[发明专利]一种高速铁路钢轨型面优化设计方法

说明书

一种高速铁路钢轨型面优化设计方法，其特征在于，所述方法包括，步骤1：目标型面参数分解；步骤2：建立钢轨型面数据库；步骤3：建立仿真分析模型；步骤4：计算分析；步骤5：安全性评估；步骤6：轮轨系统性能评估；步骤7：钢轨打磨经济性评估和步骤8：最优钢轨型面择选。本发明提出的一种高速铁路钢轨型面优化设计方法，以实现与高速动车组多种车轮型面良好匹配和保证整条线路钢轨廓形一致性为目标，保障动车组运行品质，兼顾钢轨打磨作业经济性，系统性地提出一种高速铁路钢轨型面优化设计方法。

技术领域

本发明属于高速铁路钢轨技术领域，更具体讲就是涉及一种高速铁路钢轨型面优化设计方法。

背景技术

我国现役的高速铁路动车组装配了LM_A、LM_B、LM_B-10、LM_C和LM_D五种型面车轮，轮轨型面匹配关系十分复杂，轮轨型面不良匹配影响动车组运行品质及旅客乘车舒适性。同时，由于我国车轮型面种类较多且其对应的动车组车型及配套参数均不同，车轮型面的优化设计工作考虑因素繁多且不易实现与车辆参数的良好匹配。因此，需要从钢轨型面优化设计工作入手，针对初始钢轨型面，采用科学合理的优化设计方法，设计出新的钢轨型面，实现与多种车轮型面的良好匹配，满足高速动车组安全平稳运行要求，保障动车组运行品质及旅客乘车舒适性。

现有钢轨型面优化设计方法主要有两种：

现有技术方案1：以实现轮轨“共形”接触为目标，采用接触角曲线反求法、RRD曲线反求法和最小间隙法等方法优化设计钢轨型面，可明显降低轮轨接触应力。该方法主要用于轮轨接触关系理论研究，基于其方法提出的钢轨型面未被铁路工务部门广泛使用。

以实现轮轨“共形”接触为目标的钢轨型面优化设计方法对动车组运行品质和现场钢轨养护维修经济性考虑不充分，按照此类方法设计出的钢轨新型面难以实现与多种车轮型面良好匹配，同时，会显著增加钢轨打磨作业成本。

现有技术方案2：采用个性化钢轨廓形设计方法指导现场钢轨打磨，即针对不同曲线线路特点，通过轮轨动力学分析计算，以最小打磨量为原则设计不同钢轨打磨目标廓形。该方法主要用于指导我国普速客运铁路钢轨打磨作业。

个性化钢轨廓形设计方法未评估存在连续曲线线路不同钢轨廓形的差异对列车运行性能的影响，还增加了现场钢轨打磨难度和打磨工作量，打磨作业成本高。同时，由于动车组高速运行时的轮轨系统动力性能对于钢轨型面变化极为敏感，不同曲线区段钢轨廓形个性化设计不利于保持整条线路钢轨型面一致性，不利于保障高速动车组运行品质。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种高速铁路钢轨型面优化设计方法，其特征在于，所述方法包括，

步骤1：目标型面参数分解；步骤2：建立钢轨型面数据库；步骤3：建立仿真分析模型；步骤4：计算分析；步骤5：安全性评估；步骤6：轮轨系统性能评估；步骤7：钢轨打磨经济性评估和步骤8：最优钢轨型面择选。

其中，步骤1：目标型面参数分解主要从钢轨型面几何参数和钢轨服役条件两方面对待优化设计目标型面的基础数据进行分析归纳：

钢轨型面几何参数，

依据线路钢轨型面测试数据、光带分布情况，基于轮轨接触理论，定性分析明确轮轨主要接触部位，确定钢轨型面几何关键区域及其圆弧半径。

钢轨服役条件，

包括线路参数、车辆参数及车轮型面等，其中，线路参数为优化设计目标所属高速铁路的曲线、道岔、坡道、轨道几何平顺性等参数，车辆参数和车轮型面包括服役于该线路的所有类型高速动车组车辆参数和车轮型面。