高速鐵路車輛輪徑差對道岔區(qū)輪軌系統(tǒng)動力性能的影響分析

高速鐵路車輛輪徑差對道岔區(qū)輪軌系統(tǒng)動力性能的影響分析學(xué)號:2016200194姓名:陳嘉胤2017.03.29車輛—軌道—路基系統(tǒng)動力學(xué)引言存在輪徑差的轉(zhuǎn)向架運(yùn)動狀態(tài)輪軌接觸幾何關(guān)系道岔區(qū)輪軌系統(tǒng)動力性能結(jié)論與展望123匯報內(nèi)容內(nèi)容簡介451.引言圖1客運(yùn)專線12號可動心軌單開道岔平面示意圖圖2(a)客專12號可動心軌道岔尖軌關(guān)鍵截面圖2(b)客專12號可動心軌道岔心軌關(guān)鍵截面1.引言圖3

輪徑差的類型□由于車輪運(yùn)行磨耗、加工和鏇修誤差，車輪輪徑存在差異?！踺啅讲疃x：兩側(cè)車輪在距輪背70mm處半徑的差值□道岔區(qū)輪對輪徑差可用下式表示：——基本軌側(cè)車輪名義滾動圓半徑(mm)——尖（心）軌側(cè)車輪名義滾動圓半徑(mm)——小輪徑車輪位于尖軌側(cè)2.存在輪徑差的轉(zhuǎn)向架運(yùn)動狀態(tài)

圖4前輪對輪徑差的轉(zhuǎn)向架運(yùn)動受力分析

3.輪軌接觸幾何3.1跡線法（平面），則輪對應(yīng)逆時針旋轉(zhuǎn)一個角度圖5跡線法計算示意圖3.2接觸點(diǎn)對分布（跡線法）3.2接觸點(diǎn)對分布（跡線法）輪徑差(mm)-303頂寬35mm尖軌斷面-12~-7、9.5~12-12~-7.5、10~12-12~-8、11~12頂寬50mm心軌斷面-12~12-12~0、5~12-12~-4、7.5~12表1不同輪徑差下輪載由基本(翼)軌過渡至尖(心)軌的輪對橫移量范圍□在同一輪對橫移量下，小輪徑車輪位于基本軌側(cè)時輪載過渡位置提前；

同理，小輪徑車輪位于尖軌側(cè)時輪載過渡位置延后。3.3輪對側(cè)滾角

圖7(a)35mm尖軌斷面?zhèn)葷L角圖7(b)50mm心軌斷面?zhèn)葷L角□當(dāng)小輪徑車輪位于尖軌側(cè)時，輪對側(cè)滾角幅值增大，運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)惡化。3.4結(jié)構(gòu)不平順

□當(dāng)小輪徑車輪位于尖軌側(cè)時，接觸點(diǎn)在尖軌荷載過渡后及心軌荷載過渡前橫向不平順變化劇烈?！醍?dāng)小輪徑車輪位于基本軌側(cè)，豎向不平順比標(biāo)準(zhǔn)輪徑下增大了16%。圖8(a)轉(zhuǎn)轍器豎向不平順圖8(b)轉(zhuǎn)轍器橫向不平順圖8(c)轍叉豎向不平順圖8(d)轍叉橫向不平順4.1動力學(xué)計算模型4.1.1車輛模型圖9車輛模型拓?fù)鋱D□

42個自由度□對1個車體、2個轉(zhuǎn)向架和4個輪對各考慮縱向、橫移、沉浮、側(cè)滾、點(diǎn)頭和搖頭6個自由度?！?/p>

通過彈簧和阻尼單元來模擬一系和二系懸掛?！踯壪禄A(chǔ)考慮橫移、沉浮和側(cè)滾3個自由度。圖10軌下基礎(chǔ)橫截面圖4.1動力學(xué)計算模型4.1.2道岔模型□關(guān)鍵截面間線性分段插值；□根據(jù)相應(yīng)里程輸入。

輪對在道岔區(qū)運(yùn)行狀態(tài)4.1動力學(xué)計算模型4.1.3輪軌接觸模型□車輛和道岔兩個子模型之間通過輪軌接觸進(jìn)行串聯(lián)；□接觸斑位置：通過計算輪軌彈性接觸壓縮量，等效橢圓算法；

輪軌法向力：Hertz非線性接觸；

輪軌切向力：改進(jìn)的FASTSIM算法；4.1.4計算工況□速度：200km/h（客專12號可動心軌道岔直逆向允許通過速度）□輪徑差分布：-4mm~4mm；等值同相、等值反相；□道岔區(qū)輪軌動態(tài)相互作用、磨耗、車輛穩(wěn)定性和平穩(wěn)性指標(biāo)的變化。4.2輪軌動態(tài)相互作用圖12(a)等值同相輪徑差輪軌垂向力4.2.1工況一：輪徑差等值同相分布圖12(b)等值同相輪徑差輪軌橫向力4.2輪軌動態(tài)相互作用圖13(a)等值反相輪徑差輪軌垂向力4.2.2工況二：輪徑差等值反相分布圖13(b)等值反相輪徑差輪軌橫向力

4.2輪軌動態(tài)相互作用圖14(a)輪軌垂向力最大值

圖14(a)輪軌橫向力最大值4.3運(yùn)行平穩(wěn)性我國機(jī)車車輛運(yùn)行平穩(wěn)性W采用Sperling指標(biāo)，計算公式為：式中，A為車體振動加速度(g)；f為振動頻率(Hz)；

F(f)為頻率修正系數(shù)。實(shí)際評定時將所要分析的加速度波形按頻率分組，根據(jù)每一組的加速度和頻率計算該組的平穩(wěn)性指標(biāo)：

4.3運(yùn)行平穩(wěn)性圖15(a)客車Sprling平穩(wěn)性指標(biāo)

總結(jié)與展望通過跡線法分析輪徑差下道岔區(qū)的輪軌接觸幾何關(guān)系：□小輪徑車輪位于基本軌側(cè)時，輪載過渡位置提前，轍叉區(qū)中豎向結(jié)構(gòu)不

平順較標(biāo)準(zhǔn)輪徑輪對下增大了16%；□小輪徑車輪位于尖(心)軌側(cè)時，輪載過渡位置延后，輪對側(cè)滾角幅值增大，

在道岔區(qū)中輪軌接觸點(diǎn)橫向位置變化劇烈。12等值同相輪徑差對輪軌系統(tǒng)動力特性惡化作用明顯，可根據(jù)輪徑差幅值將輪徑差對道岔區(qū)輪軌相互作用劃分為以下3個區(qū)域：總結(jié)與展望2

5.總結(jié)與展望□局限：只以單個轉(zhuǎn)向架輪徑差作為分析單元；□考慮輪徑差在8節(jié)列車32輪對中的隨機(jī)概率分布；□輪徑差下的車輛過岔臨界速度；□規(guī)范中對不同型號高速列