CN112287472B - 一种道岔尖轨截面计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于道岔尖轨设计技术领域，涉及一种道岔尖轨截面计算方法。本发明提供的方法中，尖轨上的任意截面均可利用完整截面和需要生成的截面参数即可完成截面廓形计算，不需要利用多个控制截面进行插值，计算方法简单。并且利用尖轨刀盘在完整截面上的平移定位及截断来生成尖轨截面，因为保持其原有廓形不变，所以无数据误差。

Description

一种道岔尖轨截面计算方法
技术领域
本发明属于道岔尖轨设计技术领域，涉及一种道岔尖轨截面计算方法，适用于车辆道岔耦合动力学计算软件编制时尖轨截面(顶面廓形)生成。
背景技术
机车车辆由一条线路分支进入或越过另一条线路的连接及交叉设备分支称为道岔。车轮通过道岔时有两处轮载过渡区域：转辙器部分尖轨与基本轨过渡区域、辙叉部分翼轨与心轨过渡区域。为引导车轮进入另一条线路，尖轨及心轨截面设计沿长度方向是变化的。准确的道岔尖轨截面数据，可用于加工完毕的尖轨实际廓形与设计标准廓形的对比，提高尖轨实际廓形检查准确性。
现有技术，如《轮轨多点接触及车辆-道岔系统动态相互作用》一书中介绍了一种尖轨截面计算方法：首先确定尖轨关键截面，任一非关键截面外形数据都可依据其前后控制截面外形、该截面宽度和降低值等参数通过插值获取，见附图1；例如对于顶宽30mm截面，可依据前一控制截面20mm、后一控制截面40mm以及顶宽30mm截面在尖轨纵向位置插值得到。但是该方法需要编制程序实现，操作复杂且插值精度不高，不能满足非关键截面廓形设计和检查精度要求。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种道岔尖轨截面计算方法，通过本发明提供的方法，利用尖轨完整截面即可生成尖轨任意位置的截面廓形，截面生成不需要利用关键截面进行插值计算；可以准确的生成尖轨任意非关键截面廓形，满足非关键截面廓形设计和检查精度要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种道岔尖轨截面计算方法，所述方法包括：
1)根据轮轨接触点发生在尖轨顶面，在轨顶以下距离长度为Dmm处确定一水平线，称为尖轨截面生成临界线，确定尖轨截面生成范围为在轨顶以下0～Dmm；
在所述尖轨截面生成临界线上测量获取已知参数，包括完整截面尖轨轨头宽度Wj、变截面尖轨轨头宽度Wb、变截面尖轨非工作边到尖轨中心线距离Wx；并获取已知参数尖轨降低值h；
2)在所述尖轨截面生成临界线上，利用变截面尖轨非工作边到尖轨中心线距离Wx在尖轨完整截面廓形上确定尖轨非工作边和所述尖轨截面生成临界线的交点a点；
3)在所述尖轨截面生成临界线上，利用a点位置以及变截面尖轨轨头宽度Wb在尖轨完整截面廓形上确定尖轨工作边和所述尖轨截面生成临界线的交点b点；
4)移动尖轨刀盘，使尖轨刀盘的工作边和尖轨完整截面廓形上的b点重合，且尖轨刀盘的轨顶和尖轨完整截面廓形的轨顶位于同一水平线上；给出尖轨顶面以下距离为h处的水平线l，过a点做尖轨截面生成临界线的第一垂线，再过a点相对于尖轨截面生成临界线的第一垂线做1:n的第一斜线，所述第一斜线在第一垂线的右侧，所述第一斜线与第一垂线的角度正切值为1/n；所述第一斜线与水平线l相交于c点，过c点做尖轨截面生成临界线的第二垂线，再过c点相对于尖轨截面生成临界线的第二垂线做1:n的第二斜线，所述第二斜线在第二垂线的左侧，所述第二斜线与第二垂线的角度正切值为1/n，所述第二斜线与尖轨刀盘相交于d点；
5)沿着第二斜线方向移动尖轨刀盘，使d点与c点重合，此时，ac线段以及cb之间的尖轨刀盘廓形形成的acb廓形即为所要生成的尖轨截面廓形，所述尖轨截面廓形的尖轨顶宽等于Wb、降低值为h。
进一步地，步骤1)中，D的取值为16，在轨顶以下距离长度为16mm处确定的16mm水平线为尖轨截面生成临界线，确定尖轨截面生成范围为在轨顶以下0～16mm；
在轨顶下16mm水平线上测量获得完整截面尖轨轨头宽度Wj、变截面尖轨轨头宽度Wb、变截面尖轨非工作边到尖轨中心线距离Wx。
进一步地，所述尖轨降低值h为尖轨顶面相对于基本轨顶面的高差；h取值在0～5mm。
进一步地，所述尖轨刀盘为完整截面尖轨在高度0～Dmm内廓形，用于生成任意截面尖轨廓形。
本发明的有益技术效果：
本发明提供的道岔尖轨截面计算方法，利用利用完整截面和需要生成的截面参数即可完成截面廓形计算即可生成不同位置、对应宽度及降低值的尖轨截面。
本发明所述方法能够提供准确的道岔尖轨截面数据，可用于加工完毕的尖轨实际廓形与设计标准廓形的对比，提高尖轨实际廓形检查准确性；车辆道岔耦合动力学建模时，用于生成尖轨非关键断面廓形，尖轨断面生成计算方法简单、数据精度高。
附图说明
图1为现有技术中采用截面插值法计算尖轨非关键截面外形插值示意图；
图2为本发明实施例中道岔尖轨截面计算方法中各参数及布置示意图；
图3为本发明实施例中道岔尖轨截面计算方法生成的尖轨截面廓形示意图；
图4为本发明实施例中道岔尖轨截面计算方法生成的尖轨截面与基本轨的组合示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
针对现有技术中尖轨截面插值算法需要利用多个控制截面进行插值，计算方法复杂，精度低的问题，本发明提供一种道岔尖轨截面计算方法，利用尖轨刀盘在完整截面上的平移定位及截断来生成尖轨截面。
在本实施例中，所述方法包括以下步骤：
1)根据轮轨接触点发生在尖轨顶面，在轨顶以下距离长度为Dmm处确定一水平线，称为尖轨截面生成临界线，确定尖轨截面生成范围为在轨顶以下0～Dmm；
在本实施例中，D的取值为16，在轨顶以下距离长度为16mm处确定的16mm水平线为尖轨截面生成临界线，确定尖轨截面生成范围为在轨顶以下0～16mm；
在轨顶下16mm水平线上测量获得完整截面尖轨轨头宽度Wj、变截面尖轨轨头宽度Wb、变截面尖轨非工作边到尖轨中心线距离Wx。
并获取已知参数尖轨降低值h；尖轨降低值h为尖轨顶面相对于基本轨顶面的高差，h取值一般在0～5mm；
2)在所述尖轨截面生成临界线上，利用变截面尖轨非工作边到尖轨中心线距离Wx在尖轨完整截面廓形上确定尖轨非工作边和所述尖轨截面生成临界线的交点a点；
在本实施例中，a点为钢轨顶面以下尖轨截面生成临界线(16mm水平线)与尖轨廓形的外侧(远离线路中心线)的交点；
3)在所述尖轨截面生成临界线上，利用a点位置以及变截面尖轨轨头宽度Wb在尖轨完整截面廓形上确定尖轨工作边和所述尖轨截面生成临界线的交点b点；
在本实施例中，b点为钢轨顶面以下尖轨截面生成临界线(16mm水平线)与尖轨廓形的内侧(靠近线路中心线)的交点；
4)移动尖轨刀盘，使尖轨刀盘的工作边和尖轨完整截面廓形上的b点重合，且尖轨刀盘的轨顶和尖轨完整截面廓形的轨顶位于同一水平线上；给出尖轨顶面以下距离为h处的水平线l，过a点做尖轨截面生成临界线的第一垂线，再过a点相对于尖轨截面生成临界线的第一垂线做1:n的第一斜线，第一斜线在第一垂线的右侧，第一斜线与第一垂线的角度正切值为1/n；所述第一斜线与水平线l相交于c点，过c点做尖轨截面生成临界线的第二垂线，再过c点相对于尖轨截面生成临界线的第二垂线做1:n的第二斜线，第二斜线在第二垂线的左侧，第二斜线与第二垂线的角度正切值为1/n；第二斜线与尖轨刀盘相交于d点；
其中，所述尖轨刀盘为完整截面尖轨在高度0～Dmm内廓形，用于生成任意截面尖轨廓形。
5)沿着第二斜线方向移动尖轨刀盘，使d点与c点重合；其中，因为移动刀盘从d点到c点是沿第二斜线1:n方向向右下方移动的，所以尖轨刀盘和16mm水平线的交点位置还是原来的b点位置；此时，ac线段和cb之间的尖轨刀盘廓形形成的acb廓形即为所要生成的尖轨截面廓形，所述尖轨截面廓形的尖轨顶宽等于Wb、降低值为h。
与现有尖轨截面插值算法相比，本发明提供的方法有以下优点：
(1)尖轨截面生成简单；尖轨上的任意截面均可利用尖轨完整截面和需要生成的截面参数即可完成截面廓形计算，不需要利用多个控制截面进行插值，计算方法简单。
(2)生成的尖轨截面廓形精度高；本发明提供的方法利用尖轨刀盘在完整截面上的平移定位及截断来生成尖轨截面，因为保持其原有廓形不变，所以无数据误差，而采用关键截面插值法生成的截面存在计算误差。

Claims (4)

1.一种道岔尖轨截面计算方法，其特征在于，所述方法包括：
1)由于轮轨接触点发生在尖轨顶面，在轨顶以下距离长度为Dmm处确定一水平线，称为尖轨截面生成临界线，确定尖轨截面生成范围为在轨顶以下0～Dmm；
在所述尖轨截面生成临界线上测量获取已知参数，包括完整截面尖轨轨头宽度Wj、变截面尖轨轨头宽度Wb、变截面尖轨非工作边到尖轨中心线距离Wx；并获取已知参数尖轨降低值h；
2)在所述尖轨截面生成临界线上，利用变截面尖轨非工作边到尖轨中心线距离Wx在尖轨完整截面廓形上确定尖轨非工作边和所述尖轨截面生成临界线的交点a点；
3)在所述尖轨截面生成临界线上，利用a点位置以及变截面尖轨轨头宽度Wb在尖轨完整截面廓形上确定尖轨工作边和所述尖轨截面生成临界线的交点b点；
4)移动尖轨刀盘，使尖轨刀盘的工作边和尖轨完整截面廓形上的b点重合，且尖轨刀盘的轨顶和尖轨完整截面廓形的轨顶位于同一水平线上；给出尖轨顶面以下距离为h处的水平线l，过a点做尖轨截面生成临界线的第一垂线，再过a点相对于尖轨截面生成临界线的第一垂线做1:n的第一斜线，所述第一斜线在第一垂线的右侧，所述第一斜线与第一垂线的角度正切值为1/n；所述第一斜线与水平线l相交于c点，过c点做尖轨截面生成临界线的第二垂线，再过c点相对于尖轨截面生成临界线的第二垂线做1:n的第二斜线，所述第二斜线在第二垂线的左侧，所述第二斜线与第二垂线的角度正切值为1/n，所述第二斜线与尖轨刀盘相交于d点；
5)沿着第二斜线方向移动尖轨刀盘，使d点与c点重合，此时，ac线段以及cb之间的尖轨刀盘廓形形成的acb廓形即为所要生成的尖轨截面廓形，所述尖轨截面廓形的尖轨顶宽等于Wb、尖轨降低值为h。
2.根据权利要求1所述一种道岔尖轨截面计算方法，其特征在于，步骤1)中，D的取值为16，在轨顶以下距离长度为16mm处确定的16mm水平线为尖轨截面生成临界线，确定尖轨截面生成范围为在轨顶以下0～16mm；
在轨顶下16mm水平线上测量获得完整截面尖轨轨头宽度Wj、变截面尖轨轨头宽度Wb、变截面尖轨非工作边到尖轨中心线距离Wx。
3.根据权利要求1所述一种道岔尖轨截面计算方法，其特征在于，所述尖轨降低值h为尖轨顶面相对于基本轨顶面的高差；h取值在0～5mm。
4.根据权利要求1所述一种道岔尖轨截面计算方法，其特征在于，所述尖轨刀盘为完整截面尖轨在高度0～Dmm内廓形，用于生成任意截面尖轨廓形。
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