铁道车辆车轮外形的优化设计

介绍了基于轮轨接触几何特性,采用数值优化技术,设计车轮外形的方法.     

动车组车轮踏面外形改进性设计

车轮踏面外形决定轮轨接触几何关系,对行车安全具有重要意义.某动车组在部分线路运营时车体出现明显的横向晃动现象,通过分析该动车组的实测数据,发现转向架受到线路激扰时横向振动未能及时收敛是导致这一现象的原因.在LMA踏面基础上通过提高等效锥度的方法设计了新踏面外形,计算分析了新型面的可行性,最后通过实测数据验证了新踏面外形能使转向架和车体横向振动幅值下降,列车运行平稳性和旅客乘坐舒适度明显改善.     

以圆弧参数为设计变量的车轮型面优化数学模型研究

在分析圆弧型车轮型面几何特点的基础上,提出用4段圆弧描述车轮型面与钢轨的接触部分.以4段圆弧中两端圆弧的半径和两中间圆弧的圆心坐标为设计变量,以轮轨磨耗、临界速度和轮轨横向力为目标函数,以满足对最大接触应力、脱轨系数、滚动疲劳因子、临界速度和轮轨横向力的要求为约束条件,建立圆弧型车轮型面多目标优化模型.以欧洲时速200 km标准铁路客车为例,采用给出的车轮型面多目标优化模型对其车轮型面进行优化.结果表明:车轮型面经1次优化的车辆运行在半径为3 000m的曲线线路上时一位轮对车轮的总磨耗指数下降约15％,但车辆的临界速度仅为75 m· s-1;通过调整设计变量的取值范围,进行车轮型面优化,得到最优车轮型面Wheel_ Opt,采用此车轮型面的车辆在同样线路上一位轮对车轮的总磨耗指数下降约12％,临界速度提高至105.9m· s-1.     

100%低地板现代有轨电车车轮踏面优化

基于接触角曲线反推法,对佛山南海100%低地板有轨电车的车轮踏面进行了优化。与原型踏面相比,优化后的踏面提高了独立轮对复位能力,改善了轮轨接触状态,减小了轮轨接触应力。仿真计算表明,优化后的踏面改善了车辆的动力学性能,踏面磨耗状态优于原型踏面。     

重载货车车轮踏面优化研究

对近期开发的基于法向间隙的车轮踏面优化方法进行改进,根据三维非赫兹滚动接触理论对轮轨间隙求解范围进行计算,使所求解的轮轨间隙具有实际的物理意义.针对我国重载货车车轮圆周磨耗严重的问题,对现有重载货车车轮踏面进行优化.利用车辆-轨道耦合动力学理论及三维弹性体非赫兹滚动接触理论对优化前后车轮踏面的静态接触性能及动态接触性能进行分析.结果表明:优化后轮轨界面之间可达到较好的匹配,且合理选择踏面不同区域的权数可同时保证车辆直线运行与曲线通过时的轮轨接触应力较小,从而达到有效降低轮轨磨耗的目的.     

地铁车轮踏面的运用分析及优化途径研究

重点论述了车轮踏面外形设计的改进对地铁车辆运行品质的作用.从上海轨道交通车轮踏面的运用经验分析出发,对目前地铁系统的车轮踏面现状进行了理性评判.跟踪研究了国际上先进的踏面优化设计动向,提出了今后地铁车辆踏面设计优化、运用管理和合理选型的建议:设计出的踏面外形标准应具有安全性与动力性能兼顾的特点,能够满足不同地铁车辆的需求,使踏面外形系列与不同钢轨外形和轨底坡对应起来,使地铁也可采用不同等级的钢轨.     

车轮踏面外形几何参数的检测技术

阐述及时准确地测量机车车辆车轮踏面外形几何参数必要性，重点介绍车轮外形参数静态检测设备和动态检测装置的技术原理、基本功能和应用效果。     

2种响应面方法在车轮踏面优化中的应用分析比较

首次将响应面方法应用到车轮踏面优化中。分别基于多项式响应面车轮踏面优化方法和高斯径向基函数响应面车轮踏面优化方法,用C++语言编写优化软件模块,实现在C++环境中调用多体动力学软件ADAMS/Rail进行轨道车辆系统的动力学仿真分析;将动力学仿真分析得到的数据反馈给车轮踏面优化软件模块,完成整个优化设计的循环过程。分析比较这2种响应面方法在车轮踏面优化中应用的结果表明,2种响应面方法非常适合于车轮踏面优化,而且收敛速度快;从磨耗指数的优化来看,用2种响应面方法对200 km.h-1客车车轮踏面进行优化后,新车轮踏面较原车轮踏面的磨耗指数降低52%左右,说明对磨耗指数的优化非常有效。在优化计算时间方面,多项式响应面车轮踏面优化方法为50 566 s,高斯径向基函数响应面车轮踏面优化方法为16 449 s;在1次试验设计的试验次数方面,多项式响应面车轮踏面优化方法为77次,而高斯径向基函数响应面车轮踏面优化方法只有25次。在车轮踏面优化中高斯径向基函数响应面方法优于多项式响应面方法。     

轮轨外形及接触问题的进一步研究

介绍了新近研制的轮轨踏面外形设计和分析软件系统WDesign的原理、功能和应用例子。主要功能包括采用接触角函数法CAF的踏面外形设计、条状法STRIP的轮轨接触应力分析、圆弧曲线拟合法计算接触点的曲率、任意离散点法的轮轨几何匹配分析等。     

车轮踏面多目标优化设计研究进展

车轮踏面优化设计是轨道交通系统的基本问题。根据车轮踏面优化模型的建立及其求解方法,车轮踏面优化设计的数值研究方法可以分为两类,即单目标优化设计方法和多目标优化设计方法。在综述轮轨踏面同步设计法、扩展方法、基于轮轨接触曲线的滚动半径差法和基于接触角曲线法等单目标优化方法的基础上,论证了车轮踏面优化是一个多目标优化问题,并给出了建立车轮踏面多目标优化模型的思路。车轮踏面多目标优化需要求解带约束的非凸不可微规划问题,求解精度和效率直接决定优化结果的可靠性和实用性。现有的求解方法包括遗传算法和拟高斯方法。针对现有计算方法存在计算量大、易早熟、收敛慢的缺点,提出求解车轮踏面多目标优化问题的响应面方法。该方法利用多项式响应面逼近目标函数和约束函数,避免了优化过程中由于数值求导带来的迭代振荡问题;同时该方法具有计算量小、收敛快的优点。以降低轮轨磨耗为目的对车轮踏面进行优化的实例表明,响应面方法能有效的优化车轮踏面。最后对车轮踏面这一课题的发展方向进行了展望。     

跨坐式单轨车辆走行轮轮辋优化设计

跨坐式单轨车辆的转向架结构与其他轨道交通车辆不同,其转向架走行机理差异是关键。为此,从单轨列车轮辋与轮芯的摩擦连接行为、摩擦特性研究入手,将走行轮轮辋圆锥斜面椎角由28°优化为27°。通过静扭试验,验证了优化后的27°轮辋传动性能优于28°轮辋。运用Hyperwoks有限元软件计算分析,结果表明优化过后的轮辋刚度与强度均满足设计要求。     

2B0动力车踏面外形对悬挂参数选配的影响

利用多刚体动力学软件SIMPACK,对锥形或磨耗形踏面的某2B0动力车进行了随机不平顺非线性时域响应分析,结果表明:该动力车仅按锥形踏面配置的抗蛇行减振器不利于踏面磨耗后的稳定性;新轮直接采用磨耗外形的动力车容易实现更高的稳定性。该动力车的横向平稳性对踏面外形比较敏感,垂向平稳性不敏感;对于不同踏面外形,二系横向减振器和一系、二系垂向减振器的卸荷特性对动力车平稳性影响的规律相似。合适的二系横向止挡间隙是保证良好动态曲线通过性能的一个重要因素。     

铁道车辆车轮强度设计方法探讨

鉴于目前国内尚无车轮强度的设计计算标准,本文对车轮强度设计方法进行探讨。提出了主动轮和从动轮车轮强度计算的载荷工况和当量静应力及当量疲劳应力计算方法。依据实验数据提出了4种车轮材料的许用应力。根据本文方法编制处理程序并以中国铁路在役客车的KKD型车轮和蓝箭动车主动轮为例,对静强度及疲劳强度进行了计算分析。分析结果表明:本文论述的车轮强度设计方法,计算结果符合实际,具有可操作性。     

俄罗斯重载线路车轮和钢轨外形的优化

介绍了俄罗斯重载线路轮轨外形匹配最优化的设计方法。