基于轮轨廓型的固定辙叉优化设计方法.pdf

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1、第35卷，第2期中国铁道科学Vo1．35No．22014年3月CHINARA1LWAYSC1ENCEMarch，2014文章编号：1001—4632(2014)02—0001—06基于轮轨廓型的固定辙叉优化设计方法徐井芒，王平(西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，四川成都610031)摘要：为改善心轨受力状态、提高固定辙叉直向通过速度，在分析固定辙叉伤损规律的基础上，提出基于车轮踏面所需高差值与辙叉轨顶廓型实际高差值之比(轮轨廓型净差值比)的固定辙叉优化设计方法。以既有6okg·YD．钢轨18号整铸固定辙叉廓型与LM磨耗型车轮踏面的匹配为例，运用该方

2、法对既有固定辙叉结构进行优化。研究表明：既有固定辙叉心轨的薄弱断面先于翼轨与车轮接触，导致心轨伤损严重；优化固定辙叉的R15mm圆弧+R80m／n圆弧+1：13斜线复合廓型能够明显改善心轨的承载状况，降低固定辙叉竖向结构不平顺及动轮载的幅值(分别降低45．3和46．79)，可作为与LM磨耗型车轮踏面匹配的固定辙叉廓型；基于轮轨廓型净差值比的优化方法能够针对任意型式车轮踏面进行相应固定辙叉的廓型设计。关键词：固定辙叉；辙叉廓型；净差值比；结构不平顺；优化中图分类号：U213．62文献标识码：A与可动心轨辙叉相比，固定辙叉具有整体性伤损后固定辙叉心轨顶宽20mm断

3、面处的廓型。强、稳定性高等优点[】≈]，因而在世界各国铁路运由图l可以看出，此断面的伤损型式主要为垂直磨输中被广泛应用，尤其在欧洲各国，经过多年的运耗，心轨垂磨量为3．69mm，直股翼轨垂磨量为营实践，已取得了在直向通过速度不大于2004．67mm，心轨和翼轨的磨耗量相差不大，这是由km·h的线路上采用固定型辙叉的共识_4书]。但心轨薄弱断面承受过大的轮载导致的；另外，该辙由于固定辙叉存在有害空间及固有结构不平顺问叉直股翼轨磨耗量较大，而侧股翼轨几乎未发生磨题，导致列车通过时会产生剧烈的振动，固定辙叉耗，说明该辙叉主要用于车辆直向通过。出现严重磨耗、剥离掉块等

4、伤损_9，影响列车运行的安全性及列车过岔速度。为改进既有固定辙叉的结构型式，进一步提高其直向通过速度及使用寿命，本文在分析固定辙叉伤损规律基础上，提出1种基于车轮踏面所需高差⋯。标准断面——磨耗断面值与辙叉廓型实际高差值之比的固定辙叉优化方图1伤损后固定辙叉心轨顶宽20mm断面处的廓型(单法。以IM磨耗型车轮踏面与60kg·m钢轨18位：mm)号整铸固定辙叉的匹配为例，应用此方法对固定辙叉结构进行优化。现场测量固定辙叉断面廓型发现，心轨顶宽30和40mm断面处廓型磨耗形式与20mm断面处固定辙叉伤损分析大致相似，只是磨耗量不同。图2给出了心轨顶宽20，3O和4

5、0mm断面处翼轨及心轨的磨耗量。固定辙叉伤损分析是进行固定辙叉结构优化的由图2可见：对于所测量固定辙叉断面，随着依据。现场调研结果表明，固定辙叉钢轨的主要伤心轨顶宽的增大，辙叉钢轨的磨耗量均减少，这是损型式为磨耗，并且心轨存在较严重的掉块现象。因为随着心轨顶宽增大，轮载逐渐由翼轨转移到心图1为利用Miniprof轮轨廓型测量仪测得的轨上，翼轨承受的轮载减小，导致翼轨磨耗量减收稿日期：2013—08—20；修订日期：2014～01—17基金项目：国家自然科学基金资助项目(51078320)；铁道部科技研究开发计划项目(2O12GO13一A)；西南交通大学博士创新

6、基金项目作者简介：徐井芒(1987)，男，河北邢台人，博士研究生。中国铁道科学第35卷小，而随着心轨的粗壮度增大，车轮在心轨上搭承mm，说明翼轨堆高不足。量增大，从而在一定程度上减小了轮轨接触应力，为进一步确定轮轨匹配对轮载过渡及竖向结构减缓了心轨磨耗的发生；翼轨的磨耗量均大于同位不平顺的影响，本文基于车轮踏面所需高差值与辙置心轨，两者磨耗量差值随着顶宽增大而减小，在叉各关键断面廓型实际高差值(翼轨与心轨间高心轨顶宽40mm断面之前，轮载过渡尚未完成，差)的比值，即净差值比进行固定辙叉廓型优化。翼轨和心轨共同承受轮载。另外心轨薄弱断面发生车轮踏面所需高差值是指

7、辙叉某断面处心轨及翼轨的伤损程度严重，为了减缓固定辙叉伤损，应尽量所对应的车轮踏面与踏面基线差值的代数和，辙叉控制心轨薄弱断面承受较小的轮载。廓型实际高差值是指辙叉某断面处心轨及翼轨所对应的辙叉廓型线与廓型基线差值的代数和，其中辙叉廓型基线定义为辙叉轨距线位置以上16mm处的水平线。由于净差值比大于1时心轨受力大于翼轨，反之，翼轨受力大于心轨，因此最优轮载过渡对应的净差值比应为心轨薄弱断面处净差值t：l~sl,于l，直至心轨断面足够粗壮时净差值比大于等于l。净差值求解过程如下：首先确定车轮踏面与辙叉廓型的相对位置，理论上在固定型辙叉的铺设、养护过程中，满足查照

8、间隔是最基本的要求，为此心轨顶面宽度／