高速铁路车辆轮径差对道岔区轮轨系统动力性能的影响分析

高速铁路车辆轮径差对道岔区轮轨系统动力性能的影响分析学号:2016200194姓名:陈嘉胤2017.03.29车辆—轨道—路基系统动力学引言存在轮径差的转向架运动状态轮轨接触几何关系道岔区轮轨系统动力性能结论与展望123汇报内容内容简介451.引言图1客运专线12号可动心轨单开道岔平面示意图图2(a)客专12号可动心轨道岔尖轨关键截面图2(b)客专12号可动心轨道岔心轨关键截面1.引言图3

轮径差的类型□由于车轮运行磨耗、加工和镟修误差，车轮轮径存在差异。□轮径差定义：两侧车轮在距轮背70mm处半径的差值□道岔区轮对轮径差可用下式表示：——基本轨侧车轮名义滚动圆半径(mm)——尖（心）轨侧车轮名义滚动圆半径(mm)——小轮径车轮位于尖轨侧2.存在轮径差的转向架运动状态

图4前轮对轮径差的转向架运动受力分析

3.轮轨接触几何3.1迹线法（平面），则轮对应逆时针旋转一个角度图5迹线法计算示意图3.2接触点对分布（迹线法）3.2接触点对分布（迹线法）轮径差(mm)-303顶宽35mm尖轨断面-12~-7、9.5~12-12~-7.5、10~12-12~-8、11~12顶宽50mm心轨断面-12~12-12~0、5~12-12~-4、7.5~12表1不同轮径差下轮载由基本(翼)轨过渡至尖(心)轨的轮对横移量范围□在同一轮对横移量下，小轮径车轮位于基本轨侧时轮载过渡位置提前；

同理，小轮径车轮位于尖轨侧时轮载过渡位置延后。3.3轮对侧滚角

图7(a)35mm尖轨断面侧滚角图7(b)50mm心轨断面侧滚角□当小轮径车轮位于尖轨侧时，轮对侧滚角幅值增大，运行平稳性指标恶化。3.4结构不平顺

□当小轮径车轮位于尖轨侧时，接触点在尖轨荷载过渡后及心轨荷载过渡前横向不平顺变化剧烈。□当小轮径车轮位于基本轨侧，竖向不平顺比标准轮径下增大了16%。图8(a)转辙器竖向不平顺图8(b)转辙器横向不平顺图8(c)辙叉竖向不平顺图8(d)辙叉横向不平顺4.1动力学计算模型4.1.1车辆模型图9车辆模型拓扑图□

42个自由度□对1个车体、2个转向架和4个轮对各考虑纵向、横移、沉浮、侧滚、点头和摇头6个自由度。□

通过弹簧和阻尼单元来模拟一系和二系悬挂。□轨下基础考虑横移、沉浮和侧滚3个自由度。图10轨下基础横截面图4.1动力学计算模型4.1.2道岔模型□关键截面间线性分段插值；□根据相应里程输入。

轮对在道岔区运行状态4.1动力学计算模型4.1.3轮轨接触模型□车辆和道岔两个子模型之间通过轮轨接触进行串联；□接触斑位置：通过计算轮轨弹性接触压缩量，等效椭圆算法；

轮轨法向力：Hertz非线性接触；

轮轨切向力：改进的FASTSIM算法；4.1.4计算工况□速度：200km/h（客专12号可动心轨道岔直逆向允许通过速度）□轮径差分布：-4mm~4mm；等值同相、等值反相；□道岔区轮轨动态相互作用、磨耗、车辆稳定性和平稳性指标的变化。4.2轮轨动态相互作用图12(a)等值同相轮径差轮轨垂向力4.2.1工况一：轮径差等值同相分布图12(b)等值同相轮径差轮轨横向力4.2轮轨动态相互作用图13(a)等值反相轮径差轮轨垂向力4.2.2工况二：轮径差等值反相分布图13(b)等值反相轮径差轮轨横向力

4.2轮轨动态相互作用图14(a)轮轨垂向力最大值

图14(a)轮轨横向力最大值4.3运行平稳性我国机车车辆运行平稳性W采用Sperling指标，计算公式为：式中，A为车体振动加速度(g)；f为振动频率(Hz)；

F(f)为频率修正系数。实际评定时将所要分析的加速度波形按频率分组，根据每一组的加速度和频率计算该组的平稳性指标：

4.3运行平稳性图15(a)客车Sprling平稳性指标

总结与展望通过迹线法分析轮径差下道岔区的轮轨接触几何关系：□小轮径车轮位于基本轨侧时，轮载过渡位置提前，辙叉区中竖向结构不

平顺较标准轮径轮对下增大了16%；□小轮径车轮位于尖(心)轨侧时，轮载过渡位置延后，轮对侧滚角幅值增大，

在道岔区中轮轨接触点横向位置变化剧烈。12等值同相轮径差对轮轨系统动力特性恶化作用明显，可根据轮径差幅值将轮径差对道岔区轮轨相互作用划分为以下3个区域：总结与展望2

5.总结与展望□局限：只以单个转向架轮径差作为分析单元；□考虑轮径差在8节列车32轮对中的随机概率分布；□轮径差下的车辆过岔临界速度；□规范中对不同型号高速列