CN112836313B - 一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，包括以下步骤：1)测量线路上需要打磨的道岔区钢轨廓形；2)测量线路上不同类型车辆的车轮廓形；3)建立车辆‑道岔耦合动力学模型；4)对原始的接触光带进行优化；5)将优化设计的接触光带位置作为设计目标，对道岔区钢轨廓形进行逆向反推设计；6)仿真分析，得到优化后钢轨上的接触光带，并与目标接触光带位置进行对比分析，判断是否满足设计要求；7)若为否，返回执行步骤4)，若为是，对车辆通过道岔的动力学性能进行比较分析；本方法可实现对任意线路上道岔区钢轨的廓形进行设计，得到的设计结果具有鲁棒性好，稳定性高，优化效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及铁道线路工程领域，尤其涉及一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法。
背景技术
道岔是引导机车车辆改变或者跨越所在股轨道的主要设备，其结构复杂，行车安全性低、使用寿命较短、养护维修投入大，是铁路轨道结构中最薄弱的部件之一。当机车车辆通过道岔时，由于尖轨的顶宽和高度是不断变化，转辙器区的轮轨接触状态也随之变化，轮轨接触点会从基本轨上转移到尖轨上。由于接触点的跳跃和轮轨接触状态的不断变化，会导致机车车辆在通过道岔时，会产生较大的轮轨间动态相互作用力，而这些力是导致钢轨发生病害的主要原因。
道岔区钢轨较区间线路更容易出现病害伤损，需要更多的成本来维护。而钢轨打磨技术作为铁路养护的一种重要方法，能消除和抑制钢轨表面伤损，延长钢轨的使用寿命，确保铁路运输的安全性和经济性最大。
钢轨打磨作业主要分为三个方面：打磨目的、打磨方式、打磨廓形。钢轨打磨的目的主要是为了消除钢轨表面的伤损，改善轮轨关系；钢轨打磨的方式取决于钢轨的伤损程度、伤损类型、打磨深度等因素决定。现阶段，道岔区钢轨打磨廓形大多都是经验设计的廓形，依靠经验来设计的钢轨打磨廓形缺少理论基础，并且靠经验设计出来的廓形已经不能满足更高速的列车和重载列车的运行。由于道岔区钢轨特有的凹陷特征(尖轨贴靠基本轨而形成的凹陷)，常规的反推方法设计出的廓形都是连续线性，很难满足特有的凹陷特征。因此，需要根据理论和经验共存的设计方法，来设计打磨廓形。
钢轨廓形设计的实质是根据轮轨接触理论调整钢轨的几何外形，达到较优的轮轨接触几何关系和接触力学性能，最终能改善车辆、轨道的动力学性能。虽然轮径差函数是描述车轮和钢轨接触的最主要特征之一，它对机车车辆的稳定性、曲线通过性以及轮轨磨耗有着重要的影响，也决定了轮对的动态性能。但是该指标不便于铁路工务部门在现场的直观判断，因此，迫切需要研究出一种能便于铁路工作者在现场直观描述和判断的钢轨廓形的设计方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，可实现对任意线路上道岔区钢轨的廓形进行设计，并考虑了实际线路的钢轨、车辆、车轮的情况，得到的设计结果具有鲁棒性好，稳定性高，优化效率高的优点。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，包括如下步骤：
步骤1：测量需要打磨的道岔钢轨的廓形，记录道岔的基本参数、钢轨的接触光带位置以及病害伤损形式，道岔的基本参数包括轨距、轨底坡、道岔长度、曲线半径、道岔型号以及道岔的通过方向；
步骤2：从经过待打磨道岔的车辆中，选取经过频次P≥10次/月的N种车辆作为常规运营车辆，N>1，并对常规运营车辆进行分类，记录各类车辆的经过频次，并按经过频次随机测量每类车辆的车轮廓形；
步骤3：建立车辆-道岔耦合动力学模型，于各类车辆模型中设置对应的车轮廓形，然后通过计算机仿真得到各类车辆在经过道岔时对应的接触光带位置和动力学性能，并将仿真得到的接触光带位置和实际的接触光带位置进行对比，根据实际的接触光带位置修正仿真得到的接触光带位置，使仿真得到的接触光带位置与实际的接触光带位置吻合，并将最终仿真得到的接触光带位置定义为原始接触光带位置；
步骤4：根据车辆通过道岔时的动力学要求以及步骤1获得的现场道岔的病害伤损形式、钢轨的接触光带位置，对步骤3得到的原始接触光带位置进行优化设计得到第一优化接触光带位置；
步骤5：以步骤4得到的第一优化接触光带位置为优化目标，对道岔区的钢轨廓形进行逆向反推设计得到优化钢轨廓形；
步骤6：对步骤5得到的优化钢轨廓形与不同的车辆进行仿真分析，仿真出第二优化接触光带位置，将第二优化接触光带位置与第一优化接触光带位置进行对比，判断是否满足设计要求；
步骤7：若为否，返回执行步骤4，若为是，再对车辆通过道岔时的动力学性能进行比较，判断优化后的动力学性能是否优于优化前的动力学性能；
步骤8：若为否，返回执行步骤4，若为是，输出最终的优化钢轨廓形。
优选地，所述步骤1中测量需要打磨的道岔钢轨的廓形时，根据测量的尖轨降低值数据，在尖轨和滑床台之间垫入铁垫片或者橡胶垫，使得尖轨降低值达到修规要求。
优选地，所述步骤3建立车辆-道岔耦合动力学模型具体包括如下步骤：
S31：根据步骤1中测量的道岔钢轨的廓形以及道岔的基本参数，建立实参数的道岔区轨道模型；
S32：根据步骤2中得到的常规运营车辆的信息，建立不同类型车辆的实参数车辆模型；
S33：通过计算机仿真得到各类车辆在经过道岔时对应的接触光带位置和动力学性能；
S34：将仿真得到的接触光带位置与步骤1中获得的实际的接触光带位置进行对比，根据实际的接触光带位置修正仿真得到的接触光带位置，使仿真得到的接触光带位置与实际的接触光带位置吻合，并将最终仿真得到的接触光带位置定义为原始接触光带位置。
优选地，步骤S33采用计算机仿真接触光带位置时，将各类车辆模型中计算得到的接触斑大小叠加一起，同时考虑轮轨的刚性接触和轮轨的弹性接触。
优选地，所述步骤4中对步骤3得到的原始接触光带位置进行优化设计的具体要求为：优化后道岔区的接触光带居中分布在钢轨顶部，接触光带宽度控制在20～30mm范围内，且沿轨道方向光顺。
优选地，所述步骤5中的逆向反推设计的计算公式为：
式中：yw为轮对任一横移量，轮对中心在全局坐标系下的坐标为(yw0,zw0)，为侧滚角，(ywl,zwl)为左接触点在轮对坐标系下坐标，(yrl,zrl)为左接触点在轨道坐标系下坐标；(ywr,zwr)为右接触点在轮坐标系下坐标，(yrr,zrr)为右接触点在轨道坐标系下坐标，ΔR为左右车轮接触点的纵向坐标之差，obj为目标函数。
优选地，将逆向反推设计的计算公式中的微分代数方程组转为常微分方程，再利用欧拉方法来求解常微分方程，积分步长去0.02mm。
优选地，所述步骤6中的设计要求为第二优化接触光带位置和第一优化接触光带位置的误差控制在5％以内。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明一种基于钢轨接触光带位置的道岔区钢轨打磨廓形设计方法，综合考虑了道岔区轨道的几何尺寸，首先对尖轨降低值进行了分析和调整，确保尖轨降低值满足设计要求，这样能保证后续设计出的钢轨廓形满足铁路修规要求。
2)本发明一种基于钢轨接触光带位置的道岔区钢轨打磨廓形设计方法，与现有打磨廓形设计方法相比，本发明综合考虑了实际线路上道岔的伤损情况，同时考虑了线路上实际运行车辆和车轮情况；建立了车辆-道岔系统动力学模型，并将计算得到接触点位置和实际现场的接触光带进行对比，修正仿真得到的接触光带位置，这样能保证仿真计算结果更准确和真实。
3)本发明一种基于钢轨接触光带位置的道岔区钢轨打磨廓形设计方法，描述轮轨间接触特征的参数有很多种(比如：轮径差函数、等效锥度、接触应力等)，但是他们都需要经过计算机仿真得到，这对现场而言，较难直观判断。而钢轨上接触光带位置与轮轨间的接触特征有很好的关联性，并且可以很直观的体现在铁路工作者的面前。
4)本发明一种基于钢轨接触光带位置的道岔区钢轨打磨廓形设计方法，由于道岔区钢轨与区间线路钢轨的廓形有很大的不同，道岔区钢轨存在特有的凹陷区域，这导致常规逆向设计方法很难设计出具有这一特征的钢轨廓形，而基于钢轨接触光带位置的方法，正好可以直接给定钢轨上设计的区域(接触光带位置)，弥补了传统设计方法的不足。
5)本发明一种基于钢轨接触光带位置的道岔区钢轨打磨廓形设计方法，由于道岔区每个截面处的廓形都不相同，很难用某一个特定的参数来描述整组道岔的特征。而钢轨上接触光带的位置正好是沿车辆行进方向(纵向方向)对整组道岔的一种很好的体现，这样设计出来的廓形确保了纵向方向上，每个截面处都能满足设计需要。
6)本发明一种基于钢轨接触光带位置的道岔区钢轨打磨廓形设计方法，在保证设计结果与设计目标(钢轨上接触光带位置)的一致性基础上，还通过对动力学性能和轮轨接触力学性能的校核，能确保优化后的廓形具有良好的动力学性能和接触力学性能。
7)本发明一种基于钢轨接触光带位置的道岔区钢轨打磨廓形设计方法，都可以通过自编程软件完成，这使得设计方法具有很好的通用性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法的流程图；
图2为道岔区钢轨接触光带位置示意图；
图3为道岔区前段实测钢轨廓形与优化钢轨廓形示意图；
图4为道岔区前段实测钢轨廓形与实测车轮踏面的轮轨接触关系示意图；
图5为道岔区前段优化后钢轨廓形与实测车轮踏面的轮轨接触关系示意图；
图6为道岔区尖轨尖宽为35mm时，实测钢轨廓形与优化钢轨廓形示意图；
图7为道岔区尖轨尖宽为35mm时，实测钢轨廓形与实测车轮踏面的轮轨接触关系示意图；
图8为道岔区尖轨尖宽为35mm时，优化后钢轨廓形与实测车轮踏面的轮轨接触关系示意图；
图9为道岔区实测钢轨廓形和优化后钢轨廓形与实测车轮踏面的等效锥度示意图。
附图标记：
A：实测车轮踏面曲线；B：实测钢轨廓形曲线；A’：实测车轮踏面曲线；B’：优化后的钢轨廓形曲线；C：道岔区尖轨尖宽为35mm时的实测车轮踏面曲线；D：道岔区尖轨尖宽为35mm时的实测钢轨廓形曲线；C’：道岔区尖轨尖宽为35mm时的实测车轮踏面曲线；D’：道岔区尖轨尖宽为35mm时的优化后的钢轨廓形曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
钢轨上接触光带位置与轮径差函数有较好的关联性，钢轨上接触光带位置能很好的间接体现车辆过岔的动力学性能和接触力学性能等，钢轨上接触光带位置是轮轨接触点的宽度和位置的最直观体现，故本申请提出了一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法。
参看图1所示，本实施例提供的一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，包括如下步骤：
步骤1：测量需要打磨的道岔钢轨的廓形，记录道岔的基本参数、钢轨的接触光带位置以及病害伤损形式，道岔的基本参数包括轨距、轨底坡、道岔长度、曲线半径、道岔型号以及道岔的通过方向；
在本实施例中，测量需要打磨的道岔钢轨的廓形时，需要对测量的每个截面位置的尖轨降低值进行分析和调整，具体调整方法为：根据测量的尖轨降低值数据，在尖轨与滑床台之间垫入一定厚度的特制铁垫片或者更换合理厚度的基本轨轨下橡胶垫，使尖轨降低值达到修规要求，以确保尖轨降低值满足铁路修规要求，不同型号道岔要求的尖轨降低值的数值要求不尽相同。但大体相同，例如某型号道岔修规要求为：尖轨尖端降低值为23mm；尖轨轨宽为20mm时，尖轨降低值为3mm；尖轨尖宽为30mm时，尖轨降低值为1.4mm；尖轨尖宽大于等于50mm，尖轨降低值为0mm，若不满足要求，需要调整尖轨和基本轨的相对位置，比如垫高或者降低尖轨轨下胶垫厚度；
通过综合考虑道岔区轨道的几何尺寸，对尖轨降低值进行分析和调整，确保尖轨降低值满足设计要求，这样能保证后续设计出的钢轨廓形满足铁路修规要求；
步骤2：从经过待打磨道岔的车辆中，选取经过频次P≥10次/月的N种车辆作为常规运营车辆，N>1，并对常规运营车辆进行分类，在本实施例中，可以将常规运营车辆分为普速客车、货车及高速动车组等，记录各类车辆的经过频次，并按经过频次随机测量每类车辆的车轮廓形；
步骤3：建立车辆-道岔耦合动力学模型，于各类车辆模型中设置对应的车轮廓形，然后通过计算机仿真得到各类车辆在经过道岔时对应的接触光带位置和动力学性能，并将仿真得到的接触光带位置和实际的接触光带位置进行对比，根据实际的接触光带位置修正仿真得到的接触光带位置，使仿真得到的接触光带位置与实际的接触光带位置吻合，并将最终仿真得到的接触光带位置定义为原始接触光带位置；
参看图2所示，图2为道岔区尖轨尖宽为35mm时的截面，横轴为钢轨廓形横坐标，纵轴为钢轨廓形纵坐标，曲线中加粗部分为钢轨接触光带位置，其余曲线为钢轨廓形曲线；
在本实施例中，建立车辆-道岔耦合动力学模型具体包括如下步骤：
S31：根据步骤1中测量的道岔钢轨的廓形以及道岔的基本参数，建立实参数的道岔区轨道模型；
S32：根据步骤2中得到的常规运营车辆的信息，建立不同类型车辆的实参数车辆模型；
S33：通过计算机仿真得到各类车辆在经过道岔时对应的接触光带位置和动力学性能，如果仅仅考虑接触点的位置，则只考虑了轮轨的刚性接触，故在本实施例中，进行仿真计算时还叠加了接触点处接触斑的大小，从而得到了考虑弹性接触情况下的接触光带位置；
S34：将仿真得到的接触光带位置与步骤1中获得的实际的接触光带位置进行对比，根据实际的接触光带位置修正仿真得到的接触光带位置，使仿真得到的接触光带位置与实际的接触光带位置吻合，并将最终仿真得到的接触光带位置定义为原始接触光带位置；
步骤4：根据车辆通过道岔时的动力学要求以及步骤1获得的现场道岔的病害伤损形式、钢轨的接触光带位置，对步骤3得到的原始接触光带位置进行优化设计得到第一优化接触光带位置，在本实施例中，优化设计的具体要求为：优化后道岔区的接触光带居中分布在钢轨顶部，接触光带宽度控制在20～30mm范围内，且沿轨道方向光顺；
本实施例提供的一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法综合考虑了实际线路上道岔的伤损情况，同时考虑了线路上实际运行车辆和车轮情况；建立了车辆-道岔系统动力学模型，并将计算得到接触点位置和实际现场的接触光带进行对比，修正仿真计算得到的接触光带位置，这样能保证仿真计算结果更准确和真实；
步骤5：以步骤4得到的第一优化接触光带位置为优化目标，对道岔区的钢轨廓形进行逆向反推设计得到优化钢轨廓形；
在本实施例中，逆向反推设计的计算公式为：
式中：yw为轮对任一横移量，轮对中心在全局坐标系下的坐标为(yw0,zw0)，为侧滚角，(ywl,zwl)为左接触点在轮对坐标系下坐标，(yrl,zrl)为左接触点在轨道坐标系下坐标；(ywr,zwr)为右接触点在轮坐标系下坐标，(yrr,zrr)为右接触点在轨道坐标系下坐标，ΔR为左右车轮接触点的纵向坐标之差，obj为目标函数；
在本实施例中，将逆向反推设计的计算公式中的微分代数方程组转为常微分方程，再利用欧拉方法来求解常微分方程，积分步长去0.02mm；
步骤6：对步骤5得到的优化钢轨廓形与不同的车辆进行仿真计算分析，仿真计算出第二优化接触光带位置，将第二优化接触光带位置与第一优化接触光带位置进行对比，判断是否满足设计要求。在本实施例中，设计要求具体为：第二优化接触光带位置与第一优化接触光带位置的误差控制在5％以内；
步骤7：若为否，返回执行步骤4，若为是，再对车辆通过道岔时的动力学性能进行比较，判断优化后的动力学性能是否优于优化前的动力学性能；
步骤8：若为否，返回执行步骤4，若为是，输出最终的优化钢轨廓形。
基于上述步骤，采用MATLAB语言编制了一套计算机软件：“Design_Turnout”。该软件采用组建构架的概念，将每个功能实现模块化设计，既能实现各模块间相对独立的工作，又能保证各模块间的数据传递。该软件主要的设计流程包括：动力学仿真模块、廓形的前处理、廓形的优化设计、廓形的后处理、动态和静态校核等，本实施例提供的基于钢轨接触光带位置的道岔区钢轨打磨廓形设计方法通过自编程软件完成，具有很好的通用性。
本实施例提供的一种基于钢轨接触光带位置的道岔区钢轨打磨廓形设计方法，与现有打磨廓形设计方法相比，本实施例综合考虑了实际线路上道岔的伤损情况，同时考虑了线路上实际运行车辆和车轮情况；建立了车辆-道岔系统动力学模型，并将计算得到接触点位置和实际现场的接触光带进行对比，修正仿真计算得到的接触光带位置，这样能保证仿真计算结果更准确和真实，并且根据现场道岔的病害类型和接触光带位置，以及车辆通过该组道岔时的动力学要求，对原始接触光带进行等优点，以下为具体的对比分析实验：
参看图3所示，图3为优化前后钢轨廓形的对比图。图中，实线曲线为实测的钢轨廓形，虚线曲线为优化后的钢轨廓形，参看图4和图5。图4为优化前道岔区钢轨廓形与实测车轮踏面廓形的轮轨接触关系示意图，图中曲线A代表实测车轮踏面，曲线B代表实测钢轨廓形，剩余的曲线分别代表轮对横移量为12mm～-12mm时，车轮与钢轨接触点的位置；图5为优化后道岔区前段钢轨廓形与实测车轮踏面廓形的轮轨接触关系示意图，图中曲线A’代表实测车轮踏面，曲线B’代表优化后的钢轨廓形，剩余的曲线分别代表轮对横移量为12mm～-12mm时，车轮与钢轨接触点的位置。对比图4可知，优化后轮轨接触点位置分布更均匀，轮轨磨耗更均匀，接触点范围更窄，接触光带更窄，轮轨接触点间的跳跃距离就越小，轮轨间动态作用力越小，从而更能延长钢轨的使用寿命。
参看图6所示，图6为道岔区尖轨尖宽为35mm时，实测钢轨廓形与优化钢轨廓形的对比图。图中，实线曲线为实测的钢轨廓形，虚线曲线为优化后的钢轨廓形，参看图7和图8。图7为道岔区尖轨尖宽为35mm时，实测道岔区钢轨廓形与实测车轮踏面廓形的轮轨接触关系示意图，图中曲线C代表实测车轮踏面，曲线D代表实测钢轨廓形，剩余的曲线分别代表轮对横移量为12mm～-12mm时，车轮与钢轨接触点的位置；图8为道岔区尖轨尖宽为35mm时，优化后道岔区前段钢轨廓形与实测车轮踏面廓形的轮轨接触关系示意图，图中曲线C’代表实测车轮踏面，曲线D’代表优化后的钢轨廓形，剩余的曲线分别代表轮对横移量为12mm～-12mm时，车轮与钢轨接触点的位置。对比图7可知，优化后轮轨接触点位置分布更均匀，轮轨磨耗更均匀，接触点范围更窄，接触光带更窄，轮轨接触点间的跳跃距离就越小，轮轨间动态作用力越小，从而更能延长钢轨的使用寿命。
参看图9所示，图9为道岔区实测钢轨廓形和优化后钢轨廓形与实测车轮踏面的等效锥度示意图。由图可知，优化后等效锥度得到了较好的改善，并且都降低到了0.15左右，车辆蛇形稳定性越好。说明本实施例提供的基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法能满足对道岔区钢轨打磨廓形设计要求。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：测量需要打磨的道岔钢轨的廓形，记录道岔的基本参数、钢轨的接触光带位置以及病害伤损形式，道岔的基本参数包括轨距、轨底坡、道岔长度、曲线半径、道岔型号以及道岔的通过方向；
步骤2：从经过待打磨道岔的车辆中，选取经过频次P≥10次/月的N种车辆作为常规运营车辆，N>1，并对常规运营车辆进行分类，记录各类车辆的经过频次，并按经过频次随机测量每类车辆的车轮廓形；
步骤3：建立车辆-道岔耦合动力学模型，于各类车辆模型中设置对应的车轮廓形，然后通过计算机仿真得到各类车辆在经过道岔时对应的接触光带位置和动力学性能，并将仿真得到的接触光带位置和实际的接触光带位置进行对比，根据实际的接触光带位置修正仿真得到的接触光带位置，使仿真得到的接触光带位置与实际的接触光带位置吻合，并将最终仿真得到的接触光带位置定义为原始接触光带位置；
步骤4：根据车辆通过道岔时的动力学要求以及步骤1获得的现场道岔的病害伤损形式、钢轨的接触光带位置，对步骤3得到的原始接触光带位置进行优化设计得到第一优化接触光带位置；
步骤5：以步骤4得到的第一优化接触光带位置为优化目标，对道岔区的钢轨廓形进行逆向反推设计得到优化钢轨廓形；
步骤6：对步骤5得到的优化钢轨廓形与不同的车辆进行仿真分析，仿真出第二优化接触光带位置，将第二优化接触光带位置与第一优化接触光带位置进行对比，判断是否满足设计要求；
步骤7：若为否，返回执行步骤4，若为是，再对车辆通过道岔时的动力学性能进行比较分析，判断优化后的动力学性能是否优于优化前的动力学性能；
步骤8：若为否，返回执行步骤4，若为是，输出最终的优化钢轨廓形；
其中，所述步骤5中的逆向反推设计的计算公式为：
式中：yw为轮对任一横移量，轮对中心在全局坐标系下的坐标为(yw0,zw0)，为侧滚角，(ywl,zwl)为左接触点在轮对坐标系下坐标，(yrl,zrl)为左接触点在轨道坐标系下坐标；(ywr,zwr)为右接触点在轮坐标系下坐标，(yrr,zrr)为右接触点在轨道坐标系下坐标，ΔR为左右车轮接触点的纵向坐标之差，obj为目标函数。
2.根据权利要求1所述的基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，其特征在于，所述步骤1中测量需要打磨的道岔钢轨的廓形时，根据测量的尖轨降低值数据，在尖轨和滑床台之间垫入铁垫片或者橡胶垫，使得尖轨降低值达到修规要求。
3.根据权利要求1所述的基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，其特征在于，所述步骤3建立车辆-道岔耦合动力学模型具体包括如下步骤：
S31：根据步骤1中测量的道岔钢轨的廓形以及道岔的基本参数，建立实参数的道岔区轨道模型；
S32：根据步骤2中得到的常规运营车辆的信息，建立不同类型车辆的实参数车辆模型；
S33：通过计算机仿真得到各类车辆在经过道岔时对应的接触光带位置和动力学性能；
S34：将仿真得到的接触光带位置与步骤1中获得的实际的接触光带位置进行对比，根据实际的接触光带位置修正仿真得到的接触光带位置，使仿真得到的接触光带位置与实际的接触光带位置吻合，并将最终仿真得到的接触光带位置定义为原始接触光带位置。
4.根据权利要求3所述的基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，其特征在于，步骤S33采用计算机仿真接触光带位置时，将各类车辆模型中计算得到的接触斑大小叠加一起，同时考虑轮轨的刚性接触和轮轨的弹性接触。
5.根据权利要求1所述的基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，其特征在于，所述步骤4中对步骤3得到的原始接触光带位置进行优化设计的具体要求为：优化后道岔区的接触光带居中分布在钢轨顶部，接触光带宽度控制在20～30mm范围内，且沿轨道方向光顺。
6.根据权利要求1所述的基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，其特征在于，将逆向反推设计的计算公式中的微分代数方程组转为常微分方程，再利用欧拉方法来求解常微分方程，积分步长去0.02mm。
7.根据权利要求1所述的基于接触光带位置的道岔钢轨打磨廓形的设计方法，其特征在于，所述步骤6中的设计要求为第二优化接触光带位置和第一优化接触光带位置的误差控制在5％以内。
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