[发明专利]一种变轨距转向架车轮踏面廓形设计方法

权利要求书

1.一种变轨距转向架车轮踏面廓形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置轮轨的初始接触位置；

S2、选取轨面廓形，并将其轨底坡设置为1/20；

S3、根据轮轨的初始接触位置和轨面廓形，通过车轮踏面反向优化设计算法计算车轮踏面设计参数，并根据车轮踏面设计参数得到车轮踏面廓形；

S4、计算车轮踏面廓形的第一轮轨接触特征；

S5、判断第一轮轨接触特征中的等效锥度是否符合标准等效锥度，若是则进入步骤S6，否则返回步骤S2；

S6、将轨面廓形的轨底坡设置为1/40，将轨面廓形与车轮踏面廓形匹配，计算第二轮轨接触特征；

S7、判断第二轮轨接触特征中的等效锥度是否符合标准等效锥度，若是则进入步骤S8，否则返回步骤S2；

S8、计算车轮踏面廓形在不同轨距和不同轨底坡下的第三轮轨接触特征；

S9、判断第三轮轨接触特征中的等效锥度是否符合标准等效锥度，若是则进入步骤S10，否则返回步骤S2；

S10、将车轮踏面廓形带入动力学仿真模型中进行仿真验证；

S11、判断仿真验证结果是否满足标准，若是则输出该车轮踏面廓形，否则返回步骤S2。

2.根据权利要求1所述的变轨距转向架车轮踏面廓形设计方法，其特征在于，所述步骤S1中轮轨的初始接触位置为在轮对没有横移时将车轮放置在轨道上，车轮踏面与轨面的接触点距轨道中心的距离范围为-5～15mm。

3.根据权利要求1所述的变轨距转向架车轮踏面廓形设计方法，其特征在于，所述步骤S2中轨面廓形包括CHN60轨面廓形、60D轨面廓形、P65轨面廓形和60R2轨面廓形。

4.根据权利要求1所述的变轨距转向架车轮踏面廓形设计方法，其特征在于，所述步骤S3中车轮踏面反向优化设计算法公式为：

上式中，y为车轮踏面横坐标，z为车轮踏面垂坐标，g为误差最小优化目标，设计的车轮踏面廓形，Δf_w(y)为参考车轮踏面廓形f_w(y)与设计车轮踏面廓形的差值，R_L(s)和R_R(s)分别为轮对横移s时左右车轮接触点的半径差，Δs为轮对横移步长，ΔR(s)为相连轮对横移步长间轮径差的变化量，μ为ΔR(s)在左右侧车轮踏面轮径差ΔR_L(s)和ΔR_R(s)间的分配系数，θ为左侧车轮踏面相邻点间斜率变化率控制系数，κ为设计的左侧车轮踏面斜率，和分别为设计的左右侧车轮踏面的垂坐标，y_max为车轮踏面横坐标最大值，y_min为车轮踏面横坐标最小值，R(s)为轮对横移s时的轮径差，R(s-Δs)为轮对横移量s-Δs时的轮径差，为左侧车轮踏面在轮对横移s-Δs时轨面接触点处的斜率，z₀为初始轮对横移量y₀对应的踏面垂向位置。

5.根据权利要求4所述的变轨距转向架车轮踏面廓形设计方法，其特征在于，所述轮对横移s时的轮径差R(s)的计算公式为：

R(s)＝2s*E(s)

上式中，E(s)为轮轨初始接触点的等效锥度曲线。

6.根据权利要求1所述的变轨距转向架车轮踏面廓形设计方法，其特征在于，所述步骤S3中车轮踏面廓形包括LMA车轮踏面廓形、LMB_10车轮踏面廓形、S1002CN车轮踏面廓形、XP55车轮踏面廓形、LM车轮踏面廓形、S1002车轮踏面廓形、S3G车轮踏面廓形和SY8车轮踏面廓形。

7.根据权利要求1所述的变轨距转向架车轮踏面廓形设计方法，其特征在于，所述第一轮轨接触特征、第二轮轨接触特征和第三轮轨接触特征均包括轮轨初始接触点位置、接触点分布、接触带宽大小、接触应力大小、接触角和等效锥度。

8.根据权利要求1所述的变轨距转向架车轮踏面廓形设计方法，其特征在于，所述步骤S11中标准包括GB5599-85标准、UIC518标准、UIC513标准和EN12299标准。