[发明专利]一种低磨耗的高速列车车轮型面优化设计方法

权利要求书

1.一种低磨耗的高速列车车轮型面优化设计方法，其特征在于，所述方法将CN车轮型面曲线等弧长分割，取得N个离散坐标点作为型值点，重构车轮型面曲线；以N个型值顶点的纵坐标为设计变量，以降低车轮磨耗功的线路均值和轮轨横向力为目标函数，以车轮磨耗车轮型面统计量、型面曲线的凹凸性及连续性为几何约束条件，建立高速列车车轮型面多目标优化模型，并采用PSO粒子群智能仿生算法对优化模型进行多目标寻优计算。

2.根据权利要求1所述的一种低磨耗的高速列车车轮型面优化设计方法，其特征在于，所述目标函数包括降低车轮磨耗目标函数和最大轮轨横向力目标函数；

所述降低车轮磨耗目标函数的表达式为；

式中，、分别为一位轮对的左、右车轮的磨耗功，为整个仿真的运营线路长度；T_xL、T_yL为左侧车轮纵、横向蠕滑力；T_xR、T_yR为右侧车轮纵、横向蠕滑力；V_xL、V_yL为左侧车轮纵、横向蠕滑率；V_xR为；V_yR为右侧车轮纵、横向蠕滑率；A为轮轨接触斑面积；μ为轮轨摩擦系数；

所述最大轮轨横向力目标函数的表达式为；

式中，式中为一位轮对的左右车轮的轮轨横向力，并通过低通滤波处理。

3.根据权利要求1所述的一种低磨耗的高速列车车轮型面优化设计方法，其特征在于，所述几何约束条件包括车轮几何约束条件、最大轮轨接触应力约束条件和脱轨系数约束条件；

所述最大轮轨接触应力约束条件为；

式中，为轮轨最大接触应力，并对其取均方根值；P_CN-opti,max为优化车轮型面的轮轨最大接触应力；

所述脱轨系数约束条件为；

式中，为轮轨横向力和垂向力；为轮缘角；f_d为脱轨系数；和为优化型面和标准CN型面的最大脱轨系数；μ₁为轮轨摩擦系数。

4.根据权利要求3所述的一种低磨耗的高速列车车轮型面优化设计方法，其特征在于，所述车轮几何约束条件包括型值点的纵坐标范围约束条件，车轮缘顶到踏面曲线的单调非递减约束条件和车轮型面凹凸性约束条件；

所述型值点的纵坐标范围约束条件为，选取CRH3动车组运营20万公里的8个车轮磨耗统计型面和CN型面作为设计变量的上下边界条件：

式中，分别为磨耗统计型面和CN型面的边界条件；

所述车轮缘顶到踏面曲线的单调非递减约束条件为，设优化车轮型面曲线拟合函数为，则车轮轮缘顶到踏面部分的曲线有：

所述车轮型面凹凸性约束条件为，基于车轮型面统计分析，设定型面包括两种凹凸变化情况，即凹-凸变化和凹-凸-凹变化形式；

凹-凸-凹变化约束条件为，；

凹-凸变化点范围约束条件为，。