第21卷第4期铁道科学与工程学报Volume21Number4
2024年4月JournalofRailwayScienceandEngineeringApril2024
DOI:10.19713/ki.43-1423/u.
等效锥度非线性研究及其
在踏面设计中的应用
张笑，池茂儒，谢雨辰，梁树林，蔡吴斌，李奕潇
(西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室，四川成都610031)
摘要：为研究等效锥度非线性特性对车辆系统动力学和磨耗性能的影响，提出可以用于踏面优化设计的非线性特性建议
指标。通过对轮轨关系进行细致推导，应用踏面逆向设计快速递推算法，得到具有不同等效锥度非线性特性的踏面，对不
同踏面的轮轨关系进行分析。建立车辆系统动力学模型和基于Archard理论的磨耗预测模型，对不同非线性特性踏面的临界
速度、横向平稳性、磨耗性能进行对比分析。研究结果表明：非线性因子值过高或过低都会导致临界速度下降，但该指标
过高对临界速度影响更大，最大降幅可达20%；等效锥度非线性特性还会影响到踏面的磨耗发展，踏面的初始非线性因子
越高，名义等效锥度在磨耗过程中的增长越慢，对延长车轮服役周期是有利的。综合动力学性能及磨耗性能，建议高速列
车踏面的非线性因子应取尽可能接近于0的负值。在这一结论的指导下，对S1002CN踏面进行优化设计，得到名义等效锥
度为0.1，等效锥度非线性因子为0.013(与S1002CN持平)、?0.002的优化踏面S1002CN_opt1、S1002CN_opt2，优化踏面
S1002CN_opt2与S1002CN相比临界速度和横向平稳性有所优化，同时磨耗性能也有所提升。S1002CN_opt2与
S1002CN_opt1之间的等效锥度非线性关系在动力学性能及磨耗性能中的表现证明以等效锥度非线性因子限值指导踏面进行
优化设计的可行性，研究结果可为踏面设计及轮轨关系研究提供参考。
关键词：等效锥度非线性；车轮型面逆向设计；车辆系统动力学；轮轨接触关系；车轮磨耗
中图分类号：U270.11文献标志码：A
文章编号：1672-7029（2024）04-1424-11
Researchonnonlinearcharacteristicsofequivalentconicityanditsapplicationin
wheeltreadprofiledesign
ZHANGXiao,CHIMaoru,XIEYuchen,LIANGShulin,CAIWubin,LIYixiao
(StateKeyLaboratoryofRailTransitVehicleSystem,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)
Abstract:Todelveintotheinfluencesofequivalentconicitynonlinearcharacteristicsonthedynamicsandanti-
wearperformanceofvehiclesystems,thesuggestednonlinearcharacteristicsmetricsthatcanbeusedforthe
optimaldesignofthewheeltreadwerepresented.Throughmeticulousdeductionofthewheel-railrelationship
andtheapplicationofreversedesignmethodologyfort