[发明专利]一种基于轮轨接触应力的道岔钢轨外形设计方法

权利要求书

1.一种基于轮轨接触应力的道岔钢轨外形设计方法，其特征在于：通过下述步骤实现：

步骤1：给定原始的道岔钢轨外形和对应的踏面外形，求得不同横移量处轮轨间接触应力曲线；

步骤2：根据步骤1设定各横移量处根据步骤1中计算得到的接触应力曲线中应力最大值P_max，设定预期最大接触应力；预期最大接触应力为：

P_exp＝P_max-k_p(P_max-P_ave)(0≤k_p≤1)

其中，P_ave为P_max处轮轨实际接触区域上的平均接触应力，k_p为调整系数；

步骤3：根据步骤2中得到各横移量下轮轨预期轮轨接触应力P_exp，在对应横移量处的接触应力曲线中插值得到优化区间横坐标；

步骤4：根据步骤2中得到各横移量下轮轨预期轮轨接触应力P_exp，确定各横移量处钢轨型面接触点处的优化半径；

步骤5：根据步骤4中得到的期望的曲率半径反推优化区间内的道岔钢轨优化型面；道岔钢轨优化型面具体通过下式实现：

y_i+1＝y_i+Rr_i×(-sin(θ_i)+sin(θ_i+l_i/Rr_i))

z_i+1＝z_i+Rr_i×(cos(θ_i)-cos(θ_i+l_i/Rr_i))

式中，(y_i,z_i)和(y_i+1,z_i+1)分别为钢轨型面上第i和i+1个点的y和z方向上的坐标位置，y方向为横向，z方向为竖向；Rr_i为第i个点的曲率半径；θ_i为第i个点在半径为Rr_i的圆弧上的角度；l_i为第i和i+1个点之间的位移；

步骤6：将步骤3中得到的优化区间内采用步骤4中得到的优化型面，结合优化区间外采用原始的道岔钢轨型面，将二者进行拼接，得到初步优化后的道岔钢轨廓形；

步骤7：采用步骤6得到的初步优化后的道岔钢轨廓形与步骤1中给定的车轮踏面外形和相关接触参数，得到轮对各横移量处轮轨间最大接触应力曲线，并分别对各横移量处轮轨间最大接触应力曲线与步骤1中得到的原始接触应力曲线进行比较；若当前横移量处优化后接触应力大于步骤1中的接触应力曲线对应值，或小于原始曲线对应值，但大于收敛容差，则调整该横移量处预期轮轨的最大接触应力以及优化区间，再执行步骤4～7；否则进行下一横移量处轮轨间最大接触应力曲线与步骤1中得到的原始接触应力曲线进行比较；直至实际设计最大接触应力小于原始最大值，并且小于收敛容差，输出优化后的道岔钢轨型面。