轮轨接触几何关系计算再研究

第 3 3卷第 4期 2 0 1 3年 8月

铁道机车车辆 RAI LW AY L OCOM OTI VE& CAR

Vo 1 . 3 3 No . 4 Au g. 2 01 3

文章编号： 1 0 0 8—7 8 4 2( 2 0 1 3 ) 0 4—0 0 0 7一O 5

轮轨接触几何关系计算再研究 倪平涛 (广东南车轨道交通车辆有限公司 技术部，广东江门 5 2 9 0 0 0 ) 摘要利用车轮踏面的旋转体特性，在求得车辆前进方向的切线与轮轨接触点法线间夹角余弦的基础上，分别

导出了直线和曲线轨道上的轮轨接触计算公式；在已知先将车轴视为弹性求得车轮盘面弹性侧滚角的基础上，再视车轴为刚性直线的条件下给出了其轮轨接触点近似计算公式；指出了笔者过去相关文献中的遗漏和错误之处， 并对其进行了扩展。 关键词轮轨接触；旋转体；计算方法 中图分类号： U2 1 1 . 5 文献标志码： A d o i: 1 0 . 3 9 6 9/ J . i s s n . 1 0 0 8—7 8 4 2 . 2 0 1 3 . 0 4 . 0 2

轮轨接触几何关系计算是机车车辆动力学计算和仿真的基础，其计算的准确性可增加仿真结果与实际线 路实测数据的接近程度。 1 9 8 3年西南交通大学王开文

线为母线，参照文献[ 2],设其在轮对本体坐标系中 Y O w Z平面内的函数关系为 z:==, ( ),则其上的某点 C 0 ( O, Y o, f( Y o ) )的法线与轮对轴线的交点 0 0在轮对本体坐标系中的坐标为 O 0 ( 0,。+f ( ) f ( Y。 ), O ),见图 1。C 0点经过某一超前角或滞后角 y后成为轮轨可能

提出的“迹线法”,在国内外第一次将轮轨接触点的二维收搜简化为一维收搜[ 1 ; 2 0 1 2年中国铁道科学研究院曾宇清提出的“投影轮廓法”,使直线和曲线上的轮轨接 触及轮轮接触的计算方法得到了统一l _ 2]。本文利用文

接触点 C点， y∈[一÷,÷], y以线y轴正向旋转为正， ‘ t‘士

献[ 2]中提及的曲线绕某一轴线旋转后，与该轴线垂直的平面与旋转体形成的交线上各点的法线恒通过旋转 轴相同

点这一旋转特性，分别导出直线和曲线上的轮轨

则 C点在轮对本体坐标系 0一X y Z中的坐标为 ( f ( 。 ) s i n g, Y。, f ( y。 ) c o s y )。根据旋转特性， C点的法线

仍然通过点 0。,这与轮对的运动无关。

接触点计算公式；在已知通过其他方式考虑车轴变形得到车轮盘面绕钢轨长度方向转角后再将车轴视为刚性 直线条件下，给出了此时左右车轮的轮轨接触点计算公

式；另外指出文献[ 3 5]中的遗漏和失误之处，并对其中 的公式进行了拓展。 1坐标系的建立

0

/

/

建立 2个基本坐标系：一个是随轮对运动、原点在轮

I\ /厂 一 ( 0, Y。, A Y o ) )

对正位于轨道上时的几何中心且始终位于轨道中心线的正上方、 x轴正向指向车辆前进切线方向、 y轴与车轴中 心线重合、其正向指向轨道右侧、 Z轴正向朝下的轮对平

移坐标系 O~ XY Z;另一个是轮对本体坐标系 O w— X Z w,它是平移坐标系 0一XY Z经过 3个方向的平移位移 z 、 、 z和摇头‰与侧滚后得到的，始终固接

图1 轮对母线绕轴线旋转和法线示意图

设轮对平移坐标系 0一XY Z的基矢为[ f, J『,],轮 对本体坐标系 0 w—x y z的基矢为[ f, j『,],则其投影变换关系为Ⅲ:

在轮对中心点上，跟随轮对自身运动且相对轮对平移坐 标系 0一XY Z存在上述 5个广义位移的坐标系。 2轮轨接触点的计算 2 . 1 直线轨道上轮轨接触点的计算通过轮对轴线铅垂面与轮对踏面和轮缘的下部交

划 ( 1 )

倪平涛( 1 9 6 8 )男，湖北天门人，高级工程师 (修回日期： 2 0 1 3—0 5—0 6 )

第1页