• ISSN 0258-2724
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基于改善轮轨共形度的60 kg/m钢轨廓形优化

王璞 王树国 赵振华 司道林

王璞, 王树国, 赵振华, 司道林. 基于改善轮轨共形度的60 kg/m钢轨廓形优化[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(6): 1233-1238. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210752
引用本文: 王璞, 王树国, 赵振华, 司道林. 基于改善轮轨共形度的60 kg/m钢轨廓形优化[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(6): 1233-1238. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210752
WANG Pu, WANG Shuguo, ZHAO Zhenhua, SI Daolin. Optimization of 60 kg/m Rail Profile Based on Improving Wheel-Rail Conformal Degree[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(6): 1233-1238. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210752
Citation: WANG Pu, WANG Shuguo, ZHAO Zhenhua, SI Daolin. Optimization of 60 kg/m Rail Profile Based on Improving Wheel-Rail Conformal Degree[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(6): 1233-1238. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210752

基于改善轮轨共形度的60 kg/m钢轨廓形优化

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210752
基金项目: 国家自然科学基金(51808557,51878661);中国铁道科学研究院集团有限公司院基金课题(2020YJ118)
详细信息
    作者简介:

    王璞(1988—),男,副研究员,博士,研究方向为轨道工程,E-mail:wpwp2012@yeah.net

    通讯作者:

    王树国(1974—),男,研究员,博士,研究方向为轨道工程,E-mail:zzddxx4473@sina.com

  • 中图分类号: U213.2

Optimization of 60 kg/m Rail Profile Based on Improving Wheel-Rail Conformal Degree

  • 摘要:

    重载铁路及客货共线铁路运营条件下,轮轨磨耗问题尤为突出. 为了有效减缓轮轨磨耗发展,以不同接触条件下轮轨廓形共形度最优为原则,设计目标函数及约束条件,建立钢轨廓形非线性优化数学模型,并基于序列二次规划法进行求解,提出60 kg/m钢轨廓形的优化方案;从轮轨接触几何关系、车辆-轨道系统动力作用、磨耗的角度对优化廓形的优化效果进行了对比分析. 结果表明:1) 所提出的60 kg/m钢轨优化廓形相对于原始廓形使目标函数值降低了50%,与LM车轮廓形具有更高的共形度水平;2) 优化廓形的轮轨接触点分布更为均匀,在轮对横移量较小的条件下轮径差更小,在轮对横移较大的条件下轮径差更大;3) 优化廓形对车辆运行安全性和平稳性无显著影响,可有效增大轮轨接触面积达11.24%,降低接触应力达20.42%,减缓轮轨磨耗发生发展速率.

     

  • 图 1  60 kg/m钢轨廓形参数化处理

    Figure 1.  Parameterization of 60 kg/m rail profile

    图 2  接触点轮轨间隙

    Figure 2.  Wheel-rail clearance around contact points

    图 3  60 kg/m钢轨优化廓形

    Figure 3.  Optimization of 60 kg/m rail profile

    图 4  接触点轮轨间隙变化

    Figure 4.  Variation of wheel-rail clearance around contact points

    图 5  轮轨接触位置分布

    Figure 5.  Distribution of wheel–rail contact positions

    图 6  轮径差曲线

    Figure 6.  Curves of rolling radius difference

    图 7  等效锥度曲线

    Figure 7.  Equivalent conicity curves

    图 8  车辆动力学模型

    Figure 8.  Vehicle dynamic model

    图 9  轮轨接触模型

    Figure 9.  Wheel-rail contact model

    图 10  轨道力学模型

    Figure 10.  Track mechanical model

    图 11  动力学指标时程曲线

    Figure 11.  Time history curves of dynamics indexes

    表  1  动力学计算结果

    Table  1.   Results of dynamics computation

    项目脱轨系数车体加速度/
    (m·s−2
    接触斑面积/mm2接触应
    力/MPa
    磨耗功率/kW
    原始
    廓形
    0.1410.67916919100.523
    优化
    廓形
    0.1420.67018815200.458
    偏差/%0.71−1.3311.24−20.42−12.43
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  • [1] 赵鑫,温泽峰,王衡禹,等. 中国轨道交通轮轨滚动接触疲劳研究进展[J]. 交通运输工程学报,2021,21(1): 1-35. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.001

    ZHAO Xin, WEN Zefeng, WANG Hengyu, et al. Research progress on wheel/rail rolling contact fatigue of rail transit in China[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2021, 21(1): 1-35. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.01.001
    [2] 钱瑶,王健,王平,等. 不同钢轨廓形下高速铁路轮轨型面匹配[J]. 西南交通大学学报,2017,52(2): 232-238. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.02.004

    QIAN Yao, WANG Jian, WANG Ping, et al. Wheel-rail profile matching for high speed railway with different rail profiles[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2017, 52(2): 232-238. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2017.02.004
    [3] 马超智,辛涛,高亮,等. 基于改进摩擦功模型的轮轨滚动接触磨耗研究[J]. 铁道学报,2019,41(12): 49-55. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2019.12.007

    MA Chaozhi, XIN Tao, GAO Liang, et al. Study on wear of wheel-rail rolling contact based on improved friction work model[J]. Journal of the China Railway Society, 2019, 41(12): 49-55. doi: 10.3969/j.issn.1001-8360.2019.12.007
    [4] 周清跃,刘丰收,俞喆,等. 我国铁路钢轨型面优化研究[J]. 中国铁路,2017(12): 7-12,34.

    ZHOU Qingyue, LIU Fengshou, YU Zhe, et al. Study on the optimization of rail profile in China[J]. China Railway, 2017(12): 7-12,34.
    [5] 刘丰收,杨光,成棣,等. 高速铁路60N廓形钢轨适应性研究[J]. 中国铁路,2021(1): 25-31.

    LIU Fengshou, YANG Guang, CHENG Di, et al. Study on the adaptability of 60N profile rail of high speed railway[J]. China Railway, 2021(1): 25-31.
    [6] 陈迪来,沈钢,毛鑫. 基于轮轨接触特征的转辙器区钢轨廓形设计[J]. 同济大学学报(自然科学版),2019,47(9): 1341-1349. doi: 10.11908/j.issn.0253-374x.2019.09.015

    CHEN Dilai, SHEN Gang, MAO Xin. Design of rail profile in switch area based on wheel/rail contact characteristics[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2019, 47(9): 1341-1349. doi: 10.11908/j.issn.0253-374x.2019.09.015
    [7] XU K, FENG Z, WU H, et al. Optimal profile design for rail grinding based on wheel-rail contact, stability, and wear development in high-speed electric multiple units[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F:Journal of Rail and Rapid Transit, 2020, 234(6): 666-677. doi: 10.1177/0954409719854576
    [8] 林凤涛,胡伟豪. 磨耗钢轨经济性打磨型面研究[J]. 铁道科学与工程学报,2020,17(10): 2493-2502.

    LIN Fengtao, HU Weihao. Study on the economical grinding surface of wear rail[J]. Journal of Railway Science and Engineering, 2020, 17(10): 2493-2502.
    [9] 胡伟豪. 客货混跑线路钢轨打磨廓形优化及磨耗预测[D]. 南昌: 华东交通大学, 2020.
    [10] 王璞. 重载铁路轮轨磨耗预测及钢轨型面优化研究[D]. 北京: 北京交通大学, 2017.
    [11] WANG P, GAO L, XIN T, et al. Study on the numerical optimization of rail profiles for heavy haul railways[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F:Journal of Rail and Rapid Transit, 2017, 231(6): 649-665. doi: 10.1177/0954409716635685
    [12] HERTZ H. Über die Berührung fester elastischer Körper[J]. Journal für die Reine und Angewandte Mathematik, 1882, 92: 156-171.
    [13] KALKER J J. A fast algorithm for the simplified theory of rolling contact[J]. Vehicle System Dynamics, 1982, 11(1): 1-13. doi: 10.1080/00423118208968684
    [14] 黄晓翠. 重载货车轮轨相互作用力影响研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2013.
    [15] 中国铁道科学研究院集团有限公司. 机车车辆动力学性能评定及试验鉴定规范: GB/T 5599—2019[S]. 北京: 中国标准出版社, 2019.
    [16] 翟婉明. 车辆-轨道耦合动力学[M]. 3版. 北京: 科学出版社, 2007.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-24
  • 修回日期:  2022-02-07
  • 网络出版日期:  2022-09-23
  • 刊出日期:  2022-03-05

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