一種動車組車輪的踏面優(yōu)化設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵路高速車輛轉(zhuǎn)向架技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及CRH3型轉(zhuǎn)向架的車輪踏面 優(yōu)化設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速鐵路輪軌接觸關(guān)系尤其是車輪踏面的等效錐度對鐵道車輛的動力學(xué)性能影 響很大：當(dāng)車輪踏面等效錐度過大時，車輛容易發(fā)生二次蛇行失穩(wěn)，當(dāng)車輪踏面等效錐度 過小時，車輛容易發(fā)生一次蛇行失穩(wěn)。車輛蛇行失穩(wěn)一方面對行車安全構(gòu)成威脅，另一方面 嚴(yán)重影響乘坐舒適度。
[0003] 等效錐度與輪軌接觸點位置分布有很大關(guān)系：當(dāng)輪軌接觸點分布到輪緣根部時， 就容易產(chǎn)生大的等效錐度；當(dāng)輪軌接觸點分布到車輪踏面外端時，就容易產(chǎn)生小的等效錐 度。
[0004] 輪軌接觸點的分布位置與車輪踏面外形和鋼軌外形密切相關(guān)。
[0005] 目前，我國鐵路普遍采用的是CH60鋼軌，但由于各種原因，實際線路上的鋼軌廓 形并非標(biāo)準(zhǔn)的外廓形狀：如果鋼軌打磨不及時，鋼軌的軌肩就容易突出；如果鋼軌打磨過 度，鋼軌的軌肩就容易下沉。目前，CRH3型動車組采用的車輪踏面外形是西門子公司提供 的（簡稱原始車輪踏面），該原始車輪踏面的輪緣根部斜度太大而車輪踏面外端的斜度又 太小。
[0006] 當(dāng)原始車輪踏面與軌肩突出而未打磨的鋼軌匹配時，輪軌接觸點集中在輪緣根 部，該區(qū)域的車輪踏面斜度大，極易產(chǎn)生大的等效錐度，進(jìn)而容易引起車輛二次蛇行失穩(wěn)。 當(dāng)原始車輪踏面與過度打磨鋼軌匹配時，輪軌接觸點集中在車輪踏面外端，該區(qū)域的車輪 踏面斜度小，極易產(chǎn)生小的等效錐度，進(jìn)而容易引起車輛一次蛇行失穩(wěn)。因此CRH3型動車 組的原始車輪踏面對鋼軌的廓形變化十分敏感，對線路的適應(yīng)能力較差。
[0007] 所以設(shè)計一種對鋼軌廓形變化適應(yīng)能力較強的車輪踏面外形已成為CRH3型動車 組的一項具有重要價值的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種動車組車輪的踏面優(yōu)化設(shè)計方法，它能有效地解決CRH3 型動車組原始車輪踏面對鋼軌廓形變化適應(yīng)能力較差的問題。
[0009] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種動車組車輪的踏面優(yōu)化設(shè)計方 法，在原始車輪踏面的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良設(shè)計，首先，通過大量的輪軌匹配仿真試驗，找出車 輪踏面與不同鋼軌廓形匹配的輪軌接觸關(guān)系，通過輪軌接觸關(guān)系分析，找到車輪踏面常用 工作區(qū)，選擇優(yōu)化車輪踏面常用工作區(qū)（_15_~15_)的廓形與原始車輪踏面基本重合； 第二，為提高車輪踏面對未打磨鋼軌的適應(yīng)能力，需將車輪踏面喉根圓斜度降低：故將優(yōu) 化車輪踏面的輪緣厚度d8確定為32. 5_，這樣可以降低輪緣根部的斜度，以適應(yīng)優(yōu)化車輪 踏面與軌肩突出而未打磨的鋼軌匹配時，也不易產(chǎn)生過大的等效錐度；第三，為提高車輪踏 面對過度打磨鋼軌的適應(yīng)能力，需將車輪踏面外端的斜度提高：故將優(yōu)化車輪踏面外端直 線段CD的斜度確定為1:20,以適應(yīng)優(yōu)化車輪踏面與過度打磨鋼軌匹配時，也不易產(chǎn)生過小 的等效錐度。
[0010] 具體做法即優(yōu)化車輪踏面的各特征點的描述如下：
[0011] ⑴、確定坐標(biāo)系0ΧΥ，0為坐標(biāo)原點，0X和0Y為坐標(biāo)軸，0X軸為優(yōu)化車輪踏面基線；
[0012] ⑵、從點D(d5,0)畫直線段DC，斜度為L1，水平投影長度為d4 ;
[0013] ⑶、畫直線段CB，斜度為L2,水平投影長度為d3 ;
[0014] ⑷、畫直線段BA為dlxd2的倒角；
[0015] (5)、以D點為切點畫半徑為R1的圓弧DE，其水平投影長度為d6，DE與Y軸相交于 01點；
[0016] (6)、把已畫出的輪廓線AB⑶E從交點01垂向平移到原點0 ;
[0017] (7)、以E點為切點畫半徑為R2的圓弧EF ;
[0018] ⑶、以圓弧EF的圓心畫半徑為R2-R3的圓，以點02 (_dll+d8, d7)為圓心畫半徑為 R3的圓，兩圓交與03點，再以03點為圓心畫半徑為R3的圓弧FG ;
[0019] (9)、畫與圓弧FG相切并與X軸成a角度的直線段GH ;
[0020] (1Φ、從點L(-dll，0)畫一條與X軸垂直的直線段KL ;
[0021] (11)、以點04(-dll+dl0, d9-R5)為圓心畫半徑為R5的圓弧IJ ;
[0022] (12)、以R4為半徑，畫與直線GH和圓弧IJ相切的圓弧HI ;
[0023] (13)、以R6為半徑，畫與直線KL和圓弧IJ相切的圓弧JK ;
[0024] (14)、順序連接各特征點畫出的輪廓線AB⑶EFGHIJKL即為優(yōu)化車輪踏面的外形。
[0025] 各特征點的具體參數(shù)為：L1 = 1:20, L2 = 1:15, R1 = 305mm，R2 = 160mm，R3 = 15. 5mm, R4 = 20mm, R5 = 10mm, R6 = 25mm, a = 70°，dl = 5mm, d2 = 5mm, d3 = 30mm, d4 =23mm, d5 = 7mm, d6 = 16mm, d7 = 10mm, d8 = 32. 5mm, d9 = 28mm, dlO = 16mm, dll = 70mm〇
[0026] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點和積極效果如下：
[0027] 1、優(yōu)化車輪踏面的常用工作區(qū)（_15mm~15_)的外形與原始踏面基本重合，確保 優(yōu)化車輪踏面不影響CRH3型系列動車組的正常運營性能。
[0028] 2、優(yōu)化車輪踏面的輪緣厚度比原始車輪踏面的輪緣厚度減小了 2mm，同時降低了 輪緣根部的斜度，即使它與軌肩突出而未打磨的鋼軌匹配時，也不易產(chǎn)生過大的等效錐度， 提高了車輪踏面對未打磨鋼軌的適應(yīng)能力。同時，可緩解車輛二次蛇行失穩(wěn)帶來的動力學(xué) 問題。
[0029] 3、優(yōu)化車輪踏面外端直線段CD的斜度比原始車輪踏面該部位的斜度增大了一 倍。即使它與過度打磨鋼軌匹配時，也不易產(chǎn)生過小的等效錐度，提高了車輪踏面對過度打 磨鋼軌的適應(yīng)能力。同時，可緩解車輛一次蛇行失穩(wěn)帶來的動力學(xué)問題。
[0030] 表1優(yōu)化車輪踏面與原始車輪踏面關(guān)鍵參數(shù)對比


【附圖說明】
[0032] 圖1優(yōu)化車輪踏面的設(shè)計方法示意圖
[0033] 圖2優(yōu)化車輪踏面與原始車輪踏面對比示意圖
[0034] 圖3車輪踏面與標(biāo)準(zhǔn)鋼軌匹配時的輪軌接觸關(guān)系示意圖
[0035] 圖4車輪踏面與軌肩突出未打磨鋼軌匹配時的輪軌接觸關(guān)系示意圖
[0036] 圖5車輪踏面與過度打磨鋼軌匹配時的輪軌接觸關(guān)系示意圖
[0037] 圖6原始車輪踏面與不同廓形鋼軌匹配時的等效錐度示意圖
[0038] 圖7優(yōu)化車輪踏面與不同廓形鋼軌匹配時的等效錐度示意圖
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