1、西 南 交 通 大 學輪軌接觸幾何參數的仿真計算學院：機械工程學院專業：機車車輛姓名：溫朋哲學號：2016年6月1. 引言輪軌關系是軌道交通工程的重要研究課題。 輪軌接觸幾何是輪軌關系研 究的基本內容。高速鐵路的車輛運行穩定性和曲線通過能力的矛盾激化，輪軌作用加劇。因此，高速鐵路的發展提出許多輪軌關系研究的新問題。世界 范圍內，不同的國家采用的鋼軌、車輪踏面和輪對內側距不盡相同。國內外 研究表明，車輪踏面形狀和輪對內側距直接改變輪軌接觸幾何關系，由此產生不同的輪軌作用，進而影響高速列車系統動力學性能。當今世界高速鐵路 主要存在三種主流踏面及與其對應的鋼軌，即中國車輪踏面LMAW鋼軌斷面CHN6

2、0日本新干線圓弧車輪踏面 JP- ARC與鋼軌JIS60和歐洲標準車輪踏 面S1002和鋼軌UIC60。本文以SIMPAC數據庫中自帶的踏面 S1002與鋼軌 UIC60為例，應用SIMPAC助力學軟件，對其接觸幾何關系進行了仿真計算。2. 求解方法2.1 基本假設(1)剛體假定。假定車輪與鋼軌均為剛體，他們不存在影響接觸關系的彈性變形，或者說車輪表面上任一點不能嵌入鋼軌內部。而且在各種條件下輪軌始終保持接觸， 輪軌的相對運動除縱向位移外還有橫向位移和搖頭角位移。輪軌幾何參數與輪對在鋼軌上的縱向位置無關，這些參數實際上是車輪相對軌道的橫移和搖頭角的函數。（ 2）同一側車輪上的接觸點和鋼軌上的接

3、觸點具有相同的空間位置。（ 3）輪軌接觸點處車輪與鋼軌具有公切面。2.2 求解方法文獻 1 提出的采用跡線法思想來處理輪軌空間接觸幾何關系 , 目前已得到了較好的應用 2,3 。 其基本思路是在求輪軌接觸幾何關系時 , 可以暫時拋開軌面的形狀，僅由輪對的位置（搖頭角y、側滾角 小）和踏面主輪廓線參 數（滾動圓半徑R、接觸角W）確定可能接觸點，每個滾動圓上有且僅有一個可能接觸點 , 這些可能接觸點的集合形成一條在踏面上的空間曲線。該方法具有精度高、速度快、穩定性好等優點。3. 建立模型3.1 創建文件主窗口>>File>>Open File ，彈出文件選擇窗口。選擇建立的

4、文件目錄，點擊 New輸入文件名，回車。主菜單>>Model Setup ，彈出建模窗口，同時創建了基本模型，該基本模型包括一個坐標參考系 （ Isys ） ， 一個剛體（ Body） 和一個運動副（joint ） 。3.2 設置環境建模窗口 >>Globals>>Gravity ，彈出重力設置窗口。將重力設置為 Z 方向 +9.81 ，其他保持不變，點擊OK。3.3 設置視圖建模窗口 >>View>>View Setup ，彈出視圖設置窗口。選擇【 Standard Views 】中的【 wheel/Rail: Perspectiv

5、e view 】 ，點擊 OK。3.4 創建輪對建模窗口>>Element>>Bodies ，彈出剛體元件窗口。將 Body1 重命名為 Wheelset 。 雙擊 Wheelset ， 彈出剛體參數設置窗口。設置輪對的參數：輪對的質量為1600kg,輪對的搖頭轉動慣量為7203.4.2 創建輪對的外形選擇【3D Geometry】 ，彈出剛體外形設置窗口。雙擊$P_Wheelset_Cuboid,出現設置外形參數窗口。設置車軸外形參數，見上圖，OK。回到剛體外形設置窗口，OK。回到剛體設置窗口，OK。3.4.3 創建輪對的運動副>>Elements>

6、>Joints ，出現運動副窗口，雙擊$J_Wheelset ，出現運動副設置窗口，選擇07 號運動副，設置初始狀態。3.4.4 創建輪軌接觸3.4.5 設置初始軌道3.5 設置車輛總體參數車輛總體參數設置如圖所示。建模窗口 >>File>>Save ，建模窗口 >>File>>Reload ，系統自動完成輪對 與線路的裝配，如下圖所示。4. 輪軌接觸幾何關系仿真計算4.1 輪軌接觸點位置變化如圖 4-1 ( phi=0 deg ， psi=0 deg ) 、圖 4-2( phi=2.0 deg ， psi=0 deg )所示圖 4-1 (

7、phi=0deg ， psi=0deg )圖 4-2 (phi=2deg ， psi=0deg )4.2 滾動圓半徑變化如圖 4-4( phi=0 deg， psi=0 deg) 、 圖 4-5(phi=1.0 deg， psi=0 deg )所示。圖 4-3 ( phi=0deg ， psi=0deg )圖 4-4 (phi=2deg ， psi=0deg )同理，可分別求出輪軌接觸角變化曲線、質心垂直位移與側滾角變化曲線。5. 結論本文通過SIMPAC軟件仿真，得到了輪軌接觸幾何參數的相關變化曲線。6. 參考文獻1 王開文。車輪接觸點跡線及車輪接觸幾何參數的計算J. 西南交通大學學報, 1984,(1): 89 98.2 嚴雋耄 . 具有任意輪廓形狀的輪軌