[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

说明书

本发明公开了一种基于道岔钢轨变截面的轮轨几何接触点计算方法，包括以下步骤：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；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；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；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。本发明考虑了道岔区钢轨变截面特点，避免了现有技术中道岔区轮轨几何接触点计算产生较大误差，计算结果精确。

技术领域

本发明属于轨道交通领域，具体涉及一种基于道岔钢轨变截面的轮轨几何接触点计算方法。

背景技术

轮轨接触几何是轮轨关系研究的基础，确定轮轨运动姿态、轮轨相互作用以及轮轨动力方程的前提。道岔区由于其实现列车转线或跨线的功能，存在着多根轨线布置的情况，相较区间线路，道岔区存在着多变的轮-岔接触几何关系。而列车过岔时，车辆与道岔之间的动态相互作用的传递是通过轮轨接触几何关系来实现的。因此，研究准静态下道岔区轮轨接触几何关系，建立适用于道岔区变截面特性的轮轨接触几何模型，寻求精准的轮轨几何接触点至关重要。迹线法是利用轮轨廓形特点，基于车轮、钢轨廓形为连续平滑曲线，且沿轨道纵向钢轨型面不发生变化的前提下，将轮轨上可能的轮轨接触迹线用数学解析式进行表达，运算速度快，是我国目前常用的一种轮轨几何接触算法。

但由于其假设钢轨在轨道纵向上廓形不发生变化，若在道岔区运用迹线法计算与该假设相冲突，故计算结果可能会有误差。若轮对摇头角为零，轮轨接触不存在超前或滞后，此时道岔区采用迹线法计算轮轨几何接触点，计算精度高；若轮对摇头角不为零时，轮轨几何接触可能存在超前或滞后情况，轮轨几何接触点未发生在一个轮轨截面上，此时若采用迹线法求解轮轨几何接触点，必然会存在一定的误差。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于道岔钢轨变截面的轮轨几何接触点计算方法解决了现有技术在轮对产生摇头时轮轨几何接触点计算误差大的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于道岔钢轨变截面的轮轨几何接触点计算方法，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。

进一步地，所述步骤S1中主轮廓线上的点集为：

其中，表示主轮廓线上k侧的第j个点，j＝1,2,…,I，I表示主轮廓线上k侧点的总数，k为L或R，L表示左侧车轮，R表示右侧车轮，表示主轮廓线上k侧的第j个点在车轮坐标系中y轴上的值，表示主轮廓线上k侧的第j个点在车轮坐标系中z轴上的值。

进一步地，所述步骤S2中n条子轮廓线中第i条子轮廓线上的离散点集合为：

其中，表示第i条子轮廓线与主轮廓线对应的坐标转换矩阵，i＝1,2,…,N，N表示子轮廓线的总数，表示第i条子轮廓线对应于主轮廓线的切割角，表示车轮第k侧切割角的最小值，表示车轮第k侧切割角的最大值。

进一步地，所述步骤S3包括以下分步骤：

S3.1、通过平面x'＝0切割基本轨侧，得到一组基本轨侧的主廓形数据；