某型高铁踏面廓形轮轨接触特性的对比分析

针对我国某型高铁踏面存在的疲劳裂纹出现频繁、部分轮对镟修量大等问题进行了研究,通过计算其与现行高速钢轨的接触特性,发现存在轮轨接触应力较大、接触点应力集中的现象。为了解决这一问题,文章介绍了一种可供替代的W01GT3型踏面。通过对比2种踏面在不同轮对横移量下的几何接触特性、轮轨接触应力以及直线运行工况下的疲劳裂纹萌生寿命,结果表明,W01GT3型踏面与钢轨接触范围更宽,轮轨接触应力更小,在直线运行工况下的疲劳裂纹萌生寿命更长。因此,在镟修维护时,建议采用与该型踏面相近的模板,有助于缓解某型高铁踏面的滚动接触疲劳相关问题。

基于轮轨法向间隙的车轮踏面优化方法

为了寻求基于目标的铁路车辆车轮踏面数值优化技术,开发一种考虑轮轨法向间隙参数的车轮踏面优化方法。利用该方法优化我国高速列车车轮LMa型面。并发现优化后的LMa车轮和CHN60钢轨滚动接触接触时,轮轨界面之间具有较好的'共形'特性,这样能有效降低轮轨接触应力以达到降低滚动接触疲劳目的。并用车辆轨道耦合动力学理论分析优化的车轮型面对车辆动态特性的影响。数值结果表明,在不降低车辆动力学性能的情况下,此方法可以有效改善轮轨接触点对分布,降低轮轨接触应力。

考虑打磨量的重载钢轨打磨廓形优化设计

为在重载钢轨打磨廓形优化设计中最小化钢轨打磨量,建立了打磨量的钢轨廓形对齐及计算方法,设计以轮轨磨耗指数、轮轨接触应力以及钢轨打磨量为优化子目标的综合优化评价模型,并对不同优化策略的优化结果进行了分析.首先,通过矩阵旋转变换、曲线拟合及样条插值等理论建立钢轨廓形自动对齐算法,并计算目标廓形打磨量;其次,考虑轮轨磨耗指数、接触应力以及钢轨打磨量,建立综合优化目标函数,采用遗传算法并联合车辆轨道动力学仿真模型求解优化钢轨打磨廓形;最后,运用所建立的钢轨廓形优化设计模型计算分析不同优化策略的设计结果.研究结果表明:同时考虑轮轨磨耗、轮轨接触应力和钢轨打磨量,优化后曲线外、内轨廓形平均磨耗指数相比初始廓形下降68.9%,内轨接触应力下降39.1%,打磨量下降21.8%,优化效果最佳;只考虑轮轨磨耗和接触应力时,优化后曲线外轨廓形磨耗指数和内轨接触应力下降较为明显,但打磨量下降速率相对较慢,仅为11.3%;只考虑打磨量时,优化后钢轨廓形打磨量下降最快,为24.4%,但轮轨接触应力显著变大.

基于轮轨法向间隙的道岔钢轨廓形优化方法

针对道岔转辙器区钢轨容易出现磨耗和滚动接触疲劳的问题,根据轮轨接触理论,以轮轨法向间隙最小为目标对道岔区钢轨廓形进行优化,获得了钢轨打磨的目标廓形。优化结果表明:优化后的轮轨界面之间有较好的共形特征,能有效降低轮轨接触应力,从而降低轮轨磨耗和滚动接触疲劳损伤,且优化后的轮轨接触点分布更加均匀。

面向磨耗和应力的曲线钢轨廓形优化设计

为了缓解重载曲线钢轨易出现的磨耗严重、接触应力大的问题,建立曲线钢轨廓形非对称优化设计方法,分析优化策略对轮轨磨耗和轮轨接触应力的影响。基于车辆-轨道动力学理论、轮轨磨耗理论、赫兹接触理论、遗传优化算法、层次分析法,以钢轨廓形离散点坐标为优化变量,以车辆动力学性能指标和钢轨几何特征为约束条件,以磨耗和应力作为优化目标,获得曲线钢轨廓形非对称优化设计方法。运用该方法研究在优化迭代中只考虑磨耗、只考虑应力和同时考虑磨耗-应力的三种优化设计策略。结果表明,与现场实际钢轨廓形相比,只考虑磨耗的设计策略会导致应力上升24%,综合评价指数上升8%;只考虑应力的策略会导致磨耗上升149%,综合评价指数上升258%;同时优化磨耗和应力的策略使磨耗和应力分别下降32%和22%,综合评价指数下降17%;最优钢轨廓形在能够提供较大轮对横移量的同时并没有加剧轮缘磨耗,更有利于曲线通过;随着速度和载重的增大,最优钢轨廓形的磨耗指数、接触应力以及脱轨系数等性能指标相比实测廓形更小。