• 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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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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