[發明專利]一種變軌距轉向架車輪踏面廓形設計方法

有效

• 申請號: 201910823569.0
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110516393B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 干鋒;戴煥云;曾京;鄔平波;高浩;石懷龍
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

本發明公開了一種變軌距轉向架車輪踏面廓形設計方法。本發明采用多層優化循環設計方法，能夠設計出同時適用于不同軌距和不同軌底坡下的變軌距轉向架車輪踏面廓形。設計出的車輪踏面廓形，在保證初始等效錐度設計目標的同時，還能夠具有很好的輪軌幾何參數靈敏度和符合標準要求的車輛動力學性能。

技術領域

本申請涉及鐵路軌道技術領域，具體涉及一種變軌距轉向架車輪踏面廓形設計方法。

背景技術

不同國家之間的鐵路軌距存在較大差異，其中歐洲大部分國家、土耳其、伊朗以及中國為標準軌距1435mm；俄羅斯采用的是軌距為1520mm的寬軌；孟加拉國、巴基斯坦、印度等南亞國家多數采用1676mm的寬軌；東南亞地區的緬甸、越南等國則多數采用軌距為1000mm的窄軌。

為實現不同軌距軌道系統聯運，可以采取統一軌距、轉運、更換轉向架、鐵路駝背運輸車和變軌距轉向架等方案。變軌距轉向架方案，即輪對的內側距可以自行調整以適應不同軌距，完全避免了如轉運、更換轉向架等方案在車站花費大量換裝時間的問題，同時也不需要像鐵路駝背運輸車那樣需要借助其他運輸設備，車輛只需經過地面變軌設施即可自行完成輪對內側距調整，從而適應不同軌距。

國外在20世紀60年代～90年代已經進行了大量的變軌距轉向架應用研究。研發最早且最具代表性的是西班牙Talgo獨立旋轉車輪變軌距轉向架，兼容西班牙寬軌1668mm與法國準軌1435mm。德國繼西班牙之后于20世紀80年代研制出基于傳統整體輪對形式的DBAG/Rafil V型貨車變軌距轉向架，波蘭在20世紀90年代研制出基于傳統整體輪對形式的SUW2000型客車變軌距轉向架，俄羅斯研制了貨運罐車變軌距轉向架，用于兼容準軌1435mm和寬軌1520mm。日本于20世紀90年代研制出獨立旋轉車輪的E30型變軌距轉向架，用于兼容準軌1435mm和窄軌1067mm。

中國在2000年后開始變軌距轉向架技術相關研究，參考了西班牙Talgo變軌距轉向架方案，設計了一種最高運營速度160km/h的客車變軌距轉向架，用于準軌和寬軌間轉換。我國科技部2016年重點專項已進行260km/h以上變軌距轉向架技術研究和樣機研制，覆蓋多種軌距軌道系統。

日本通過滾振試驗研究了變軌距轉向架的臨界速度，左右側車輪獨立旋轉時車輛臨界速度達到450km/h以上，而兩側車輪耦合時車輛臨界速度僅為150km/h，在1435mm和1067mm兩種軌距條件下的結果基本相同。針對我國標準鋼軌廓形CHN60及其打磨廓形60D和60N，鋼軌廓形對輪軌接觸幾何關系、滾動接觸行為和車輛動力學性能有顯著影響，合理的輪軌型面匹配應從局部的輪軌接觸關系和宏觀的車輛動力學性能兩方面綜合評價。

針對我國主流的3種車輪踏面LM、LMA和S1002CN，軌距變化會帶來輪軌接觸關系和車輛運行安全性和平穩性的變化。LM和LMA踏面與標準鋼軌CHN60匹配的輪軌接觸關系和接觸應力分布表明，1/20軌底坡時LM踏面優于LMA踏面，因為LM踏面常接觸區近似錐形，對軌底坡適應性好，而LMA僅在1/40軌底坡情況下接觸關系良好。

沈鋼等研究根據輪徑差、接觸角和軌面外形為邊界條件和設計目標，對車輪踏面廓形進行反向設計。干鋒等給出一種根據輪軌初始接觸點、輪徑差和軌面外形的車輪踏面反向優化設計方法，并應用于低速踏面LM和高速踏面S1002CN的車輪踏面廓形設計中。目前，上述踏面反向設計方法僅針對一種軌距軌道系統展開，若針對兩種軌距系統必須考慮踏面在兩種軌距軌道系統的兼容性，需要設定更復雜的邊界條件，得出的踏面廓形與原始廓形有一定的差異。可以采用優化算法設計適應兩種軌距以上軌道系統的車輪踏面。

因此現有研究并未掌握不同軌距軌道系統的輪軌接觸關系特征，缺乏適應不同軌距軌道系統的車輪踏面設計方法或輪軌接觸關系目標。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的一種變軌距轉向架車輪踏面廓形設計方法解決了缺乏適應不同軌距軌道系統的車輪踏面設計方法的問題。