[发明专利]一种描述铁路轮轨空间动态接触状态的方法

说明书

技术领域

本发明涉及交通运输、计算机数字模拟、动态数值仿真等技术领域，尤其涉及一种描述铁路轮轨空间动态接触状态的方法。

背景技术

随着铁路运输高速、重载的发展，带来的动力学与振动、行车安全性问题十分突出，轮轨关系变得十分复杂。目前，我国引进的某型动车组在客运专线上高速试运行时，已经初步暴露出了危及行车安全的动力学问题，已经引起了相关部门的高度重视。如：在部分直线轨道区段和曲线轨道上，高速机车车辆的轮重减载率(安全性指标)不合格。

这些问题的核心是轮轨空间动态接触关系，它是车辆系统与轨道系统之间的连接纽带，车辆系统和轨道系统之间的动态反馈作用均由轮轨关系的动态变化来实现。随着铁路的发展，对轮轨空间动态接触关系的研究提出了更高的要求。通常，国内外对铁道机车车辆轮轨接触进行研究时作了3种假设，即“钢轨静止不动”、“轮轨均为刚性体”和“轮轨始终保持接触”。实际上，钢轨是运动的，是弹性体，轮轨也时常发生脱离现象，这种描述轮轨接触状态的精度和可靠性较差，与实际运营中的轮轨接触状态不符。

因此，对轮轨接触状态进行描述时，必须摒弃上面几种不合理的假设，并且还要考虑实际运营状态下轮轨磨耗型面。另外描述轮轨接触状态时，要尽可能的直观、清晰。这对轮轨动态相互作用及列车脱轨研究，特别是再现列车脱轨动态过程，对车轮踏面和钢轨型面的优化设计和制造，具有十分重要的理论价值和工程实际意义。

发明内容

本发明的目的就是提供一种描述铁路轮轨动态接触状态的方法，该方法直观、简单、更加真实的显示复杂的轮轨空间各种动态接触状态，实现铁路轮、轨动态接触几何关系的研究，为车轮踏面和钢轨型面的优化设计和制造提供依据，具有很强的工程应用价值。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：一种描述铁路轮轨空间动态接触状态的方法，其步骤为：

a、根据车轮与钢轨型面离散数据点，生成轮、轨轮廓面；

b、按设定的列车运行速度，通过车轨-轨道耦合系统动力学计算方法，计算出每个时刻的轮对振动位移量及钢轨振动位移量，找出对应时刻车轮踏面与钢轨垂向相交形成的车轮空间迹线；

c、计算车轮空间迹线各点与钢轨的垂向距离，垂向距离最小点即为左、右侧轮轨接触点；

d、对每个时刻的左、右侧轮轨接触点进行标记，用直线将左右侧车轮和钢轨上的点连接，即得到铁道机车车辆整个运行过程中的轮轨空间动态接触状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.将每个时刻的左、右侧轮轨接触点进行标记，用直线将左右侧车轮和钢轨上的点连接，既可以观察某一时刻的轮轨接触点位置，又可以观察整个过程轮轨接触点的分布变化状态。直观、简单的显示复杂的轮轨空间动态接触状态，包括一点接触、两点接触或多点接触现象和车轮爬上钢轨的现象及其整个运动过程；

2.认为“钢轨是运动的”、“轮轨是弹性体”、“轮轨可以脱离”，考虑了每个时刻的轮对振动位移量及钢轨振动位移量，摒弃了常规方法中几种不合理的假设，从而更加真实的描述了铁路轮轨接触状态。

从而本发明方法为车轮与钢轨截面的优化设计提供了统一、直观、清晰的动态分析依据。特别是为高速、重载现代化铁路车轮与钢轨的最佳匹配设计提供了理论分析工具，具有很强的工程应用价值。

上述的a步中的车轮与钢轨型面的离散数据点，由现场实测得到，也可由设计图纸的轮廓离散得到。

这样，本发明方法可以反映实际磨耗的轮轨型面接触状态，从而更为真实的描述了实际铁路轮轨接触状态。

上述的a步中现场实测车轮与钢轨型面离散数据生成轮、轨轮廓面的具体作法是对实测的离散数据进行平滑，使一阶导数和二阶导数连续。

上述的b步中还将轨道不平顺位移叠加到钢轨振动位移量中。这样，本发明方法可以更为真实的描述了实际铁路的轮轨接触状态。

上述的c步中同一时刻，车轮空间迹线各点与左、右侧钢轨的最小垂向距离不必相等。两个最小垂向距离不相等时，反映轮对侧滚的状态。

上述的c步计算车轮空间迹线与钢轨的垂向距离时，先将车轮及车轮空间迹线在铅垂方向抬高3～50mm距离。这样使得车轮踏面与钢轨型面分开，更方便观察轮轨接触状态。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作详细的描述。

附图说明