CN106991262B - 道岔区轮轨法向接触参数计算方法及装置 - Google Patents

道岔区轮轨法向接触参数计算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种道岔区轮轨法向接触参数计算方法及装置，涉及铁路轨道技术领域。本发明实施例的道岔区轮轨法向接触参数计算方法及装置通过先将尖轨和基本轨视为一体，进行接触区域的初步寻找，再分别对尖轨和基本轨相对于车轮的最小距离进行计算，以找寻车轮与尖轨、基本轨的接触点位置，计算接触点垂向距离差，分析车轮与尖轨、基本轨的接触状态，计算车轮对尖轨和基本轨的轮轨力，最后计算车轮与尖轨和基本轨的法向接触参数。考虑到尖轨和基本轨相对错动对轮轨接触状态的影响，计算准确，且采用数值计算方法，相对于在有限元软件中建立轮轨接触模型，计算效率更高。

Description

道岔区轮轨法向接触参数计算方法及装置
技术领域
本发明涉及铁路轨道技术领域领域，具体而言，涉及道岔区轮轨法向接触参数计算方法及装置。
背景技术
铁路道岔由基本轨、尖轨和支撑尖轨的滑床板组成，尖轨在道岔转换设备的牵引下可以在滑床板上滑动，当一侧尖轨滑动至与同侧的基本轨密贴并锁闭时，另一侧尖轨与其同侧的基本轨分离，线路开通一个方向；当尖轨在道岔转换设备的牵引下向另一方向滑动，另一侧的尖轨滑动至与同侧的基本轨密贴时，本侧尖轨与其同侧基本轨分离，线路则开通另外一个方向，从而实现了火车线路的换向。
国内外在研究道岔区转辙器部件的轮轨(即车轮与基本轨和尖轨)的接触问题时，一般有两种方法，一种是将尖轨和基本轨视为一股钢轨来进行研究，通过赫兹或非赫兹的计算方法来计算道岔区轮轨的接触状态，无法考虑尖轨和基本轨的相对错动对轮轨接触状态的影响；另一种则是将基本轨和尖轨的相对错动在有限元软件中进行考虑，通过在有限元软件中建立详实的轮轨接触模型来研究道岔区的轮轨接触状态，计算时间长，研究效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种道岔区轮轨法向接触参数计算方法及装置，以改善现有技术通过有限元软件中建立轮轨接触模型来研究道岔区的轮轨接触状态，计算时间长，研究效率低的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种道岔区轮轨法向接触参数计算方法，所述方法包括：确定车轮与钢轨的接触区域，所述钢轨包括基本轨和尖轨；分别计算所述车轮到所述基本轨的第一最小距离以及所述车轮到所述尖轨的第二最小距离；依据所述第一最小距离和所述第二最小距离，分别确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置；依据所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置，计算接触点垂向距离差；依据所述接触点垂向距离差，确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态；基于所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态，计算所述车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力；依据所述车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力以及Kalker三维非赫兹滚动接触理论，求解所述车轮与所述尖轨和所述基本轨的法向接触参数。
第二方面，本发明实施例还提供一种道岔区轮轨法向接触参数计算装置，所述装置包括：位置确定模块，用于确定车轮与钢轨的接触区域，所述钢轨包括基本轨和尖轨；最小距离计算模块，用于分别计算所述车轮到所述基本轨的第一最小距离以及所述车轮到所述尖轨的第二最小距离；所述位置确定模块还用于依据所述第一最小距离和所述第二最小距离，分别确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置；距离差计算模块，用于依据所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置，计算接触点垂向距离差；接触状态确定模块，用于依据所述接触点垂向距离差，确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态；轮轨力计算模块，用于基于所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态，计算所述车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力；参数确定模块，用于依据所述车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力以及Kalker三维非赫兹滚动接触理论，求解所述车轮与所述尖轨和所述基本轨的法向接触参数。
与现有技术相比，本发明实施例的道岔区轮轨法向接触参数计算方法及装置通过先将尖轨和基本轨视为一体，进行接触区域的初步寻找，再分别对尖轨和基本轨相对于车轮的最小距离进行计算，以找寻车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置，计算接触点垂向距离差，分析车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态，计算车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力，最后计算所述车轮与所述尖轨和所述基本轨的法向接触参数。考虑到尖轨和基本轨相对错动对轮轨接触状态的影响，计算准确，且采用数值计算方法，相对于在有限元软件中建立轮轨接触模型，计算效率更高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的车轮与尖轨、基本轨的结构关系示意图。
图2为本发明第一实施例提供的电子设备的方框示意图。
图3为本发明第一实施例提供的道岔区轮轨法向接触参数计算装置的功能模块示意图。
图4为本发明第一实施例提供的车轮与尖轨、基本轨在第三接触状态的结构关系示意图。
图5为本发明第二实施例提供的道岔区轮轨法向接触参数计算方法的流程图。
图标：10-车轮；20-基本轨；30-尖轨；100-电子设备；101-存储器；102-存储控制器；103-处理器；104-外设接口；105-显示单元；106-音频单元；107-输入输出单元；200-道岔区轮轨法向接触参数计算装置；201-位置确定模块；202-最小距离计算模块；203-距离差计算模块；204-接触状态确定模块；205-轮轨力计算模块；206-参数确定模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
请参考图1，是本发明第一实施例提供的车轮10与尖轨30、基本轨20的结构关系示意图。在铁路交通上，铁路道岔起到了使列车改变轨道进而改变行驶方向的作用，道岔区包括基本轨20、尖轨30和支撑尖轨30的滑床板，车轨可以压在基本轨20和尖轨30上行驶。所述基本轨20下方还设置有胶垫，所述胶垫具有一定弹性，可用于减震。
尖轨30在道岔转换设备的牵引下可以在滑床板上滑动，当一侧尖轨30滑动至与同侧的基本轨20密贴并锁闭时，另一侧尖轨30与其同侧的基本轨20分离，线路开通一个方向；当尖轨30在道岔转换设备的牵引下向另一方向滑动，另一侧的尖轨30滑动至与同侧的基本轨20密贴时，本侧尖轨30与其同侧基本轨20分离，线路则开通另外一个方向，从而实现了火车线路的换向。
请参考图2，是本发明第一实施例提供的电子设备100的方框示意图。本发明实施例提供的道岔区轮轨法向接触参数计算装置200可应用于电子设备100中，所述电子设备100可计算出车轮10与所述尖轨30和所述基本轨20的法向接触参数。
所述电子设备100可以是，但不限于智能手机、个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、移动上网设备(mobileInternet device，MID)等。所述电子设备100的操作系统可以是，但不限于，安卓(Android)系统、IOS(iPhone operating system)系统、Windows phone系统、Windows系统等。
于本发明实施例中，所述电子设备100还包括存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、音频单元106以及输入输出单元107。
所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、显示单元105、音频单元106以及输入输出单元107，各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述道岔区轮轨法向接触参数计算装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中或固化在所述电子设备100的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如，所述道岔区轮轨法向接触参数计算装置200包括的软件功能模块或计算机程序。
处理器103可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。
所述外设接口104将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。例如，外设接口104可以接入测距仪、压力传感器等。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
显示单元105在所述电子设备100与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元105可以是液晶显示器或触控显示器。音频单元106向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。
输入输出单元107用于提供给用户输入数据实现用户与所述电子设备100的交互。所述输入输出单元107可以是，但不限于，鼠标和键盘等。
请参考图3并结合图1，图3是本发明第一实施例提供的道岔区轮轨法向接触参数计算装置200的方框示意图。所述道岔区轮轨法向接触参数计算装置200包括位置确定模块201、最小距离计算模块202、距离差计算模块203、接触状态确定模块204、轮轨力计算模块205以及参数确定模块206。
所述位置确定模块201，用于确定车轮10与钢轨的接触区域，所述钢轨包括尖轨30和基本轨20。具体的，首先将尖轨30、基本轨20视为一体，基于迹线法的基本原理，通过迭代求解列车的左右两个车轮10分别到钢轨的距离来确定车轮10与钢轨的接触区域，由于此接触区域是将尖轨30、基本轨20视为一体而确定的，需要进一步将尖轨30和基本轨20分开考虑，准确的计算。
最小距离计算模块202，用于分别计算所述车轮10到所述基本轨20的第一最小距离以及所述车轮10到所述尖轨30的第二最小距离。
所述位置确定模块201还用于依据所述第一最小距离和所述第二最小距离，分别确定所述车轮10与所述尖轨30、所述基本轨20的接触点位置。所述第一最小距离和所述第二最小距离分别对应的接触点，就是车轮10与尖轨30和所述基本轨20的接触点位置。
所述距离差计算模块203，用于所述车轮10与所述尖轨30、所述基本轨20的接触点位置，计算接触点垂向距离差。具体的，依据公式hwr＝d2-d1计算所述接触点垂向距离差，其中，hwr表示接触点垂向距离差，d1表示所述第一最小距离，d2表示所述第二最小距离。
所述接触状态确定模块204，用于依据所述接触点垂向距离差，确定所述车轮10与所述尖轨30、所述基本轨20的接触状态。
具体的，依据接触点垂向距离差hwr的大小进行判别，若所述接触点垂向距离差满足hwr>w1+ust,P，则所述车轮10的轮轨力全部作用于所述基本轨20，定义为第一接触状态。
若所述接触点垂向距离差满足hwr＜-usw,P，则所述车轮10的轮轨力全部作用于所述尖轨30，定义为第二接触状态。
若所述接触点垂向距离差满足-usw,P≤hwr≤w1+ust,P，则所述车轮10的轮轨力部分作用于所述基本轨20，部分作用于所述尖轨30，定义为第三接触状态。
其中，w1＝P/kr，ust,P为在所述车轮10的总荷载作用下，所述基本轨20的垂向弹性位移，w1为所述基本轨20的垂向刚性位移，P为所述车轮10总荷载，kr为所述基本轨20下的胶垫的垂向刚度，usw,P为在所述车轮10的总荷载作用下，所述尖轨30的垂向弹性位移。需要提到的是，本实施例中的垂向和法向与图1中车轮10总载荷P的力的作用方向相同或相反。
所述轮轨力计算模块205，用于基于所述车轮10与所述尖轨30、所述基本轨20的接触状态，计算所述车轮10对所述尖轨30和所述基本轨20的轮轨力。具体的，在第一接触状态和第二接触状态时，车轮10的总载荷均施加在基本轨20或尖轨30上，其轮轨力即为总载荷P。
请参考图4，是本发明第一实施例提供的车轮10与尖轨30、基本轨20在第三接触状态的结构关系示意图。在第三接触状态时，车轮10的总载荷P分别施加于尖轨30和基本轨20，使尖轨30和基本轨20发生一定的弹性位移。依据所述车轮10、所述尖轨30和所述基本轨20的位移协调关系得到
wst+(ust-usw)＝hwr，
所述基本轨20在荷载作用下的刚性方程和弹性方程分别为
wst＝Pr/kr
ust＝Pst/kst,c，
所述尖轨30的弹性位移方程为usw＝Psw/ksw,c，
依据所述基本轨20、所述尖轨30和所述车轮10的受力平衡，得到Pst＝Pr，P＝Pst+Psw，
联立上述各式可计算所述基本轨20承受的轮轨力为
所述尖轨30承受的轮轨力为Psw＝P-Pst，
其中，wst为所述基本轨20的垂向刚性位移，Pst为所述车轮10与所述基本轨20之间的垂向轮轨相互作用力，ust为所述基本轨20的垂向弹性位移，Psw为所述车轮10与所述尖轨30之间的垂向轮轨相互作用力，usw为所述尖轨30的垂向弹性位移，Pr为所述基本轨20下的胶垫对所述基本轨20的支反力，kst,c为所述车轮10与所述基本轨20的弹性接触刚度，ksw,c为所述车轮10与所述尖轨30的弹性接触刚度。
所述参数确定模块206，用于依据所述车轮10对所述尖轨30和所述基本轨20的轮轨力以及Kalker三维非赫兹滚动接触理论，求解所述车轮10与所述尖轨30和所述基本轨20的法向接触参数。由轮轨力计算模块205计算出所述车轮10对所述尖轨30和所述基本轨20的轮轨力后，依据Kalker三维非赫兹滚动接触理论可计算出车轮10与所述尖轨30和所述基本轨20的法向接触参数，包括接触斑的形状、大小以及法向接触应力的分布等。
本实施例的道岔区轮轨法向接触参数计算装置200通过分别对尖轨30和基本轨20进行接触点的寻找，以及轮轨力的分析，考虑到尖轨30和基本轨20相对错动对轮轨接触状态的影响，计算准确，且采用数值计算方法，相对于在有限元软件中建立轮轨接触模型，计算效率更高。
第二实施例
请参考图5，是本发明第二实施例提供的道岔区轮轨法向接触参数计算方法的流程图。需要说明的是，本发明所述的道岔区轮轨法向接触参数计算方法并不以图5以及以下所述的具体顺序为限制。应当理解，在其它实施例中，本发明所述的道岔区轮轨法向接触参数计算方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。本实施例的道岔区轮轨法向接触参数计算方法应用于第一实施例的道岔区轮轨法向接触参数计算装置200。下面将对图5所示的具体流程进行详细阐述。请参阅图5，所述道岔区轮轨法向接触参数计算方法包括：
步骤S101，确定车轮10与钢轨的接触区域。首先将尖轨30、基本轨20视为一体(即钢轨)，基于迹线法的基本原理，通过迭代求解列车的左右两个车轮10分别到钢轨的距离来确定车轮10与钢轨的接触区域。
本实施例中，所述步骤S101可以由位置确定模块201执行。
步骤S102，分别计算车轮10到基本轨20的第一最小距离以及车轮10到尖轨30的第二最小距离。
本实施例中，所述步骤S102可以由最小距离计算模块202执行。
步骤S103，分别确定所述车轮10与所述尖轨30、所述基本轨20的接触点位置。所述第一最小距离和所述第二最小距离分别对应的接触点，就是车轮10与尖轨30和所述基本轨20的接触点位置。
本实施例中，所述步骤S103可以由位置确定模块201执行。
步骤S104，计算接触点垂向距离差。
依据公式hwr＝d2-d1计算所述接触点垂向距离差，其中，hwr表示接触点垂向距离差，d1表示所述第一最小距离，d2表示所述第二最小距离。
本实施例中，所述步骤S104可以由距离差计算模块203执行。
步骤S105，确定所述车轮10与所述尖轨30、所述基本轨20的接触状态。
具体的，依据接触点垂向距离差hwr的大小进行判别，若所述接触点垂向距离差满足hwr>w1+ust,P，则所述车轮10的轮轨力全部作用于所述基本轨20，定义为第一接触状态。
若所述接触点垂向距离差满足hwr＜-usw,P，则所述车轮10的轮轨力全部作用于所述尖轨30，定义为第二接触状态。
若所述接触点垂向距离差满足-usw,P≤hwr≤w1+ust,P，则所述车轮10的轮轨力部分作用于所述基本轨20，部分作用于所述尖轨30，定义为第三接触状态。
其中，w1＝P/kr，ust,P为在所述车轮10的总荷载作用下，所述基本轨20的垂向弹性位移，w1为所述基本轨20的垂向刚性位移，P为所述车轮10总荷载，kr为所述基本轨20下的胶垫的垂向刚度，usw,P为在所述车轮10的总荷载作用下，所述尖轨30的垂向弹性位移。
本实施例中，所述步骤S105可以由接触状态确定模块204执行。
步骤S106，计算所述车轮10对所述尖轨30和所述基本轨20的轮轨力。
具体的，在第一接触状态和第二接触状态时，车轮10的总载荷均施加在基本轨20或尖轨30上，其轮轨力即为总载荷P。请再次参考图4，在第三接触状态时，车轮10的总载荷P分别施加于尖轨30和基本轨20，使尖轨30和基本轨20发生一定的弹性位移。依据所述车轮10、所述尖轨30和所述基本轨20的位移协调关系得到
wst+(ust-usw)＝hwr，
所述基本轨20在荷载作用下的刚性方程和弹性方程分别为
wst＝Pr/kr
ust＝Pst/kst,c，
所述尖轨30的弹性位移方程为usw＝Psw/ksw,c，
依据所述基本轨20、所述尖轨30和所述车轮10的受力平衡，得到Pst＝Pr，P＝Pst+Psw，
联立上述各式可计算所述基本轨20承受的轮轨力为
所述尖轨30承受的轮轨力为Psw＝P-Pst，
其中，wst为所述基本轨20的垂向刚性位移，Pst为所述车轮10与所述基本轨20之间的垂向轮轨相互作用力，ust为所述基本轨20的垂向弹性位移，Psw为所述车轮10与所述尖轨30之间的垂向轮轨相互作用力，usw为所述尖轨30的垂向弹性位移，Pr为所述基本轨20下的胶垫对所述基本轨20的支反力，kst,c为所述车轮10与所述基本轨20的弹性接触刚度，ksw,c为所述车轮10与所述尖轨30的弹性接触刚度。
本实施例中，所述步骤S106可以由轮轨力计算模块205执行。
步骤S107，求解所述车轮10与所述尖轨30和所述基本轨20的法向接触参数。
由步骤S106计算出所述车轮10对所述尖轨30和所述基本轨20的轮轨力后，依据Kalker三维非赫兹滚动接触理论可计算出车轮10与所述尖轨30和所述基本轨20的法向接触参数，包括接触斑的形状、大小以及法向接触应力的分布等。
本实施例中，所述步骤S107可以由参数确定模块206执行。
需要提到的是，本实施例中的垂向和法向与图1中车轮10总载荷P的力的作用方向相同或相反。
综上所述，本发明实施例的道岔区轮轨法向接触参数计算方法及装置通过先将尖轨和基本轨视为一体，进行接触区域的初步寻找，再分别对尖轨和基本轨相对于车轮的最小距离进行计算，以找寻车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置，计算接触点垂向距离差，分析车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态，计算车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力，最后计算所述车轮与所述尖轨和所述基本轨的法向接触参数。考虑到尖轨和基本轨相对错动对轮轨接触状态的影响，计算准确，且采用数值计算方法，相对于在有限元软件中建立轮轨接触模型，计算效率更高。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种道岔区轮轨法向接触参数计算方法，其特征在于，所述方法包括：
确定车轮与钢轨的接触区域，所述钢轨包括基本轨和尖轨；
分别计算所述车轮到所述基本轨的第一最小距离以及所述车轮到所述尖轨的第二最小距离；
依据所述第一最小距离和所述第二最小距离，分别确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置；
依据所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置，计算接触点垂向距离差；
依据所述接触点垂向距离差，确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态；
基于所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态，计算所述车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力；
依据所述车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力以及Kalker三维非赫兹滚动接触理论，求解所述车轮与所述尖轨和所述基本轨的法向接触参数；
所述确定车轮与钢轨的接触区域的步骤，包括：
将尖轨、基本轨视为一体的钢轨，基于迹线法的基本原理，通过迭代求解列车的左右两个车轮分别到钢轨的距离来确定车轮与钢轨的接触区域。
2.根据权利要求1所述的道岔区轮轨法向接触参数计算方法，其特征在于，所述方法包括：依据公式hwr＝d2-d1计算所述接触点垂向距离差，其中，hwr表示接触点垂向距离差，d1表示所述第一最小距离，d2表示所述第二最小距离。
3.根据权利要求2所述的道岔区轮轨法向接触参数计算方法，其特征在于，所述依据所述接触点垂向距离差，确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态的步骤包括：
若所述接触点垂向距离差满足hwr>w1+ust,P，则所述车轮的轮轨力全部作用于所述基本轨，此为第一接触状态，其中，w1＝P/kr，ust,P为在所述车轮的总荷载作用下，所述基本轨的垂向弹性位移，w1为所述基本轨的垂向刚性位移，P为所述车轮总荷载，kr为所述基本轨的轨下胶垫的垂向刚度。
4.根据权利要求3所述的道岔区轮轨法向接触参数计算方法，其特征在于，所述依据所述接触点垂向距离差，确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态的步骤还包括：
若所述接触点垂向距离差满足hwr<-usw,P，则所述车轮的轮轨力全部作用于所述尖轨，此为第二接触状态，其中，usw,P为在所述车轮的总荷载作用下，所述尖轨的垂向弹性位移。
5.根据权利要求4所述的道岔区轮轨法向接触参数计算方法，其特征在于，所述依据所述接触点垂向距离差，确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态的步骤还包括：
若所述接触点垂向距离差满足-usw,P≤hwr≤w1+ust,P，则所述车轮的轮轨力部分作用于所述基本轨，部分作用于所述尖轨，此为第三接触状态。
6.根据权利要求5所述的道岔区轮轨法向接触参数计算方法，其特征在于，所述计算所述车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力包括：
依据所述车轮、所述尖轨和所述基本轨的位移协调关系得到
wst+(ust-usw)＝hwr；
所述基本轨在荷载作用下的刚性方程和弹性方程分别为
wst＝Pr/kr
ust＝Pst/kst,c；
所述尖轨的弹性位移方程为usw＝Psw/ksw,c；
依据所述基本轨、所述尖轨和所述车轮的受力平衡，得到Pst＝Pr，P＝Pst+Psw；
计算所述基本轨承受的轮轨力为
所述尖轨承受的轮轨力为Psw＝P-Pst；
其中，wst为所述基本轨的垂向刚性位移，Pst为所述车轮与所述基本轨之间的垂向轮轨相互作用力，ust为所述基本轨的垂向弹性位移，Psw为所述车轮与所述尖轨之间的垂向轮轨相互作用力，usw为所述尖轨的垂向弹性位移，Pr为所述基本轨下的胶垫对所述基本轨的支反力，kst,c为所述车轮与所述基本轨的弹性接触刚度，ksw,c为所述车轮与所述尖轨的弹性接触刚度。
7.一种道岔区轮轨法向接触参数计算装置，其特征在于，所述装置包括：
位置确定模块，用于确定车轮与钢轨的接触区域，所述钢轨包括基本轨和尖轨；
最小距离计算模块，用于分别计算所述车轮到所述基本轨的第一最小距离以及所述车轮到所述尖轨的第二最小距离；
所述位置确定模块还用于依据所述第一最小距离和所述第二最小距离，分别确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置；
距离差计算模块，用于依据所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触点位置，计算接触点垂向距离差；
接触状态确定模块，用于依据所述接触点垂向距离差，确定所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态；
轮轨力计算模块，用于基于所述车轮与所述尖轨、所述基本轨的接触状态，计算所述车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力；
参数确定模块，用于依据所述车轮对所述尖轨和所述基本轨的轮轨力以及Kalker三维非赫兹滚动接触理论，求解所述车轮与所述尖轨和所述基本轨的法向接触参数；
所述位置确定模块，用于：
将尖轨、基本轨视为一体的钢轨，基于迹线法的基本原理，通过迭代求解列车的左右两个车轮分别到钢轨的距离来确定车轮与钢轨的接触区域。
8.根据权利要求7所述的道岔区轮轨法向接触参数计算装置，其特征在于，所述距离差计算模块还用于：依据公式hwr＝d2-d1计算所述接触点垂向距离差，其中，hwr表示接触点垂向距离差，d1表示所述第一最小距离，d2表示所述第二最小距离。
9.根据权利要求8所述的道岔区轮轨法向接触参数计算装置，其特征在于，接触状态确定模块还用于：
若所述接触点垂向距离差满足hwr>w1+ust,P，则所述车轮的轮轨力全部作用于所述基本轨，此为第一接触状态；
若所述接触点垂向距离差满足hwr<-usw,P，则所述车轮的轮轨力全部作用于所述尖轨，此为第二接触状态；
若所述接触点垂向距离差满足-usw,P≤hwr≤w1+ust,P，则所述车轮的轮轨力部分作用于所述基本轨，部分作用于所述尖轨，此为第三接触状态；
其中，w1＝P/kr，ust,P为在所述车轮的总荷载作用下，所述基本轨的垂向弹性位移，w1为所述基本轨的垂向刚性位移，P为所述车轮总荷载，kr为所述基本轨的轨下胶垫的垂向刚度，usw,P为在所述车轮的总荷载作用下，所述尖轨的垂向弹性位移。
10.根据权利要求9所述的道岔区轮轨法向接触参数计算装置，其特征在于，所述轮轨力计算模块还用于：
依据所述车轮、所述尖轨和所述基本轨的位移协调关系得到
wst+(ust-usw)＝hwr；
所述基本轨在荷载作用下的刚性方程和弹性方程分别为
wst＝Pr/kr
ust＝Pst/kst,c；
所述尖轨的弹性位移方程为usw＝Psw/ksw,c；
依据所述基本轨、所述尖轨和所述车轮的受力平衡，得到Pst＝Pr，P＝Pst+Psw；
计算所述基本轨承受的轮轨力为
所述尖轨承受的轮轨力为Psw＝P-Pst；
其中，wst为所述基本轨的垂向刚性位移，Pst为所述车轮与所述基本轨之间的垂向轮轨相互作用力，ust为所述基本轨的垂向弹性位移，Psw为所述车轮与所述尖轨之间的垂向轮轨相互作用力，usw为所述尖轨的垂向弹性位移，Pr为所述基本轨下的胶垫对所述基本轨的支反力，kst,c为所述车轮与所述基本轨的弹性接触刚度，ksw,c为所述车轮与所述尖轨的弹性接触刚度。
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