[發明專利]一種基于輪軌接觸應力的道岔鋼軌外形設計方法

有效

• 申請號: 201810330200.1
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108647394B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 王軍平;趙向東;馬德禮;單連琨
• 申請（專利權）人: 中鐵物總運維科技有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;E01B5/02;E01B7/00;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種基于輪軌接觸應力的道岔鋼軌外形設計方法，其特征在于：通過下述步驟實現：

步驟1：給定原始的道岔鋼軌外形和對應的踏面外形，求得不同橫移量處輪軌間接觸應力曲線；

步驟2：根據步驟1設定各橫移量處根據步驟1中計算得到的接觸應力曲線中應力最大值P_max，設定預期最大接觸應力；預期最大接觸應力為：

P_exp＝P_max-k_p(P_max-P_ave)(0≤k_p≤1)

其中，P_ave為P_max處輪軌實際接觸區域上的平均接觸應力，k_p為調整系數；

步驟3：根據步驟2中得到各橫移量下輪軌預期輪軌接觸應力P_exp，在對應橫移量處的接觸應力曲線中插值得到優化區間橫坐標；

步驟4：根據步驟2中得到各橫移量下輪軌預期輪軌接觸應力P_exp，確定各橫移量處鋼軌型面接觸點處的優化半徑；

步驟5：根據步驟4中得到的期望的曲率半徑反推優化區間內的道岔鋼軌優化型面；道岔鋼軌優化型面具體通過下式實現：

y_i+1＝y_i+Rr_i×(-sin(θ_i)+sin(θ_i+l_i/Rr_i))

z_i+1＝z_i+Rr_i×(cos(θ_i)-cos(θ_i+l_i/Rr_i))

式中，(y_i,z_i)和(y_i+1,z_i+1)分別為鋼軌型面上第i和i+1個點的y和z方向上的坐標位置，y方向為橫向，z方向為豎向；Rr_i為第i個點的曲率半徑；θ_i為第i個點在半徑為Rr_i的圓弧上的角度；l_i為第i和i+1個點之間的位移；

步驟6：將步驟3中得到的優化區間內采用步驟4中得到的優化型面，結合優化區間外采用原始的道岔鋼軌型面，將二者進行拼接，得到初步優化后的道岔鋼軌廓形；

步驟7：采用步驟6得到的初步優化后的道岔鋼軌廓形與步驟1中給定的車輪踏面外形和相關接觸參數，得到輪對各橫移量處輪軌間最大接觸應力曲線，并分別對各橫移量處輪軌間最大接觸應力曲線與步驟1中得到的原始接觸應力曲線進行比較；若當前橫移量處優化后接觸應力大于步驟1中的接觸應力曲線對應值，或小于原始曲線對應值，但大于收斂容差，則調整該橫移量處預期輪軌的最大接觸應力以及優化區間，再執行步驟4～7；否則進行下一橫移量處輪軌間最大接觸應力曲線與步驟1中得到的原始接觸應力曲線進行比較；直至實際設計最大接觸應力小于原始最大值，并且小于收斂容差，輸出優化后的道岔鋼軌型面。