[發(fā)明專利]一種高速鐵路鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

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• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111460705A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊光;劉豐收;侯茂銳;俞喆;張金;周韶博;胡曉依
• 申請（專利權(quán)）人: 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司金屬及化學(xué)研究所;北京中鐵科新材料技術(shù)有限公司;中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京瑞恒信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11382
• 代理人: 黃慶芳

一種高速鐵路鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括，步驟1：目標(biāo)型面參數(shù)分解；步驟2：建立鋼軌型面數(shù)據(jù)庫；步驟3：建立仿真分析模型；步驟4：計(jì)算分析；步驟5：安全性評估；步驟6：輪軌系統(tǒng)性能評估；步驟7：鋼軌打磨經(jīng)濟(jì)性評估和步驟8：最優(yōu)鋼軌型面擇選。本發(fā)明提出的一種高速鐵路鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)與高速動(dòng)車組多種車輪型面良好匹配和保證整條線路鋼軌廓形一致性為目標(biāo)，保障動(dòng)車組運(yùn)行品質(zhì)，兼顧鋼軌打磨作業(yè)經(jīng)濟(jì)性，系統(tǒng)性地提出一種高速鐵路鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速鐵路鋼軌技術(shù)領(lǐng)域，更具體講就是涉及一種高速鐵路鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

我國現(xiàn)役的高速鐵路動(dòng)車組裝配了LM_A、LM_B、LM_B-10、LM_C和LM_D五種型面車輪，輪軌型面匹配關(guān)系十分復(fù)雜，輪軌型面不良匹配影響動(dòng)車組運(yùn)行品質(zhì)及旅客乘車舒適性。同時(shí)，由于我國車輪型面種類較多且其對應(yīng)的動(dòng)車組車型及配套參數(shù)均不同，車輪型面的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作考慮因素繁多且不易實(shí)現(xiàn)與車輛參數(shù)的良好匹配。因此，需要從鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)工作入手，針對初始鋼軌型面，采用科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出新的鋼軌型面，實(shí)現(xiàn)與多種車輪型面的良好匹配，滿足高速動(dòng)車組安全平穩(wěn)運(yùn)行要求，保障動(dòng)車組運(yùn)行品質(zhì)及旅客乘車舒適性。

現(xiàn)有鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要有兩種：

現(xiàn)有技術(shù)方案1：以實(shí)現(xiàn)輪軌“共形”接觸為目標(biāo)，采用接觸角曲線反求法、RRD曲線反求法和最小間隙法等方法優(yōu)化設(shè)計(jì)鋼軌型面，可明顯降低輪軌接觸應(yīng)力。該方法主要用于輪軌接觸關(guān)系理論研究，基于其方法提出的鋼軌型面未被鐵路工務(wù)部門廣泛使用。

以實(shí)現(xiàn)輪軌“共形”接觸為目標(biāo)的鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對動(dòng)車組運(yùn)行品質(zhì)和現(xiàn)場鋼軌養(yǎng)護(hù)維修經(jīng)濟(jì)性考慮不充分，按照此類方法設(shè)計(jì)出的鋼軌新型面難以實(shí)現(xiàn)與多種車輪型面良好匹配，同時(shí)，會(huì)顯著增加鋼軌打磨作業(yè)成本。

現(xiàn)有技術(shù)方案2：采用個(gè)性化鋼軌廓形設(shè)計(jì)方法指導(dǎo)現(xiàn)場鋼軌打磨，即針對不同曲線線路特點(diǎn)，通過輪軌動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算，以最小打磨量為原則設(shè)計(jì)不同鋼軌打磨目標(biāo)廓形。該方法主要用于指導(dǎo)我國普速客運(yùn)鐵路鋼軌打磨作業(yè)。

個(gè)性化鋼軌廓形設(shè)計(jì)方法未評估存在連續(xù)曲線線路不同鋼軌廓形的差異對列車運(yùn)行性能的影響，還增加了現(xiàn)場鋼軌打磨難度和打磨工作量，打磨作業(yè)成本高。同時(shí)，由于動(dòng)車組高速運(yùn)行時(shí)的輪軌系統(tǒng)動(dòng)力性能對于鋼軌型面變化極為敏感，不同曲線區(qū)段鋼軌廓形個(gè)性化設(shè)計(jì)不利于保持整條線路鋼軌型面一致性，不利于保障高速動(dòng)車組運(yùn)行品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種高速鐵路鋼軌型面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括，

步驟1：目標(biāo)型面參數(shù)分解；步驟2：建立鋼軌型面數(shù)據(jù)庫；步驟3：建立仿真分析模型；步驟4：計(jì)算分析；步驟5：安全性評估；步驟6：輪軌系統(tǒng)性能評估；步驟7：鋼軌打磨經(jīng)濟(jì)性評估和步驟8：最優(yōu)鋼軌型面擇選。

其中，步驟1：目標(biāo)型面參數(shù)分解主要從鋼軌型面幾何參數(shù)和鋼軌服役條件兩方面對待優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)型面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析歸納：

鋼軌型面幾何參數(shù)，

依據(jù)線路鋼軌型面測試數(shù)據(jù)、光帶分布情況，基于輪軌接觸理論，定性分析明確輪軌主要接觸部位，確定鋼軌型面幾何關(guān)鍵區(qū)域及其圓弧半徑。

鋼軌服役條件，

包括線路參數(shù)、車輛參數(shù)及車輪型面等，其中，線路參數(shù)為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)所屬高速鐵路的曲線、道岔、坡道、軌道幾何平順性等參數(shù)，車輛參數(shù)和車輪型面包括服役于該線路的所有類型高速動(dòng)車組車輛參數(shù)和車輪型面。