1、试验研究 = 竺 文章编号：loo27602f20o6 J12一ooo1 03 二 ： ! 槽型轨与车轮接触几何关系初步研究 张兵舰，沈钢 同济大学铁道与城市轨道交通研究 ，上海2。33I) 槽型 一 一 接触几何参数计算的基本原理 I期：20060306；修订日期：20O6 O9 29 f介 张兵舰(1 9 81 ，男，工学硕士 法进行了改进，实现了对槽型轨的分析。 g 鲥 |l 辎 -尽 fIl 型勒 到车轮轮廓的离散数据，槽 篡 的 毒 (融。点警 x 糸 yz)中表示(固3) 仇世 怀 l I f !f J J 1 只 古=二： 图3轮对和轨道坐标系 。 墨 。 位于轮对的 位置， 轴
2、沿轨道纵询并指向轮对前 维普资讯 http:/ 铁道车辆 第44卷第12期2006年12月 轮对的轴线重合并指向轮对前进方向左侧，Owz 沿竖 直方向。轨道坐标系的原点O位于轨道上方距轨顶切 面h处(h为轨道坐标系的中心和轮对坐标系的中 心重合于轮轨体系的几何中心)，o 沿轨道纵向方 向，O 沿竖直方向，O 依据右手定则确定。这样，轨道 坐标系到轮对坐标系的变换矩阵可以表示为： cos in 0 G 一Icos声sin coscos sin声l (1) j sin声sin 一sincos cos声1 式中：声轮对侧滚角； 一轮对摇头角。 如果不考虑摇头角和纵向位移的影响，轨道坐标 系到轮对坐标
3、系的变换矩阵可简化为： Grw- ，s c2SIn9 COS9 =l 。 。J () l I 当只有轮对横移时，槽型轨与轮对接触属平面问 题。首先给定初始的横移量Ay 和计算精度，由 Ay 设定一个足够大的轮对侧滚角 。根据轮对的 横移量和侧滚角，按式(2)将轮对主轮廓线的各点坐标 变换到轨道坐标系中，然后用样条函数插值法分别计 算左轮和右轮之间的最小垂向间距Az。 和z 及 其对应的横向坐标值Y。 和Y Azl i 一minWl( )-Rl( ) (3) 式中：W( )、R( )一左轮轨轮廓纵坐标值。 z 一minW (3，)R ( ) (4) 式中：W ( )、R ( )一 右轮轨轮廓纵坐
4、标值。 判断IAzm Az- i I是否小于给定精度，如果小 于给定精度e，则对应的 和 就是Ay 横移时 轮对接触点的横坐标；否则用下式对轮对侧滚角进行 修正： 一声 一 式中： 修正前的轮对侧滚角； 声 修正后的轮对侧滚角； 打Pr由Y1 和Y 确定的函数。 所在的平面内，这样轮轨接触就成了一个空间问题。 根据试凑逼近法的空间问题理论，车轮踏面是回转体， 其形状与z、Y、z的坐标位置都有关，而槽型轨的轨头 形状只与z有关。在轮对坐标系Owz Y z 中，作平 面z一0切割车轮，该平面与车轮周边的交线即为主 轮廓线，再用平面z=z (i=1，2， )分别切割车 轮，便得到 个轮廓线。根据立体
5、几何知识，在z 的 轮廓线上任意点竖坐标z 可以根据横坐标相同的主 轮廓线上的对应点的竖坐标z。求得： Zi一(ZO 2-Xi 2) (6) 因此，主轮廓线及所有z 轮廓线就构成了车轮踏 面的轮廓(图4)。按式(1)将各点坐标转换到轨道坐 标系下，全程扫描左右轮轨之间各条轮廓线上的各点， 找出左右轮轨之间垂向距离最小的点并比较左右轮轨 之间最小距离的大小，然后调整轮对的侧滚角，使之符 合轮轨接触条件，其方法与上面介绍的处理平面问题 相似。 踏面 x平面 图4车轮踏面轮廓 面 通过上述分析可以发现，轮轨接触的平面问题实 际上就是空间问题的特例，即摇头角 为零时的情况。 因此，平面问题和空间问题可
6、以用同一个程序来计算。 (5) 2槽型轨与车轮接触几何关系计算结果 iter的大小根据(Az 一Azl )在迭代过程中的 变化规律调整。如果iter为一个常量，一旦侧滚角修 正的不合适，会出现(Az 一Az。 )不收敛的现象。 把iter设为变量时，根据(2 一2l i )的变化规律 自动调整iter的值，改变侧滚角的变化幅度，使 (z 一z m)收敛，然后再根据侧滚角声 旋转轮 对外形，重新计算z-mi 和z 以及Y 和Y，再跟 据式(5)确定新的侧滚角声 ，直至lz z。 l小 于给定的允许值为止。 当轮对摇头角存在时，轮轨接触点不在主轮廓线 2- 计算中选取的基本参数分别为：名义滚动圆半
7、径 r0=330 mm，轨底坡角 =0。，轨距no一1 435 mm，轮 距b0=1 385 mm。 图5为左右轮轨接触示意图。从图中可以看出当 横移量大于7 mm时出现轮背接触的情况。 图6给出了槽型轨和普通钢轨的滚动圆半径差， 图7为接触角差。从图7可以看出，在轮对横移量为 3 mm7 mm时，轮缘和钢轨接触；轮对的横移量进一 步增大时，对于普通钢轨而言，车轮会爬上钢轨，进而 产生脱轨，而对于槽型轨而言，横移量达到一定值时， 另一侧的车轮会出现轮背接触的情况，此时接触角参 数迅速增大，会促使轮对回到中间位置，降低脱轨的可 能性，也减小外侧轮缘的磨耗。 维普资讯 http:/ 图 衮 戋 *
8、 制 蛭 藻 鲻 辩 妞 捌 参考文献： 柳D拥军19。9高9I999速轮轨接触几何学及高速轮轨几何型面优化的研究 一一 孰儿倒型面优化的研究 。 199拱0 懈触几何 中 、 囝铁道科学,(2)：44-61 坶埂腮儿fH学研究CJ3中 主 北京帅铁道出 “21(隽621麓54取57 983 )j “ J 耽遇军辆，1 P earc e T G 呦 r 何关系的影响口北方交通大 嚣裂羽牿轨空间接触几 6 ceedinW，。h eeflTset guidance“ co n ic it y ,。27(11)w：e2a1r-an2d4JPro safety r71 edings。f ImechE，l996，( 一WaeeD “ 。 y ePater,The Ge。 rica c。nta BZ l O ) 1 -T9 Vehicle S w 。 ystem 口l mics198 k针 参#蓍 盼 渔 黼橱 蝴渤 滚对 轨轮轮 钢右殖 递 韵_篓 分角 图接 维普资讯 http:/
