[发明专利]一种基于轮轨接触应力的道岔钢轨外形设计方法

说明书

本发明公开一种基于轮轨接触应力的道岔钢轨外形设计方法，具体步骤为：设定原始的道岔钢轨外形和对应的踏面外形，求得轮轨间接触应力曲线。然后对接触应力曲线进行区间划分，选取某一峰值进行优化设计：先设定预期最大接触应力，然后求出优化区间的宽度和优化的曲率半径，然后根据曲率反推法反推出钢轨外形。根据轮轨间接触应力曲线的最大值，设定预期最大接触应力，并得出预期优化曲率半径和优化区间宽度，然后反推出钢轨外形，拼接完成完整的道岔钢轨外形。再进行轮轨接触计算分析，得到优化后的接触应力曲线和原始接触应力曲线对比，如不符合要求则修改设计参数，重新计算直到满足要求。本发明方法设计的钢轨廓形稳定性好、磨耗少、安全性高。

技术领域

本发明涉及一种道岔钢轨外形设计方法，具体来说，是一种基于轮轨接触应力的道岔钢轨外形设计方法。

背景技术

道岔是铁路轨道结构中的一个重要组成部分，是引导机车车辆改变或跨越所在股道的主要设备，由于其应用数量多、结构形式复杂、行车安全性低、使用寿命较短、养护维修投入大，是轨道结构中最薄弱的结构之一。道岔在上道初期是完全满足列车安全、平稳地运行的，随着运行时间的延长，道岔在列车、温度等荷载作用下逐渐发生变形及损伤累积，状态不断恶化、工作性能不断降低，导致道岔尖轨出现疲劳裂纹、压溃等。

道岔钢轨外形与车辆动力学性能、钢轨的疲劳磨损等密切相关，但道岔钢轨外形的设计一直是铁路行业长期遗留的难题。自铁路诞生以来一直采用人工试凑法！即凭借专业经验用直线和圆弧的曲线组合人工设计，再经轮轨几何匹配分析和实际运用试验。这样的设计方法无法与车辆动力学性能和钢轨的疲劳磨耗直接关联起来，因此也无法满足减小轮轨疲劳磨耗和接触应力的特殊要求。这一问题随着高速铁路的迅速发展和城市地铁大规模建设越显突出，迫切需要一个能满足减小道岔钢轨接触疲劳和磨耗，并且考虑不同车轮外形的科学化设计方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种稳定性好、磨耗少、安全性高的基于轮轨接触应力的道岔钢轨外形设计方法。

本发明基于轮轨接触应力的道岔钢轨外形设计方法，通过下述步骤实现：

步骤1：给定原始的道岔钢轨外形和对应的踏面外形，求得不同横移量处轮轨间接触应力曲线。

步骤2：根据步骤1设定各横移量处根据步骤1中计算得到的接触应力曲线中应力最大值P_max，设定预期最大接触应力。

步骤3：根据步骤2中得到各横移量下轮轨预期轮轨接触应力P_exp，在对应横移量处的接触应力曲线中插值得到优化区间横坐标。

步骤4：根据步骤2中得到各横移量下轮轨预期轮轨接触应力P_exp，确定各横移量处钢轨型面接触点处的优化半径。

步骤5：根据步骤4中得到的期望的曲率半径反推优化区间内的道岔钢轨优化型面。

步骤6：将步骤3中得到的优化区间内采用步骤4中得到的优化型面，结合优化区间外采用原始的道岔钢轨型面，将二者进行拼接，得到初步优化后的道岔钢轨廓形。

步骤7：采用步骤6得到的初步优化后的道岔钢轨廓形与步骤1中给定的车轮踏面外形和相关接触参数，得到轮对各横移量处轮轨间最大接触应力曲线，并分别对各横移量处轮轨间最大接触应力曲线与步骤1中得到的原始接触应力曲线进行比较。若当前横移量处优化后接触应力大于步骤1中的接触应力曲线对应值，或小于原始曲线对应值，但大于收敛容差，则调整该横移量处预期轮轨的最大接触应力以及优化区间，再执行步骤4～7；否则进行下一横移量处轮轨间最大接触应力曲线与步骤1中得到的原始接触应力曲线进行比较；直至实际设计最大接触应力小于原始最大值，并且小于收敛容差，输出优化后的道岔钢轨型面。

本发明的优点在于：