[发明专利]一种轨道支撑结构多参数拟合抑制钢轨波磨的方法

说明书

本发明公开了一种轨道支撑结构多参数拟合抑制钢轨波磨的方法，包括以下步骤：步骤一：轮轨摩擦自激振动的仿真模型和数值方法；步骤二：扣件结构多参数拟合研究。本发明通过控制变量法分别研究轨道支撑结构中的几个主要因素对钢轨波磨的影响规律，包括扣件、轨枕和道床的刚度和阻尼(垂向、横向、纵向)，扣件、轨枕和道床的材料参数(弹性模量、密度、泊松比)，轨枕间距等；综合考虑多因素之间的相互影响，以实现钢轨波磨发生概率最小化作为优化的目标函数，采用遗传算法拟合出包含轨道支撑结构中多个关键因素的无量纲公式，提出抑制和消除钢轨波磨的优化设计方法。

技术领域

本发明涉及轨道支撑结构领域，特别是涉及一种轨道支撑结构多参数拟合抑制钢轨波磨的方法。

背景技术

作为地铁线路中非常显著的轨道损伤问题，对于钢轨波磨问题的研究可以追述到上个世纪。对于波磨的抑制和消除，目前地铁线路中的主要治理方法有钢轨打磨、钢轨润滑、轮轨摩擦系数调节、提高钢轨材料硬度或更换钢轨。除上述方法以外，国内外研究人员也在努力从优化轨道支承结构的角度来抑制和消除钢轨波磨。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种轨道支撑结构多参数拟合抑制钢轨波磨的方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种轨道支撑结构多参数拟合抑制钢轨波磨的方法，包括以下步骤：

步骤一：轮轨摩擦自激振动的仿真模型和数值方法；

步骤二：扣件结构多参数拟合研究。

进一步的，所述步骤一包括以下子步骤：

步骤a：轮轨系统的有限元模型；

步骤b：摩擦自激振动的数值方法。

进一步的，所述步骤二包括以下子步骤：

步骤c：小半径曲线轨道轮轨摩擦自激振动模型的验证；

步骤d：扣件结构对轮轨摩擦自激振动的参数化研究；

步骤e：扣件结构的多参数拟合方程。

进一步的，所述步骤二中氯代碳酸乙烯酯与氟化钾摩尔比1:1-1:4。

进一步的，所述步骤a包括根据小半径曲线轨道的轮轨接触模型，如图1所示，建立了小半径曲线轨道整体道床支承的导向轮对-钢轨系统有限元模型，如图2所示，材料参数如表1所示；

在该模型中，轮对的车轮踏面为磨耗型踏面，钢轨型号为60kg/m，两端采用固定约束。轮轨间的摩擦系数为0.4，在其接触区间进行了网格细化。轨道支承结构为整体道床轨道，由于在整体道床轨道支承结构中，轨枕镶嵌在道床板内，因此建模时可以将轨枕和道床板作为整体考虑；

钢轨和整体道床直接通过扣件连接，扣件采用点对点的弹簧-阻尼单元模拟；

地基对轨道板的支承则采用点-面的弹簧-阻尼单元模拟。

表1轮轨系统有限元模型的材料参数

进一步的，所述步骤b包括轮轨系统摩擦耦合自激振动导致钢轨波磨的观点认为：当轮轨间的蠕滑力趋于饱和时，将导致轮轨系统的刚度矩阵变得不对称，引起轮轨系统的摩擦耦合自激振动，从而导致轮轨间摩擦功的波动；

当列车通过小半径曲线轨道时，轮轨间的蠕滑力通常趋于饱和；

进而根据Brockley提出的钢轨磨损公式可以推断出当轮轨系统发生摩擦自激振动时，轮轨间的法向接触力和摩擦功均发生了同频率的波动，因此钢轨在单位时间内的磨损量也发生了同频率的周期性波动，从而诱导钢轨波磨的产生；