轮轨接触关系仿真计算

1、西 南 交 通 大 学轮轨接触几何参数的仿真计算学院：机械工程学院专业：机车车辆姓名：温朋哲学号：2016年6月1. 引言轮轨关系是轨道交通工程的重要研究课题。 轮轨接触几何是轮轨关系研 究的基本内容。高速铁路的车辆运行稳定性和曲线通过能力的矛盾激化，轮轨作用加剧。因此，高速铁路的发展提出许多轮轨关系研究的新问题。世界 范围内，不同的国家采用的钢轨、车轮踏面和轮对内侧距不尽相同。国内外 研究表明，车轮踏面形状和轮对内侧距直接改变轮轨接触几何关系，由此产生不同的轮轨作用，进而影响高速列车系统动力学性能。当今世界高速铁路 主要存在三种主流踏面及与其对应的钢轨，即中国车轮踏面LMAW钢轨断面CHN6

2、0日本新干线圆弧车轮踏面 JP- ARC与钢轨JIS60和欧洲标准车轮踏 面S1002和钢轨UIC60。本文以SIMPAC数据库中自带的踏面 S1002与钢轨 UIC60为例，应用SIMPAC助力学软件，对其接触几何关系进行了仿真计算。2. 求解方法2.1 基本假设(1)刚体假定。假定车轮与钢轨均为刚体，他们不存在影响接触关系的弹性变形，或者说车轮表面上任一点不能嵌入钢轨内部。而且在各种条件下轮轨始终保持接触， 轮轨的相对运动除纵向位移外还有横向位移和摇头角位移。轮轨几何参数与轮对在钢轨上的纵向位置无关，这些参数实际上是车轮相对轨道的横移和摇头角的函数。（ 2）同一侧车轮上的接触点和钢轨上的接

3、触点具有相同的空间位置。（ 3）轮轨接触点处车轮与钢轨具有公切面。2.2 求解方法文献 1 提出的采用迹线法思想来处理轮轨空间接触几何关系 , 目前已得到了较好的应用 2,3 。 其基本思路是在求轮轨接触几何关系时 , 可以暂时抛开轨面的形状，仅由轮对的位置（摇头角y、侧滚角 小）和踏面主轮廓线参 数（滚动圆半径R、接触角W）确定可能接触点，每个滚动圆上有且仅有一个可能接触点 , 这些可能接触点的集合形成一条在踏面上的空间曲线。该方法具有精度高、速度快、稳定性好等优点。3. 建立模型3.1 创建文件主窗口>>File>>Open File ，弹出文件选择窗口。选择建立的

4、文件目录，点击 New输入文件名，回车。主菜单>>Model Setup ，弹出建模窗口，同时创建了基本模型，该基本模型包括一个坐标参考系 （ Isys ） ， 一个刚体（ Body） 和一个运动副（joint ） 。3.2 设置环境建模窗口 >>Globals>>Gravity ，弹出重力设置窗口。将重力设置为 Z 方向 +9.81 ，其他保持不变，点击OK。3.3 设置视图建模窗口 >>View>>View Setup ，弹出视图设置窗口。选择【 Standard Views 】中的【 wheel/Rail: Perspectiv

5、e view 】 ，点击 OK。3.4 创建轮对建模窗口>>Element>>Bodies ，弹出刚体元件窗口。将 Body1 重命名为 Wheelset 。 双击 Wheelset ， 弹出刚体参数设置窗口。设置轮对的参数：轮对的质量为1600kg,轮对的摇头转动惯量为7203.4.2 创建轮对的外形选择【3D Geometry】 ，弹出刚体外形设置窗口。双击$P_Wheelset_Cuboid,出现设置外形参数窗口。设置车轴外形参数，见上图，OK。回到刚体外形设置窗口，OK。回到刚体设置窗口，OK。3.4.3 创建轮对的运动副>>Elements>

6、>Joints ，出现运动副窗口，双击$J_Wheelset ，出现运动副设置窗口，选择07 号运动副，设置初始状态。3.4.4 创建轮轨接触3.4.5 设置初始轨道3.5 设置车辆总体参数车辆总体参数设置如图所示。建模窗口 >>File>>Save ，建模窗口 >>File>>Reload ，系统自动完成轮对 与线路的装配，如下图所示。4. 轮轨接触几何关系仿真计算4.1 轮轨接触点位置变化如图 4-1 ( phi=0 deg ， psi=0 deg ) 、图 4-2( phi=2.0 deg ， psi=0 deg )所示图 4-1 (

7、phi=0deg ， psi=0deg )图 4-2 (phi=2deg ， psi=0deg )4.2 滚动圆半径变化如图 4-4( phi=0 deg， psi=0 deg) 、 图 4-5(phi=1.0 deg， psi=0 deg )所示。图 4-3 ( phi=0deg ， psi=0deg )图 4-4 (phi=2deg ， psi=0deg )同理，可分别求出轮轨接触角变化曲线、质心垂直位移与侧滚角变化曲线。5. 结论本文通过SIMPAC软件仿真，得到了轮轨接触几何参数的相关变化曲线。6. 参考文献1 王开文。车轮接触点迹线及车轮接触几何参数的计算J. 西南交通大学学报, 1984,(1): 89 98.2 严隽耄 . 具有任意轮廓形状的轮轨