面向磨耗和应力的曲线钢轨廓形优化设计

摘要

为了缓解重载曲线钢轨易出现的磨耗严重、接触应力大的问题,建立曲线钢轨廓形非对称优化设计方法,分析优化策略对轮轨磨耗和轮轨接触应力的影响。基于车辆-轨道动力学理论、轮轨磨耗理论、赫兹接触理论、遗传优化算法、层次分析法,以钢轨廓形离散点坐标为优化变量,以车辆动力学性能指标和钢轨几何特征为约束条件,以磨耗和应力作为优化目标,获得曲线钢轨廓形非对称优化设计方法。运用该方法研究在优化迭代中只考虑磨耗、只考虑应力和同时考虑磨耗-应力的三种优化设计策略。结果表明,与现场实际钢轨廓形相比,只考虑磨耗的设计策略会导致应力上升24%,综合评价指数上升8%;只考虑应力的策略会导致磨耗上升149%,综合评价指数上升258%;同时优化磨耗和应力的策略使磨耗和应力分别下降32%和22%,综合评价指数下降17%;最优钢轨廓形在能够提供较大轮对横移量的同时并没有加剧轮缘磨耗,更有利于曲线通过;随着速度和载重的增大,最优钢轨廓形的磨耗指数、接触应力以及脱轨系数等性能指标相比实测廓形更小。