1.一种气动升力协同高速列车轮轨黏着性能评估方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤S1、根据高速列车参数进行动力学建模,考虑轮轨接触几何非线性、轮轨蠕滑非线性以及悬挂参数非线性特性;
步骤S2、将计算流体动力学获得的气动载荷结果、气动升力、列车运行阻力加载到车辆动力学模型中;
步骤S3、采用变摩擦系数模型,计算不同速度下的轮轨接触条件下的摩擦系数;
步骤S3中,变摩擦系数模型公式如下:
式中,μd为动摩擦系数,μs为静摩擦系数,vs为轮轨总蠕滑速度大小,A为当蠕滑速度趋于无穷时动摩擦系数与静摩擦系数之比,B为指数型摩擦因数衰减系数,e为自然常数,v为列车运行速度,ξ为纵向蠕滑率,η为横向蠕滑率;
步骤S4、根据计算得到的摩擦系数和轮轨垂向力,计算轮轨黏着力的最大值,得到轮轨可用黏着;建立起轮轨可用黏着‑运行速度‑轮轨垂向力的函数关系;
步骤S4中,计算轮轨黏着力Fμ的公式如下:
式中,Q为轮轨垂向力,kA和kS分别为Kalker系数在接触斑黏着区和滑动区的衰减因子;
ε为黏着区域内切向应力的梯度,C为表征接触剪切刚度的比例系数并可由Kalker线性理论推导,a和b分别为椭圆接触斑的长短半轴,s为总蠕滑率;
轮轨黏着力是轮轨纵向蠕滑率、运行速度和轮轨垂向力的函数;当纵向蠕滑率达到最优蠕滑率时,可得到该运行速度和轮轨垂向力下轮轨黏着力的最大值,即轮轨可用黏着;由此,运行速度和轮轨垂向力取为一系列值时,即可计算得到各运行速度和轮轨垂向力对应的轮轨可用黏着,建立起轮轨可用黏着‑运行速度‑轮轨垂向力的函数关系;
步骤S5、将数值仿真计算得到的轮轨垂向力代入到轮轨可用黏着‑运行速度‑轮轨垂向力的函数关系中,通过线性内插方式求解轮轨可用黏着;
步骤S6、当轮轨间蠕滑率未达到最优时,根据求解得到的轮轨可用黏着与轮轨实际利用黏着计算得到轮轨黏着裕量;当轮轨间蠕滑率达到最优后,根据求解得到的轮轨可用黏着与牵引/制动力的参考值计算得到轮轨黏着裕量,再根据轮轨可用黏着大小和轮轨黏着裕量的正负判断轮轨间的黏着性能。
2.根据权利要求1所述的一种气动升力协同高速列车轮轨黏着性能评估方法,其特征在于:步骤S2中,气动升力大小按占车体自重的比例设置,列车运行阻力根据单位基本阻力和列车重量相乘求得。
3.根据权利要求2所述的一种气动升力协同高速列车轮轨黏着性能评估方法,其特征在于:步骤S2中,单位基本阻力ω0的公式如下:2
ω0=C0+C1v+C2v (1)
式中,v为列车运行速度,C0为常数项,C1为线性系数,C2为气动阻力系数,C0+C1v为机械2
阻力和牵引和辅助设备及空调系统气流产生的动量阻力;C2v 为列车气动阻力包括压差阻力和黏性阻力。
4.根据权利要求1所述的一种气动升力协同高速列车轮轨黏着性能评估方法,其特征在于:步骤S6中计算轮轨黏着裕量的公式如下:式中,Fm为轮轨黏着裕量,Fμ是轮轨实际利用黏着,Fμmax表示轮轨可用黏着力,Fref是牵引/制动力的参考值,sopt为理论最优蠕滑率,即Fμ取最大值时对应的蠕滑率大小。