轮轨接触关系仿真计算Word文档下载推荐.docx
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学号:
12
2016年6月
1.引言
轮轨关系是轨道交通工程的重要研究课题。
轮轨接触几何是轮轨关系研究的基本内容。
高速铁路的车辆运行稳定性和曲线通过能力的矛盾激化,轮轨作用加剧。
因此,高速铁路的发展提出许多轮轨关系研究的新问题。
世界范围内,不同的国家采用的钢轨、车轮踏面和轮对内侧距不尽相同。
国内外研究表明,车轮踏面形状和轮对内侧距直接改变轮轨接触几何关系,由此产生不同的轮轨作用,进而影响高速列车系统动力学性能。
当今世界高速铁路主要存在三种主流踏面及与其对应的钢轨,即中国车轮踏面LMA与钢轨断面CHN60、日本新干线圆弧车轮踏面JP-ARC与钢轨JIS60和欧洲标准车轮踏面S1002和钢轨UIC60。
本文以SIMPACK数据库中自带的踏面S1002与钢轨UIC60为例,应用SIMPACK动力学软件,对其接触几何关系进行了仿真计算。
2.求解方法
基本假设
(1)刚体假定。
假定车轮与钢轨均为刚体,他们不存在影响接触关系的弹性变形,或者说车轮表面上任一点不能嵌入钢轨内部。
而且在各种条件下轮轨始终保持接触,轮轨的相对运动除纵向位移外还有横向位移和摇头角位移。
轮轨几何参数与轮对在钢轨上的纵向位置无关,这些参数实际上是车轮相对轨道的横移和摇头角的函数。
(2)同一侧车轮上的接触点和钢轨上的接触点具有相同的空间位置。
(3)轮轨接触点处车轮与钢轨具有公切面。
求解方法
文献[1]提出的采用迹线法思想来处理轮轨空间接触几何关系,目前已得到了较好的应用[2,3]。
其基本思路是在求轮轨接触几何关系时,可以暂时抛开轨面的形状,仅由轮对的位置(摇头角y、侧滚角ψ)和踏面主轮廓线参数(滚动圆半径R、接触角W)确定可能接触点,每个滚动圆上有且仅有一个可能接触点,这些可能接触点的集合形成一条在踏面上的空间曲线。
该方法具有精度高、速度快、稳定性好等优点。
3.建立模型
创建文件
主窗口>
>
File>
OpenFile,弹出文件选择窗口。
选择建立的文件目录,点击New,输入文件名,回车。
主菜单>
ModelSetup,弹出建模窗口,同时创建了基本模型,该基本模型包括一个坐标参考系(Isys),一个刚体(Body)和一个运动副(joint)。
设置环境
建模窗口>
Globals>
Gravity,弹出重力设置窗口。
将重力设置为Z方向+,其他保持不变,点击OK。
设置视图
View>
ViewSetup,弹出视图设置窗口。
选择【StandardViews】中的【wheel/Rail:
Perspectiveview】,点击OK。
创建轮对
创建车轮刚体
Element>
Bodies,弹出刚体元件窗口。
将Body1重命名为Wheelset。
双击Wheelset,弹出刚体参数设置窗口。
设置轮对的参数:
轮对的质量为1600kg,轮对的摇头转动惯量为。
创建轮对的外形
选择【3DGeometry】,弹出刚体外形设置窗口。
双击$P_Wheelset_Cuboid,出现设置外形参数窗口。
设置车轴外形参数,见上图,OK。
回到刚体外形设置窗口,OK。
回到刚体设置窗口,OK。
创建轮对的运动副
Elements>
Joints,出现运动副窗口,双击$J_Wheelset,出现运动副设置窗口,选择07号运动副,设置初始状态。
创建轮轨接触
设置初始轨道
设置车辆总体参数
车辆总体参数设置如图所示。
保存设置
Save,建模窗口>
Reload,系统自动完成轮对与线路的装配,如下图所示。
4.轮轨接触几何关系仿真计算
轮轨接触点位置变化如图4-1(phi=0deg,psi=0deg)、图4-2(phi=deg,psi=0deg)所示
图4-1(phi=0deg,psi=0deg)
图4-2(phi=2deg,psi=0deg)
滚动圆半径变化如图4-4(phi=0deg,psi=0deg)、图4-5(phi=deg,psi=0deg)所示。
图4-3(phi=0deg,psi=0deg)
图4-4(phi=2deg,psi=0deg)
同理,可分别求出轮轨接触角变化曲线、质心垂直位移与侧滚角变化曲线。
5.结论
本文通过SIMPACK软件仿真,得到了轮轨接触几何参数的相关变化曲线。
6.参考文献
[1]王开文。
车轮接触点迹线及车轮接触几何参数的计算[J].西南交通大学学报,1984,
(1):
89—98.
[2]严隽耄.具有任意轮廓形状的轮轨空间几何约束的研究[J].西南交通大学学报,1983,(3):
40—47.
[3]严隽耄,王开文.锥形及磨耗形踏面轮对的空间轮轨接触几何约束特点[J]。
铁道学报,1985,
(2):
9—17.