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基于NURBS曲面拟合的道岔打磨廓形研究
| 论文题名： | 基于NURBS曲面拟合的道岔打磨廓形研究 |
| 关键词： | 道岔维护;直尖轨;打磨廓形;NURBS曲面拟合 |
| 摘要： | 道岔作为轨道结构中的关键部件，其结构复杂，使用频繁，是轮轨系统中最容易发生磨损的部位之一，随着中国高速列车的提速运营，道岔磨耗问题变得日益严重。 在总结国内外学者对道岔研究的基础上，以道岔转辙器区域直尖轨为研究对象，采用Non-Uniform Rational B-Splines（NURBS）双三次曲面理论，以实测的32个磨耗型面数据作为基础输入值，每条型面曲线设置19个插值点，以U V两个方向上的控制点权因子值为设计变量，构建道岔直尖轨打磨廓形计算模型；以降低车轮与道岔的接触应力为目标函数，以脱轨系数及道岔直尖轨磨耗廓形和标准廓形作为上下边界范围设置约束条件，获得道岔直尖轨的打磨廓形及拟合曲面；采用ALE自适应网格技术，编写Umeshmotion磨损子程序，以车轮-道岔静态匹配结果为基础输入量，依据轮轨稳态滚动接触理论，对比分析打磨廓形OPzj及标准廓形BZzj的滚动接触性能；当列车通过量为20Mt、50Mt、100Mt时，对OPzj及BZzj进行了磨耗预测对比分析；建立车辆及道岔系统的动力学模型，对比分析高速列车直逆向过岔时，打磨廓形OPzj和标准廓形BZzj的接触匹配特性。 在车辆-道岔系统动力学分析中，与BZzj相比，采用OPzj时列车通过的轮重减载率的RMS值减少了11.1%，脱轨系数最大值减少了11.5%，车轮-道岔横/垂向力最大值分别减少了25.3%、7.7%，车体横/垂向振动加速度RMS值分别减少了6.3%、17.5%。可知OPzj的各项动力学性能皆略优于BZzj，可以更好的保证列车运行的安全性和稳定性，延长道岔维护周期。 采用车轮-道岔静态接触分析，对OPzj和BZzj关键截面的主要接触性能指标进行对比发现，与BZzj相比，OPzj的顶宽0mm、5mm、20mm、35mm、50mm截面的接触应力最大值分别减少了5.3%、11.4%、12.8%、5.5%、15.1%，剪切应力最大值分别减少了3.7%、3.4%、14.7%、27.6%、13.1%，接触压应力最大值分别减少了0.18%、20.2%、13.4%，6.7%、22.2%，可知OPzj有利于减缓道岔磨耗，提高车轮与道岔的静态匹配性能。 通过轮-岔滚动接触分析可以得出，与BZzj相比，顶宽0mm、5mm、20mm、35mm、50mm截面的OPzj的滚动接触应力最大值分别减少了7.8%、34.8%、14.6%、35.3%、23.7%，节点位移总量分别减少了44%、62%、46.5%、45%、49%；当列车通过量为20Mt时，OPzj关键截面的磨耗量最大值与BZzj相比分别减少了32.1%、44.1%、14.3%、23.8%、45.7%；当列车通过量为50Mt时，OPzj关键截面的磨耗量最大值分别减少了33%、14.3%、12.9%、30.6%、40.5%；当列车通过量为100Mt时，OPzj关键截面的磨耗量最大值分别减少了26.2%、9.1%、20.8%、33.1%、34.1%；通过上述结果可知，道岔直尖轨的打磨廓形OPzj有利于减缓道岔磨耗，降低道岔疲劳损伤的发生，延长道岔的使用寿命和打磨维护周期，具有更高的经济性和缓磨特性。 |
| 作者： | 史振帅 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 林凤涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华东交通大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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