[发明专利]一种独立车轮踏面外形设计方法及独立车轮

说明书

本发明公开了一种独立车轮踏面外形设计方法及独立车轮。所述踏面外形设计方法包括如下步骤：1）根据车辆参数、轨道参数以及所期望的车辆动力学性能指标确定左右轮接触角差曲线；2）给定初始轮轨接触点分布区域；3）将步骤1）的左右轮接触角差曲线及步骤2）的轮轨接触点分布区域作为车轮踏面外形设计目标，根据钢轨外形、轨底坡、车轮踏面外形、左右轮接触角差曲线以及轮轨接触点分布区域之间的相互关系可反推出满足要求的车轮踏面外形；4）根据设计出的踏面外形计算轮轨接触应力；5）判断轮轨接触应力是否为最优，否则返回步骤2）重新调整轮轨接触点分布区域，直到轮轨接触应力收敛于最小值。本发明设计出来的踏面外形具有动力学性能所需要的几何接触特性。

技术领域

本发明涉及一种独立车轮踏面外形设计方法及独立车轮，属于轨道车辆领域。

背景技术

独立旋转车轮主要用于城市有轨电车及低地板车辆。独立旋转车轮将左右两个车轮解耦，使左右车轮可以独立绕车轴旋转，独立车轮不存在纵向蠕滑力。因此，采用独立车轮的车辆不会发生蛇行自激振动，大大提高车辆的运行稳定性和乘坐舒适性；减少轮轨之间的磨耗和噪声。比起刚性车轮，独立旋转车轮的车轴不需要同轮对一起旋转，那么可以将刚性轮对的车轴做成U字型的形式，甚至取消形式上的车轴直接将轮子安装在构架两端。因此独立旋转车轮的另一个优势就是，其特殊的结构可应用于低地板轻轨车辆。由于低地板轻轨车辆具有乘客上下方便、无须建造高站台、线路造价低廉、运量大、速度高、能通过较小半径的曲线、能与城市环境良好融合的优点，低地板车辆更加适合城市轨道交通发展的需要。但由于独立旋转车轮与钢轨之间不存在纵向蠕滑，其轮对横移引起的左右车轮轮径差不能形成回转力矩，独立车轮轮对与刚性车轮轮对的动态特性之间存在着本质区别，因此其设计方法及设计目标也迥然不同。

轮轨几何匹配特性对有轨电车动力学性能、轮轨滚动接触疲劳以及轮轨磨耗特性有着重要的影响。对于独立轮对轨道车辆，轮轨几何匹配特性(即左右车轮接触角差曲线)与轮对的重力复原刚度紧密相关，重力复原力是独立车轮直线运行及曲线导向所必须的。而轮轨接触点分布范围与到轮轨磨耗和轮轨滚动接触疲劳特性有关。匹配良好的轮轨应具有良好的几何接触特性，满足车辆的运行稳定性、曲线通过性以及轮轨滚动接触疲劳等要求。

发明内容

本发明旨在提供一种独立车轮踏面外形设计方法及独立车轮，该设计方法快捷简便，设计出来的踏面外形具有动力学性能所需要的几何接触特性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种独立车轮踏面外形设计方法，包括如下步骤：

1)根据车辆轮对内侧距、滚动中心距、钢轨型面、轨底坡以及轨距，车辆直线运行对中性、曲线导向能力和磨耗指数与车辆动力学性能指标确定左右轮接触角差曲线；

2)给定初始轮轨接触点分布区域；

3)将步骤1)的左右轮接触角差曲线及步骤2)的轮轨接触点分布区域作为车轮踏面外形设计目标，根据钢轨外形、轨底坡、车轮踏面外形、左右轮接触角差曲线以及轮轨接触点分布区域之间的相互关系反推出满足要求的车轮踏面外形；

4)根据设计出的踏面外形计算轮轨接触应力；

5)判断轮轨接触应力是否为最优，否则返回步骤2)重新调整轮轨接触点分布区域，直到轮轨接触应力收敛于最小值。