[发明专利]一种基于道岔钢轨变截面的轮轨几何接触点计算方法

权利要求书

1.一种基于道岔钢轨变截面的轮轨几何接触点计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建车轮坐标系，在车轮坐标系中作平面x'＝0切割车轮，并将平面x'＝0与车轮周边的交线作为主轮廓线；

S2、将主轮廓线两侧法向角度范围内的车轮法向均分切割为n份，得到n条子轮廓线；

S3、通过平面x'＝0切割钢轨，获取基本轨侧和道岔区的廓形数据集；

S4、根据车轮的主轮廓线、车轮的子轮廓线、基本轨侧和道岔区的轮廓数据集对轮轨几何接触点进行计算，得到轮轨几何接触点计算结果；

所述步骤S4包括以下分步骤：

S4.1、判断轮对是否产生摇头，若是，则进入步骤S4.12，否则进入步骤S4.2；

S4.2、根据先验经验值判断车轮在最大横移和最大轮对摇头的情况下与基本轨侧接触时的初始侧滚角范围为(θ_c,θ_d)，且令

S4.3、通过先验经验设定轮对横移y_w的值、侧滚角θ＝θ_m和摇头角δ＝0，并令p＝1、θ_cp＝θ_c、θ_p＝θ_m和θ_dp＝θ_d；

S4.4、通过侧滚角θ和摇头角δ构建坐标变化矩阵B^k，并通过轮对横移y_w、主轮廓线上的点集和坐标变化矩阵B^k获取侧滚横移后主轮廓上的点集为：

S4.5、根据点集的z轴坐标在点集构成的踏面曲线上插值得到与z轴坐标对应的点，得到点集

S4.6、根据点集和点集的y轴坐标通过基本轨侧钢轨廓形数据集R^L获取y轴坐标为的钢轨对应的z轴坐标值，得到钢轨z轴坐标值

S4.7、根据侧滚横移后主轮廓上点对应的z轴坐标以及钢轨z轴坐标值获取左右轮轨最小间隙并通过左右轮轨最小间隙获取左右轮轨最小间隙差f(θ_m)；

S4.8、判断左右轮轨最小间隙差f(θ_m)是否等于0，若是，则与最小间隙对应轮轨上的点为轮轨几何接触点，否则进入步骤S4.9；

S4.9、判断|θ_cp-θ_dp|10^-3是否成立，若是，则与侧滚角θ和左右轮轨最小距离对应的车轮和钢轨上的点为轮轨几何接触点，否则进入步骤S4.10；

S4.10、判断f(θ_cp)·f(θ_p)0是否成立，若是，则且令p的计数值加1，且侧滚角θ＝θ_p，并返回步骤S4.4，否则，进入步骤S4.11；

S4.11、判断f(θ_dp)·f(θ_p)0是否成立，若是，则令p的计数值加1，且侧滚角θ＝θ_p，并返回步骤S4.4；

S4.12、根据道岔廓形数据集R^R，通过左右最小间隙差最小原则获取轮轨几何接触点；

其中，表示x坐标为零时k侧对应的钢轨点集，θ_cp表示第一迭代参数，θ_p表示侧滚角迭代参数，θ_dp表示第二迭代参数，f(·)表示最小间隙差计算函数；

所述步骤S4.12具体为：

S4.121、确定轮对摇头角δ为q，将摇头角δ均匀的分为n份，并将摇头角δ为零时的侧滚角θ_m作为初始侧滚角；

S4.122、根据道岔廓形数据集R^R，确定接触点搜索范围为摇头角为零时尖轨侧的轮轨几何接触点在x、y、z轴向距离±5mm范围内的道岔曲面；

S4.123、令摇头角δ＝q/n，w＝1，在接触点搜索范围中，根据无摇头时的轮对横移y_w并通过步骤S4.4-步骤S4.11的方法获取摇头角δ＝qw/n时尖轨侧的轮轨几何接触点；

S4.124、令w的计数值加一，将摇头角δ＝q(w-1)/n时的侧滚角作为摇头角δ＝qw/n时的初始侧滚角；

S4.125、根据道岔廓形数据集R^R，确定接触点搜索范围为摇头角δ＝q(w-1)/n时尖轨侧的轮轨几何接触点在x、y、z轴向距离±5mm范围内的道岔曲面；

S4.126、接触点搜索范围中，通过步骤S4.4-步骤S4.11的方法获取摇头角δ＝qw/n时尖轨侧的轮轨几何接触点；

S4.127、判断w是否等于n，若是，则将w＝n时得到的轮轨几何接触点作为最终结果，否则返回步骤S4.94；

其中，q/n≤0.5°，w＝1,2,...,n。