提升轮轨匹配性能的高速铁路轮轨型面优化分析

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1、国内图书分类号：U213.2密级：公开国际图书分类号：625西南交通大学研究生学位论文提升轮轨匹配性能的高速铁路轮轨型面优化分析年级:二〇一五级姓名:胡辰阳申请学位级别:工学硕士专业:道路与铁道工程指导老师:陈嵘教授二〇一八年五月ClassifiedIndex：U213.2U.D.C：625SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisAnalysisofWheel/RailProfileOptimizationofHighSpeedRailwaytoImproveWheel-RailMatchingPerfor

2、manceGrade:2015Candidate:HuChenyangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:RoadandRailwayEngineeringSupervisor:Prof.ChenRongMay.2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描

3、等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：提出了一种基于斜率控制的轮轨型面设计方法，该方法包括车轮型面设计、对称钢轨型面设计和非对称钢轨型面设计三部分。其以滚动圆半径差为目标，在已知钢轨廓形(车轮廓形)、滚动圆半径差曲线的基础上，采用二分法及循环迭代的数值方法，得出满足设计要求的车轮型面（钢轨型面），该方法可应用于新型轮轨型面的设计及既

4、有轮轨型面的优化。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着我国车辆运行速度的不断提升，作为车辆—轨道系统动力学基本问题之一的轮轨关系显得尤为重要，轮轨接触关系的机理越来越复杂，轮轨之间的相互作用加强，这必然会直接影响行车平稳性、安全性。良好的轮轨型面匹配能够

5、得到理想的车辆运行性能，包括脱轨安全性、曲线通过性能、运行安全性和平稳性。为了获得良好的动力学性能，改善轮轨作用力和行车平稳性，有必要根据现有线路优化出更加匹配的车轮型面。目前，我国高速铁路主要采用60kg/m钢轨，为比较CHN60、60N钢轨与LMA车轮型面的匹配性能，建立了轮轨接触几何参数模型和动力学模型。结果表明：在轮轨接触几何方面，LMA与60N匹配时，接触点对分布较为集中，等效锥度较小。在直线运行稳定性方面，LMA与60N匹配时具有更高的临界速度、更好地车体横向稳定性，并且其他指标差异较小。在曲线通过能力方面，CHN60磨耗功小于60N钢轨型面，

6、其他指标差异较小。因此，应该针对CHN60钢轨，以LMA与60N匹配时的轮径差为设计目标，优化出与其更加匹配的车轮型面。滚动圆半径差是决定车辆动力学性能的主要参数之一，决定着轮对的运动学和动态性能。根据轮轨接触几何特性，给出一种轮轨型面反向设计方法，该方法包括车轮型面设计、对称钢轨型面设计和非对称钢轨型面设计三部分。其以滚动圆半径差为目标，在已知钢轨廓形(车轮廓形)、滚动圆半径差曲线的基础上，采用二分法、斜率控制法及循环迭代的数值方法，得出满足设计要求的车轮型面（钢轨型面），并编制了相应的Matlab程序。同时开展了轮轨型面设计方法的验证工作，通过对车轮型

7、面、对称钢轨型面和非对称钢轨型面的反向设计，验证了设计方法的有效性。以CHN60钢轨为对象，以LMA与60N匹配时的滚动圆半径差为设计目标，对车轮型面进行优化设计。优化车轮型面具有更合理的接触应力，临界速度提高了10.8%，车辆横向稳定性提高了7%左右；通过曲线时，除了轮对横移量稍大外，车轮磨耗功、脱轨系数和轮轨横向力均有所降低。关键词：高速铁路；轮轨型面；滚动圆半径差；轮轨匹配；优化设计西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththecontinuousincreaseofvehiclespeed,thewheel-railrelat

8、ionship,whichisoneofthebasicprobl