[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

本發明公開一種基于輪軌接觸應力的道岔鋼軌外形設計方法，具體步驟為：設定原始的道岔鋼軌外形和對應的踏面外形，求得輪軌間接觸應力曲線。然后對接觸應力曲線進行區間劃分，選取某一峰值進行優化設計：先設定預期最大接觸應力，然后求出優化區間的寬度和優化的曲率半徑，然后根據曲率反推法反推出鋼軌外形。根據輪軌間接觸應力曲線的最大值，設定預期最大接觸應力，并得出預期優化曲率半徑和優化區間寬度，然后反推出鋼軌外形，拼接完成完整的道岔鋼軌外形。再進行輪軌接觸計算分析，得到優化后的接觸應力曲線和原始接觸應力曲線對比，如不符合要求則修改設計參數，重新計算直到滿足要求。本發明方法設計的鋼軌廓形穩定性好、磨耗少、安全性高。

技術領域

本發明涉及一種道岔鋼軌外形設計方法，具體來說，是一種基于輪軌接觸應力的道岔鋼軌外形設計方法。

背景技術

道岔是鐵路軌道結構中的一個重要組成部分，是引導機車車輛改變或跨越所在股道的主要設備，由于其應用數量多、結構形式復雜、行車安全性低、使用壽命較短、養護維修投入大，是軌道結構中最薄弱的結構之一。道岔在上道初期是完全滿足列車安全、平穩地運行的，隨著運行時間的延長，道岔在列車、溫度等荷載作用下逐漸發生變形及損傷累積，狀態不斷惡化、工作性能不斷降低，導致道岔尖軌出現疲勞裂紋、壓潰等。

道岔鋼軌外形與車輛動力學性能、鋼軌的疲勞磨損等密切相關，但道岔鋼軌外形的設計一直是鐵路行業長期遺留的難題。自鐵路誕生以來一直采用人工試湊法！即憑借專業經驗用直線和圓弧的曲線組合人工設計，再經輪軌幾何匹配分析和實際運用試驗。這樣的設計方法無法與車輛動力學性能和鋼軌的疲勞磨耗直接關聯起來，因此也無法滿足減小輪軌疲勞磨耗和接觸應力的特殊要求。這一問題隨著高速鐵路的迅速發展和城市地鐵大規模建設越顯突出，迫切需要一個能滿足減小道岔鋼軌接觸疲勞和磨耗，并且考慮不同車輪外形的科學化設計方法。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種穩定性好、磨耗少、安全性高的基于輪軌接觸應力的道岔鋼軌外形設計方法。

本發明基于輪軌接觸應力的道岔鋼軌外形設計方法，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。

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。

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。

本發明的優點在于：