重载铁路小半径曲线钢轨型面非对称优化设计

来源：振动与冲击杂志2025年第6期北京时间：

作者：丁旺才,，张建栋，葛菲元，吴少培，李得洋，李国芳7968

单位：1.兰州交通大学机电工程学院，兰州730070;2.西安交通工程学院机械与电气工程学院，西安710300

摘要：为研究重载铁路小半径曲线钢轨型面优化问题，以外、内轨钢轨磨耗面积及滚动圆半径差为优化目标，在考虑减缓磨耗的同时对车辆通曲能力进行优化，运用克里格理论拟合目标函数得到相应的数学模型；通过NURBS曲线对钢轨廓形进行参数化描述，结合第二代非支配遗传算法(NSGA-II)对目标函数进行求解得到优化目标对应的优化廓形，并从优化型面的磨耗性能、动力学性能、钢轨滚动接触疲劳及车轮磨耗性能等方面进行评价。结果表明：设计变量的范围对目标函数影响显著，优化设计变量范围后求解得到的最优廓形在磨耗面积和滚动圆半径差上的表现均优于初始设计变量范围对应的最优廓形；优化型面在磨耗指数、磨耗功及钢轨磨耗量方面均优于初始CN75型面，在轮对横移量等动力学性能方面也均优于初始CN75型面，可以更好保证列车运行的安全性和稳定性；在钢轨滚动接触疲劳方面，优化型面均优于初始CN75型面，其中右轨的优化效果最为显著；在车轮磨耗方面，优化型面与初始CN75型面对车轮的磨耗影响差异较小，外、内轨优化型面整体磨耗量较初始CN75型面有微幅减少，优化型面车轮磨耗性能优于初始CN75型面。<br>

关键词：轮轨磨耗；小半径曲线钢轨型面优化；设计变量影响效应；NSGA-II算法；钢轨疲劳损伤