铁道车辆车轮踏面反向优化设计方法

铁道车辆车轮踏面反向优化设计方法

侯鹏王超

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000

摘要：因为踏面外形的类型还有轮径差的变化以及接触点的分布特征，期都是有很多种的。随意，本文将针对于此，设计一种标准的踏面反向优化设计方法。此方法是由给定轮轨初始接触点的位置还有轮对在不同横移量下的轮径差的信息。通过结合踏面外形，进而建立踏面反向设计的最优化模型。最后通过S1002cn和lm八踏面反向设计验证结果。结果中显示出，参数得到的优化不同，其设计的踏面外形也不同，但是全部都满足刚开始的接触点位置和轮径差的需求，通过分析不同轮对横移量下的轮轨接触点的分布不同，进而再设计出踏面和参考踏面外形的误差还有其接触点的位置，通过已知的最优踏面参数，再来设计s1002cn踏面外形最大误差。二十了毫米，设计的lm八踏面外形最大误差。最优踏面的优化参数在两毫米下，能够随意更改轮径差曲线和初始接触点的位置。从而可得改后的车轮踏面外形。最后就能够很好的验证踏面反向设计方法的现实意义。同时，还能够为新的踏面设计提供有效的参考价值。

关键词：经济发展；显示差异；踏面设计；径差曲线；分析与研究；参考

车辆能够运行还有导向是通过轮轨豁着产生的牵引力还有制动力来完成的。铁道的车辆之所以能够正常运行，承担此项任务的是与钢轨接触的车轮踏面。一个优良的踏面外形，对于铁道来说，能够很好的使车辆具有很好的运行性能，使车辆更加具有安全性，平稳性。由多段不同的半径的圆弧曲线和直线线段组成门，是通过标准车轮踏面和轨道型面构成的。在车轮踏面和轨面相接触的时候的约束下，不同横移量对轮的轮径差、接触角在一直变化。复杂的动态接触关系。所以关于轮轨接触几何参数中得到的与踏面和轨面外形相关的表达解析式是很困难的。针对于此，本文提出了一种比较优化的踏面反向设计方法。主要内容就是，把轮径差作为目标，进而建立一个以踏面外形误差最小化目标的最优化模型。把已知的初始踏面为基础，进而给定轮轨初始接触点位置，计算方法采用的是循环迭代法。最后得到最好的踏面反向设计参数和初始踏面一样的踏面外形。但是这种方法不一样的是，这个计算方式不仅满足了轮径差，还有能够根据需要进行设计踏面外形和轮轨初始接触点位置。

一、轮轨几何接触特征分析

是轮轨接触的几何非线性。为了准确得到标准踏面轮轨几何接触的特征，以标准51002CN和LMA踏面为例，分析其轮径差、接触角以及接触点分布的特征，为车轮踏面反向设计的假设条件提供依据。轮轨初始接触点位置对轮轨接触来说非常重要，踏面上的初始接触点决定踏面磨耗集中的区域；轨面上的初始接触点决定轨面接触光带集中的区域。在刚性轮轨接触下踏面和轨面上会出现间断接触的区域，这是由于标准踏面和轨面都是由多段直线段和曲线段组成，轮对在横移过程中踏面上的直线段或曲线段不能完全与轨面相接触。中接触线上方的数字为轮对横移量，轮对左移为负，右移为正，单步横移量为0.O1mm。v为轮对横移量。，只有轨面斜率、轮径差和踏面接触点横坐标具有单调性。因此本文中提出的踏面反向设计方法可以基于以下基本假设条件：轨面上各点的斜率须具有一定的单调性，左侧轨面上的点斜率依次单调递减，右侧轨面上的点斜率依次单调递增；（2）给定的轮径差须随着轮对的横移量依次单调递增；（3）在不同轮对横移量下设计出的踏面接触点坐标也具有一定的单调性；（4）轮对在轨面上横移时不考虑轮对的侧滚。轮轨初始接触点位置对轮轨接触来说非常重要，踏面上的初始接触点决定踏面磨耗集中的区域；轨面上的初始接触点决定轨面接触光带集中的区域。在给定的轮轨初始接触点和以上4条基本假设条件即可进行踏面反向设计。

二、踏面反向设计原理

因为踏面的外形的部分区段没有与轨面相接触。在用轮径差设计踏面反向时，没有接触的那部分没法进行设计。所以前提是参考踏面结合再去组成相对完整的车轮踏面外形。反向设计出的踏面由参考踏面、设计踏面和二者之间的过渡段组成。在不同设计参数下过渡段的位置不固定，需要根据设计踏面的大小进行调整。

三、标准踏面反向设计

为了验证踏面反向设计方法的可行性，针对51002CN踏面，给定轮径差如51002CN曲线，初始接触点位置在相对轨面中心一10.2mm处。不同参数牙下可得到不同的踏面外形，但均与标准踏面存在一定的误差。设计误差为标准踏面与设计踏面垂向坐标之差，设计的踏面坐标点在标准踏面之下为正，反之为负。在}=0.9988时，设计误差最小，小于0.26mmo不同参数牙得到的轮径差和等效锥度与标准踏面轮径差基本一致，但接触角有所差别。这是由于踏面的接触角由接触点所在的位置决定的，不同的参数牙得到的轮轨接触点分布有所差异，。此外，不同参数牙设计的踏面的初始接触点位置与给定的初始接触点位置一致。

四、给定轮径差下的踏面反向设计

为了验证踏面反向设计方法对任意修改后的轮径差的适应性，在标准51002CN踏面轮径差的基础上进行了局部修改。标准轮径差与修改后轮径差。在参数}=0.9988时，设计出的踏面与标准踏面对比修改后的轮径差与设计的轮径差基本一致。修改后的轮径差对踏面外形的影响体现在轮缘根部。设计的踏面与标准51002CN踏面在轮对横移量为3mm处均为0.16。为了满足轮径差的要求，在轮缘根部设计出的部分踏面外形偏向标准踏面的轮缘内侧，因此轮轨间隙有所增大，这从设计踏面的等效锥度变化曲线中也可看出。新设计的踏面接触点分布较标准踏面均匀。在给定的修改后轮径差的基础上，改变轮轨初始接触点位置，由原始的一10.2mm变为一5mm，得到的轮轨接触关系。由此可看出，在相同的轮径差曲线下，对于不同的轮轨初始接触点位置本文中给出的踏面反向设计方法同样适用。

五、结束语

根据上文的分析与研究可知。第一，根据不同类型的标准车轮踏面，在上文中提出了一种优化的他们反向设计方法，这种方法能够适应轮径差不同和轮轨初始接触点下车轮踏面的反向设计。第二，首先是必须满足给定轮径差和轮轨初始接触点位置，进而给出一个比较合适的踏面设计外形。不同踏面外形的不同对横移量下的接触点分布很合适。不同轮对横移量下的轮径差在踏面下是不改变的。针对于此，就不会改变踏面原有的等效锥度。第三，此文章说设计的踏面反向方法，前提是满足一下四个假设基础条件之上。受一定的范围所限制。对于具有凹形磨耗的磨耗后踏面，由于其与轨面接触时的接触点处的斜率不一定具有单调性，本方法对该类型踏面的反向设计可能会不适用，这也为下一步踏面反向优化设计提供研究目标。第四，以标准他们外形和轮径差为出发点，能够随便改正轮径差曲线和轮轨初始接触点的位置，最后得到需要的他们外形。这能够给新的踏面设计所提供借鉴。

参考文献：

[1]钟晓波，沈钢.高速列车车轮踏面外形优化设计[J].同济大学学报（自然科学版），2011（05）

[2]干锋，戴焕云，池茂儒，高浩.铁道车辆车轮踏面反向优化设计方法[J].铁道学报，2015，（09）