|_max和f_d,CN|_max為優化型面和原來標準車輪型面的最大脫軌系數；μ₁為輪軌摩擦系數。?

4.根據權利要求3所述的一種低磨耗的高速列車車輪型面優化設計方法，其特征在于，所述車輪幾何約束條件包括型值點的縱坐標范圍約束條件，車輪緣頂到踏面曲線的單調非遞減約束條件和車輪型面凹凸性約束條件；?

所述型值點的縱坐標范圍約束條件為，選取某動車組運營20萬公里的8個車輪磨耗統計型面和其標準車輪型面作為設計變量的上下邊界條件：?

C_down(y_i)≤y_i≤C_up?i∈(1,2,K,20)?

式中，C_down(y_i),C_up分別為磨耗統計型面和其標準車輪型面的邊界條件；?

所述車輪緣頂到踏面曲線的單調非遞減約束條件為，設優化車輪型面曲線擬合函數為g(y_i)，則車輪輪緣頂到踏面部分的曲線有：?

f[g′(y_i)]≥0?i∈(5,...,20)?

所述車輪型面凹凸性約束條件為，基于車輪型面統計分析，設定型面包括兩種凹凸變化情況，即凹-凸變化和凹-凸-凹變化形式；?

凹-凸-凹變化約束條件為，

凹-凸變化點范圍約束條件為，