趙衛(wèi)華，曹洋，王啟云，康晶晶，馬彬斌

輪緣槽寬度對固定轍叉輪軌關系影響研究

趙衛(wèi)華1，曹洋2，王啟云1，康晶晶1，馬彬斌1

(1. 福建工程學院 地下工程福建省高校重點實驗室，福建 福州 350118；2. 福州大學 土木工程學院，福建 福州 350108)

為明確固定轍叉輪緣槽寬度對轍叉區(qū)輪軌關系的影響，基于輪軌接觸理論和車輛—道岔耦合振動理論，提出以輪載過渡斷面等輪軌接觸幾何參數為主要評價指標的輪緣槽寬度優(yōu)化方法，分析輪緣槽寬度對固定轍叉區(qū)輪軌接觸幾何關系和輪軌動力相互作用的影響。研究結果表明：在輪載過渡區(qū)，合理減小輪緣槽寬度可增大實際輪載過渡斷面心軌軌頭寬度且降低等效錐度發(fā)生突變幾率；轍叉輪緣槽寬度變化對輪軌動力相互作用影響不大，各動力學指標幅值變化極小，進一步驗證了以輪軌接觸幾何參數為主要評價指標的輪緣槽優(yōu)化方法的可靠性。

固定轍叉；道岔；輪緣槽；輪軌接觸關系；輪軌動力相互作用

固定轍叉道岔因其結構組件較少、結構相對穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛使用于我國貨運重載線路與客運提速線路[1]。由于固定轍叉區(qū)翼軌和心軌相對位置固定，存在軌距線不連續(xù)區(qū)段，且沿轍叉走行方向各鋼軌斷面廓形和軌下剛度不規(guī)則變化，造成列車過岔時輪軌動力相互作用較區(qū)間線路更加劇烈[2?4]，轍叉區(qū)鋼軌特別是翼軌和心軌軌頭裂紋、剝離掉塊、肥邊、磨耗等各類病害[5]多發(fā)。國內外學者從結構設計參數優(yōu)化[6?12]和輪軌動力相互作用模 型[13?16]方面對固定轍叉開展過相關研究。其中，徐井芒等[6-7]分別從輪軌磨耗角度和輪載過渡段輪軌接觸幾何關系角度提出固定轍叉心軌關鍵斷面廓形優(yōu)化方法；王樹國等[8]從理論計算、試驗驗證和動力仿真分析角度對固定轍叉查照間隔、護軌輪緣槽寬度和心軌頂面寬度進行了優(yōu)化；Palsson[9]通過對翼軌和心軌關鍵斷面廓形以及各斷面降低值進行參數化，提出考慮車輪踏面廓形集的固定轍叉廓形優(yōu)化方法；WAN等[10?12]基于固定轍叉輪軌動力相互作用的數值模擬和現場試驗結果，對不同動力響應進行權重分析并結合多目標優(yōu)化方法提出了固定轍叉心軌廓形優(yōu)化方法。Wiest[13?14]對比分析目前廣泛采用的道岔區(qū)輪軌動力相互作用的4種動力學模型，通過對一系列動力響應進行對比分析指出各模型的優(yōu)缺點，并分析了列車荷載作用下心軌的變形和磨耗情況。既有文獻包含了固定轍叉區(qū)輪軌相互作用的眾多影響因素的研究，如翼軌加高值，心軌降低值，輪載過渡段長度，翼軌與心軌相對高差等參數，但對轍叉翼軌與心軌輪載過渡段輪緣槽寬度的研究卻較少。列車通過固定轍叉時會引起輪軌劇烈振動，加速轍叉的損壞，輕則導致輪緣撞擊心軌尖端，重則輪緣進入異側輪緣槽，發(fā)生脫軌事故，因此開展轍叉輪緣槽寬度對輪軌關系影響的研究具有重要意義。本文基于輪軌接觸關系理論和輪軌系統(tǒng)動力學理論，在明確固定轍叉輪載過渡機理的前提下，提出了以輪載過渡斷面等輪軌接觸幾何參數為主要評價指標、動力學評價指標為輔的轍叉輪緣槽寬度優(yōu)化方法，分析不同輪緣槽寬度情況下，磨耗型車輪踏面與轍叉輪載過渡段鋼軌的接觸幾何關系和變化規(guī)律，以及輪軌動力特性的變化規(guī)律，進而尋求輪緣槽寬度與心軌翼軌廓形的合理匹配關系，為固定轍叉輪緣槽寬度優(yōu)化設計提供指導。

1 固定轍叉輪軌接觸幾何關系

1.1 固定轍叉結構特點

固定轍叉道岔廣泛使用于貨運重載線路與客運提速線路，主要結構特點包括多鋼軌參振、岔枕參振質量不同以及不規(guī)則鋼軌截面特性。而不規(guī)則鋼軌截面特性決定了列車過岔時輪軌接觸點空間位置和數量的變化，從而導致輪軌接觸關系復雜及固有的結構不平順。因此，在道岔區(qū)輪軌接觸關系及動力學研究中，采用實際的轍叉區(qū)軌頭截面廓形是十分必要的。借助CAD繪圖軟件自動提取鋼軌橫截面廓形數據，然后利用三次樣條插值函數擬合形成光滑曲線代表鋼軌廓形。其他任意截面鋼軌廓形可由兩側相鄰的關鍵截面線性插值獲得。如圖1所示。

圖1 固定轍叉任意截面廓形生成

1.2 輪軌接觸幾何關系評價指標

道岔區(qū)輪軌接觸幾何關系評價指標包括踏面等效錐度，輪對側滾角，豎橫向結構不平順等接觸幾何關系參數。固定轍叉區(qū)輪軌接觸幾何參數確定與區(qū)間線路相同，采用跡線法和最小距離法[17]獲得輪軌接觸點位置并計算求得各項接觸幾何參數。

1.2.1 輪對側滾角

輪對側滾角是反映列車過岔時車體橫向穩(wěn)定性的指標，輪載轉移越緩慢，輪對傾角越大，輪軌間動力作用越劇烈，便容易造成軌道結構損壞，存在較大的安全隱患。

1.2.2 踏面等效錐度

此參數反映了輪對滾動圓半徑r和r的變化情況，以及車輪行駛過程中回復至名義滾動圓半徑處的能力。依據區(qū)間線路車輪的實際滾動圓半徑求解公式[13]可導出固定轍叉區(qū)踏面等效錐度與車輪滾動圓半徑的關系：

式中：r0和r0分別為輪對沒有發(fā)生橫移時左右車輪的實際滾動圓半徑；r和r分別為輪對發(fā)生橫移時左右車輪的實際滾動圓半徑；y為輪對橫移量；λ為踏面等效錐度。

1.2.3 結構不平順

由于翼軌、心軌截面寬度和縱斷面高度不斷變化，接觸點位置沿轍叉走行方向不斷改變，產生了輪軌接觸點在橫向及豎向的變化，稱之為轍叉的“結構不平順”，它是輪軌動力作用及輪對蛇形運動的激勵源。根據列車過岔時產生的激擾作用方向，結構不平順可分為橫向和豎向不平順。計算方法如圖2所示。

圖2 結構不平順求解示意圖

以軌距測量點為坐標原點，設無輪對橫移時轍叉趾端輪軌接觸點距軌距測量點的橫向距離為0，豎向距離為0，該接觸點稱為理論接觸點，則輪對在轍叉其他部位任意實際接觸點在該坐標系中的位置可表示為(,)，所對應的轍叉橫向不平順Y和豎向不平順Z如式(2)所示。需要說明的是，橫向不平順以實際接觸點至坐標原點的橫向距離較理論接觸點遠為正，豎向不平順也是以實際接觸點至坐標原點的豎向距離較理論接觸點遠為正；反之則為負。

1.2.4 極限過渡斷面與實際過渡斷面

輪載在心軌和翼軌之間過渡時，基于2方面確定輪載過渡段邊界條件，一方面，為了保證車輪踏面從翼軌過渡到心軌(逆向進岔)時，在心軌處不會被卡住或者脫軌，車輪踏面脫離翼軌時對應的心軌斷面稱為極限過渡斷面，輪對橫移量不同，對應的極限過渡斷面不同；另一方面，為了防止心軌薄弱斷面過早與車輪踏面接觸，規(guī)范規(guī)定心軌頂寬20 mm斷面以下部分不能承受列車荷載，即不能與車輪踏面接觸，心軌頂寬20 mm斷面稱為最小承載斷面。心軌最小承載斷面和極限過渡斷面確定的心軌可承載范圍即為輪載合理過渡段，如圖3陰影部分所示。該范圍內任意斷面均有可能成為輪載從翼軌完全轉移到心軌時對應的心軌斷面，稱為實際過渡斷面。由于最小承載斷面由設計標準唯一確定，而心軌極限過渡斷面和輪載實際過渡斷面均會受到轍叉結構設計參數如翼軌加高值，心軌降低值，軌距，輪緣槽寬度等的變化以及輪對橫移量的變化而改變，因此將其作為固定轍叉區(qū)輪軌接觸關系評價指標之一。

圖3 轍叉心軌輪載過渡段

2 車輛—道岔動力相互作用計算模型

車輛—道岔耦合振動模型可分為車輛子系統(tǒng)和道岔子系統(tǒng)及輪軌接觸關系3部分。在充分考慮車輛與固定轍叉道岔結構型式、振動特性等因素基礎上，通過對車輛系統(tǒng)和固定轍叉道岔系統(tǒng)進行合理簡化，建立了車輛—固定轍叉耦合動力學模型，用于固定轍叉輪軌動力學評價指標的計算，如圖4所示。其中車輛模型采用文獻[18]建立的整車模型；考慮到列車進入固定轍叉區(qū)的輪軌動力響應會受到列車通過轉轍器部分和連接部分時的振動傳遞效應的影響，同時為了考慮車輛長度和消除邊界效應，實際建立模型為道岔整體模型，而非轍叉局部模型，模型中各部件的模擬參考文獻[19]；車輛系統(tǒng)和道岔系統(tǒng)通過輪軌接觸耦合，其中垂向耦合可以看做兩個橢球狀彈性體的接觸，簡化為非線性赫茲接觸問題；橫向耦合受多種因素制約，使列車產生不同程度的橫向振動和蛇形運動，可采用非線性蠕滑理論進行模擬。

文中涉及相關參數選取依次為：列車速度取為160 km/h，車輛參數參考文獻[18]附表3中提速客車相關參數；車輪踏面采用LM型。道岔類型選取60 kg/m鋼軌12號固定轍叉式道岔，動力學基本參數參考文獻[19]。

圖4 車輛-道岔動力耦合模型

3 輪緣槽寬度對輪軌接觸幾何關系的影響

3.1 方案設置

固定轍叉結構各部位輪緣槽寬度影響輪軌游間以及軌距大小，進而影響輪軌接觸幾何關系。其中轍叉輪緣槽寬度是衡量心軌工作邊與翼軌工作邊距離的設計參數，如圖5所示。輪緣槽寬度對輪載過渡段輪軌關系優(yōu)化具有至關重要的作用。因此，本文通過調整轍叉區(qū)輪緣槽寬度，分析其對輪軌接觸幾何參數的影響，從而尋求轍叉區(qū)最佳輪緣槽寬度的設計方案。依據《道岔設計手冊》[20]，轍叉輪緣槽寬度取值應不小于45 mm，因此4種設計方案依次取45，46，48和50 mm作為轍叉輪緣槽寬度。

圖5 轍叉輪緣槽示意圖

3.2 結果分析

輪對橫移量和轍叉輪緣槽寬度均會影響極限過渡斷面的大小，圖6為不同輪對橫移量下各方案極限過渡斷面的比較，圖7所示為各方案實際過渡斷面與最不利工況(方案4)極限過渡斷面的比較，其中輪對橫移量以指向轍叉?zhèn)葹檎?/p>

圖6 各方案極限過渡斷面

圖7 各方案實際過渡斷面與最不利極限過渡斷面

圖6可知，各方案極限過渡斷面隨輪對橫移量的變化規(guī)律一致，隨著輪對向轍叉方向橫移量增加，極限過渡斷面呈近似線性增大；同一橫移量情況下，極限過渡斷面隨轍叉輪緣槽寬度增大而減小，這是由于輪緣槽寬度越大，車輪輪緣越早脫離翼軌而與心軌接觸。方案3和4極限過渡斷面基本一致，說明隨著輪緣槽寬度增大，極限過渡斷面寬度不再減小而是趨于穩(wěn)定。各方案極限過渡斷面與實際過渡斷面對比發(fā)現，4種方案下實際過渡斷面均小于方案4對應的最不利極限斷面，如圖7所示。各方案實際過渡斷面均小于極限過渡斷面，且均在心軌頂寬20～30 mm斷面的范圍內，說明列車通過各方案轍叉區(qū)時均不會出現脫軌或車輪被卡住的安全性問題。隨著輪緣槽寬度的逐漸增大，實際過渡斷面逐漸減小，表明輪載轉移點向心軌理論尖端方向靠近，與實際運營情況相符，因此，在滿足安全性要求的前提下，應盡量選取較小的輪緣槽寬度，以此增大實際輪載過渡斷面軌頂寬度來減緩叉心鋼軌磨耗，提高其使用壽命。

各方案的等效錐度、輪對側滾角、結構豎向不平順及橫向不平順的比較如圖8～11所示。

圖8 踏面等效錐度

圖9 輪對側滾角

由圖8可知踏面等效錐度在距轍叉始端1.3 m位置發(fā)生突變增大，主要因為此處為翼軌緩沖段始端，即翼軌開始偏離標準軌距線，造成轍叉?zhèn)容嗆壗佑|點外移，實際滾動圓半徑突然變小，結合踏面等效錐度的定義可知此處會出現階躍。由圖10和圖11可知，從翼軌緩沖段始端到輪載過渡斷面前，豎向不平順和橫向不平順數值逐漸均勻增大，表明隨著翼軌向外側偏移，轍叉?zhèn)容嗆壗佑|點逐漸向翼軌非工作邊側偏移；在輪載實際過渡斷面范圍內，輪軌接觸點發(fā)生從翼軌向心軌的轉移轉變，由于不考慮兩點接觸及輪軌彈性變形，這里接觸點的轉移表現為突變，即在車輪運動至某一截面，接觸點突然從翼軌轉移至心軌，所以接觸點在轉移到心軌后，豎橫向不平順數值迅速減小。

圖10 豎向不平順

圖11 橫向不平順

綜合圖8～11可知，隨輪緣槽寬度的增加，等效錐度、輪對傾角、豎橫向不平順變化規(guī)律及大小相差很小，各指標最大值均逐漸增加，但增加幅度較小。因此，從輪軌接觸幾何關系的角度考慮，輪緣槽寬度減小可降低轍叉區(qū)豎向不平順及橫向不平順的變化率及幅值，達到提高行車平穩(wěn)性的目的。

此外，方案4中輪對橫移量較大時實際過渡斷面已接近心軌頂寬20 mm斷面，充分考慮翼軌磨耗嚴重等最不利情況，實際過渡斷面會接近或者小于最小承載斷面，從而加速心軌薄弱斷面?zhèn)麚p速率，因此針對轍叉輪載過渡段心軌頂寬20 mm斷面處輪對不同橫移量下接觸幾何參數變化規(guī)律進行分析，如圖12和圖13所示。需要說明的是，輪對在心軌40 mm斷面處已經完成輪載過渡，車輪踏面完全與心軌接觸，因此心軌頂寬40 mm斷面處各方案下踏面等效錐度和輪對側滾角隨輪對橫移量的變化規(guī)律和數值均相同，說明在輪載完全過渡到心軌上時，車輪在任意情況下都不會與翼軌接觸，輪緣槽寬度變化并不會影響各接觸參數變化規(guī)律。

圖12 踏面等效錐度

圖13 輪對側滾角

由圖12可知，隨著輪對向轍叉?zhèn)葯M移量的增大，方案4中等效錐度最先發(fā)生突變，且量值最大。說明輪緣槽寬度增加使車輪踏面與心軌在輪對橫移量較小時就發(fā)生接觸，明顯增大對心軌的磨耗，必然會縮短心軌使用壽命，因此應盡量減小輪緣槽寬度。圖13表明輪緣槽寬度變化對輪對側滾角影響不大，輪載過渡段輪緣槽寬度對列車過岔時的橫向穩(wěn)定性影響很小。

不同輪緣槽寬度下轍叉區(qū)各項輪軌接觸幾何關系評價指標的對比分析表明了輪緣槽寬度對輪載過渡段內的輪軌關系有重要影響，在滿足道岔構造設計的前提下，應盡量選取較小的轍叉輪緣槽寬度來增大實際輪載過渡斷面、提高心軌粗壯度減小磨耗，同時提高行車平穩(wěn)性。

4 動力特性分析

輪緣槽寬度依次取45，46和48 mm設置3種設計方案，最前方輪對輪軌作用力、車體振動情況及行車安全性指標最大值如表1所示。

表1 各方案輪軌動力響應最大值

由表1可知，由于列車直向過岔，使車岔系統(tǒng)垂向作用較橫向劇烈。各方案基本軌側輪軌垂向力最大值均小于轍叉?zhèn)认鄳担嗆墮M向力最大值均大于轍叉?zhèn)认鄳?；隨著輪緣槽寬度增加，轍叉?zhèn)群突拒墏容嗆壌箼M向力和輪軸垂向力的最大值均增大，但各方案各輪軌作用力指標數值變化幅度均小于3%且小于安全限值；各方案脫軌系數遠小于限值0.8，輪重減載率小于限值0.8；隨著輪緣槽寬度增加，脫軌系數和輪重減載率數值均增大，但增值極小；說明輪緣槽寬度改變對輪軌作用力變化和列車過岔安全性影響很小。

最前方輪對轍叉?zhèn)容嗆壸饔昧r程曲線如圖14和圖15所示，列車過岔過程中車體加速度時程曲線如圖16和圖17所示。

由圖14～15可知，2方案轍叉?zhèn)容嗆夐g作用力變化規(guī)律一致，在結構不平順影響下，輪軌間作用力在輪載過渡范圍出現極值。圖16～17表明，3方案車體加速度變化規(guī)律一致，同樣受到轍叉結構不平順影響，在輪對過叉時車體振動較大且達到最大值；由于豎向結構不平順影響較大，車體垂向加速度明顯大于橫向加速度；隨著輪緣槽寬度的增大，車體垂橫向加速度量值變化較微弱。

圖14 輪軌垂向力

圖15 輪軌橫向力

圖16 車體垂向加速度

圖17 車體橫向加速度

綜上所述，各方案各評價指標變化很小，說明輪緣槽寬度變化對輪載過渡段輪軌動力學評價指標影響不大，對固定轍叉輪緣槽寬度優(yōu)化可采用輪軌接觸幾何參數指標進行評價。

5 結論

1) 通過比較輪對不同橫移量下極限過渡斷面與實際過渡斷面軌頂寬度大小，確保設計方案滿足列車運行安全性要求；輪緣槽寬度取值越大，實際過渡斷面越靠近心軌尖端，因此建議在滿足道岔構造設計要求的前提下，盡量采用較小的輪緣槽寬度來增大實際輪載過渡斷面心軌軌頂寬度，從而減小心軌磨耗、提高轍叉使用壽命。

2) 在轍叉輪載過渡區(qū)，輪緣槽寬度增大，等效錐度發(fā)生突變的輪對橫移量越小，即等效錐度發(fā)生突變的幾率越大；說明車輪踏面與心軌在輪對橫移量較小時就發(fā)生接觸，明顯增大了對心軌的磨耗。但是在輪載完全過渡到心軌后，輪緣槽寬度的變化并不改變各接觸參數的變化規(guī)律。因此，相比其他固定轍叉結構設計參數，轍叉輪緣槽寬度只對輪載過渡段范圍內的輪軌關系有影響。

3) 轍叉輪緣槽寬度變化對輪載過渡段輪軌動力相互作用影響較小，在進行固定轍叉關鍵結構設計參數優(yōu)化時，對輪緣槽寬度的優(yōu)化采用輪軌接觸幾何參數評價指標即可，動力學響應可作為輔助評價指標或者不做動力學評價。

[1] 易思蓉. 鐵道工程[M]. 3版.北京: 中國鐵道出版社, 2015. YI Sirong. Railway engineering[M]. 3rd ed. Beijing: China Railway Press, 2015.

[2] WANG Ping, XU Jingmang, XIE Kaize, et al. Numerical simulation of rail profiles evolution in the switch panel of a railway turnout[J]. Wear, 2016(366?367): 105?115.

[3] XIN L, Markine V L, Shevtsov I Y. Numerical procedure for fatigue life prediction for railway turnout crossings using explicit element approach[J]. Wear, 2016(366?367): 167?179.

[4] WAN Chang, Markine V L, Shevtsov I Y. Optimisation of the elastic track properties of turnout crossings[J]. Proc Inst Mech Eng Part F: J Rail Rapid Transit, 2016, 230(2): 360?373.

[5] 于淼, 張軍, 鹿廣清, 等. 重載貨車作用下固定轍叉心軌磨耗分析[J]. 鐵道學報, 2014, 36(7): 30?35. YU Miao, ZHANG Jun, LU Guangqing, et al. Analysis on wear of unmovable frog nose rail under the action of heavy-haul freight car[J]. Journal of the China Railway Society, 2014, 36(7): 30?35.

[6] 徐井芒, 王平. 基于輪軌廓型的固定轍叉優(yōu)化設計方法[J]. 中國鐵道科學, 2014, 35(2): 1?6. XU Jingmang, WANG Ping. Optimization design method for rigid frog based on wheel/rail profile type[J]. China Railway Science, 2014, 35(2): 1?6.

[7] 曹洋, 王平. 固定轍叉心軌軌頂降低值優(yōu)化設計方法研究[J]. 西南交通大學學報, 2015, 50(6): 1067?1073. CAO Yang, WANG Ping. Optimization of nose depth for rigid frog[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2015, 50(6): 1067?1073.

[8] 王樹國, 葛晶, 司道林, 等. 固定轍叉查照間隔及心軌加寬研究[J]. 中國鐵道科學, 2014, 35(1): 7?12. WANG Shuguo, GE Jing, SI Daolin, et al. Study on guard check gauge of fixed frog and design on widening nose rail[J]. China Railway Science, 2014, 35(1): 7?12.

[9] Palsson B A. Optimization of railway crossing geometry considering a representative set of wheel profiles[J]. Vehicle System Dynamics, 2015, 53(2): 274?301.

[10] WAN C, Markine V L, Shevtsov I Y. Improvement of vehicle-turnout interaction by optimizing the shape of crossing nose[J] Vehicle System Dynamics, 2014, 52(11): 1517?1540.

[11] WAN C, Markine V L, Shevtsov I Y. Analysis of train/turnout vertical interaction using a fast numerical model and validation of that model[J]. Pro IMechE Part F: J Rail and Rapid Transti, 2014, 228(7): 730?743.

[12] WAN C, Markine V L, Dollevoet R. Robust optimisation of railway crossing geometry[J]. Vehicle System Dynamics, 2016, 54(5): 617?637.

[13] Wiest M, Kassa E, Daves W, et al. Assessment of methods for calculating contact pressure in wheel- rail/switch contact[J] Wear, 2008, 265: 1439?1445.

[14] Wiest M, Daves W, Fischer F D, et al. Deformation and damage of a crossing nose due to wheel passages[J]. Wear, 2008(265): 1431?1438.

[15] Skrypnyk R, Nielsen J C O. Magnus E, et al. Metamodellng of wheel-rail normal contact in railway crossings with elasto-plastic material behaviour[J]. Engineering with Computers, 2019, 35(1): 139?155.

[16] SUN Y Q, Cole C, Boyd P. A numerical method using VAMPIRE modelling for prediction of turnout curve wheel-rail wear[J]. Wear, 2011(271): 482?491.

[17] 任尊松. 車輛動力學基礎[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2009. REN Zunsong. Vehicle dynamics basics[M]. Beijing: China Railway Press, 2009.

[18] 翟婉明. 車輛?軌道耦合動力學[M]. 3版. 北京: 科學出版社, 2007: 12?87, 392?396. ZHAI Wanming. Vehicle-track coupling dynamics[M]. 3rd ed. Beijing: Science Press, 2007: 12?87, 392?396.

[19] 劉學毅, 王平. 車輛?軌道?路基系統(tǒng)動力學[M]. 成都: 西南交通大學出版社, 2010: 127?178. LIU Xueyi, WANG Ping. Vehicle-track-subgrade system dynamics[M]. Chengdu: Southwest Jiaotong University Press, 2010: 127?178.

[20] 鐵道部第三設計院. 道岔設計手冊[M]. 北京: 人民鐵道出版社, 1975: 413?503. Railway Ministry Third Design Department. Turnout design manual[M]. Beijing: People’s Railway Press, 1975: 413?503.

Study on influences of the flangeway width on the wheel/rail contact relationship in the fixed nose crossing

ZHAO Weihua1, CAO Yang2, WANG Qiyun1, KANG Jingjing1, MA Binbin1

(1. Key Laboratory of Underground Engineering of Fujian Province, Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, China;2. College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China)

Based on wheel/rail contact theory and vehicle/turnout dynamic coupling theory, an optimization method was proposed to specify the influences of the flangeway width on the wheel/rail geometry contact relationship in the fixed nose crossing. This method employed wheel/rail geometry contact parameters as primary evaluation indexes to optimize the flangeway width. The influences of the flangeway width between the wing rail and the nose rail on the wheel-rail contact relationship and the wheel-rail dynamic interaction were analyzed based this method. The result shows that the flangeway width should be minimized to a reasonable magnitude in the wheel-load transition zone to decrease the probability of the sudden change of the equivalent conicity and thicken the practical wheel-load transition cross section and finally undermine the wheel-rail wear. The flangeway width has little influence on the wheel/rail dynamic interaction as the amplitude of all dynamic indicators in all schemes rarely change, which further validates the reliability of the optimization method which presents the wheel/rail geometry contact parameters as main evaluation indicators.

fixed nose crossing; turnout; the flangeway width; wheel/rail contact relationship; wheel/rail dynamic interaction

U213.62

A

1672 ? 7029(2020)12 ? 3190 ? 09

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20200162

2020?02?28

國家自然科學基金資助項目(51508098，51508097)；福建省自然科學基金資助項目(2020J01888)

趙衛(wèi)華(1984?)，女，山西朔州人，副教授，博士，從事鐵路軌道結構優(yōu)化及軌道動力學研究；E?mail：whzhao.good@163.com

(編輯 蔣學東)