摘要：随着我国铁路高速和重载的发展，轮轨磨耗问题日趋严重，每年都给铁路运输业造成巨大的经济损失，其解决与否直接影响到铁路的快速发展。为了进一步了解车轮磨耗的原因，从而提出降低磨耗的有效措施，本文分别从转向架形式、车轮位数、轮瓦磨耗、轮轨磨耗等方面对车轮磨耗进行调研，并将影响铁路货车车轮磨耗的主要因素归结为货车轴重、货物周转量、闸瓦质量、车轮硬度、制动形式、闸调器作用影响及基础制动装置制造尺寸等方面。通过对段修车检修轮对磨耗情况的调研、分析，总结了磨耗规律，提出了改进措施，结论表明，推广应用新型车轮以提高车轮踏面及轮辋硬度、进一步提高制动梁、闸瓦托制造、检修质量，严格控制各项尺寸在公差范围之内、加强对闸调器在运用中正确使用、控制同一轮对两车轮的轮径差使车轮踏面磨耗均匀化的有效途径；铁路货车采用状态修的维修管理办法是控制和降低轮缘磨耗发生的有效手段。提出的建议可为改善车轮磨耗，降低检修劳动量，确保运输安全具有实际意义。 关键词：车轮踏面圆周磨耗；轮缘磨耗；原因分析；改进措施 中图分类号： u272 文献标识码： a 文章编号： 1673-1069（2016）21-86-3 0 引言 随着我国铁路高速和重载的发展，车轮损伤形式逐渐呈多样性，尤其是轮对踏面圆周磨耗及轮缘磨耗问题日趋严重，严重影响货车车辆的运行品质，本文对车轮损伤的性质及产生原因进行了分析，对车轮损伤产生的危害进行了阐释，为进一步分析车轮磨耗的规律，探究其产生原因，提出改进措施，本文分别从转向架形式、车轮位数、轮瓦磨耗、轮轨磨耗等方面对车轮磨耗进行调研，并将影响铁路货车车轮磨耗的主要因素归结为货车轴重、货物周转量、车轮硬度、制动形式及基础制动装置制造尺寸等方面。通过对段修车检修轮对磨耗情况的调研、分析，总结了磨耗规律，提出了改进措施，结论表明，推广应用新型车轮以提高车轮踏面及轮辋硬度、进一步提高制动梁、闸瓦托制造、检修质量，严格控制各项尺寸在公差范围之内是降低车轮踏面磨耗并使车轮踏面磨耗均匀化的有效途径。此次调研是为了通过对运用货车轮对故障现象的分析，总结规律，查找损伤产生原因，提出改进措施，降低轴承等零部件的损伤，降低轮对旋修量，提高生产效率，经济效益，保证货车运行平稳性，提高车辆运行品质。 1 车轮损伤及其危害 1.1 车轮的损伤形式 车轮、轮毂是车辆的重要走行部件，在使用中情况较复杂，运用情况恶劣及其在材质及制造工艺上的缺陷等都会造成车轮的损伤，在车轮故障中，踏面擦伤与剥离、车轮裂纹、车轮踏面熔渣、踏面圆周磨耗、轮缘磨耗、轮缘碾堆等，他们都直接威胁着行车安全。 1.1.1 踏面剥离 1.1.1.1 损伤性质 在货车运用中，车轮踏面剥离主要分为制动剥离、接触疲劳剥离及擦伤剥离三种，从材料失效的机理分析，一类是由交变接触应力应力引起的接触疲劳损伤，另一类是由摩擦热循环引起的热疲劳损伤。剥离的产生会加大旋修工作量，降低车轮使用寿命。 1.1.1.2 产生原因 制动剥离是由于制动力不适当，闸瓦与车轮接触部位产生高热导致车轮踏面金属相变，轮瓦接触部位产生高热，在轮轨接触应力作用下，车轮踏面沿疲劳原形成剥离掉块现象。 接触疲劳剥离是由于轮轨接触应力累积所致，当车轮踏面的剪切应力大于踏面剪切屈服强度时，是车轮踏面表层产生塑性变形，在长期的运行中，踏面表面产生疲劳掉块而形成剥离。 擦伤剥离是由于车轮与钢轨之间出现局部摩擦或滑动摩擦，使踏面产生高热，导致车轮
轮轨接触动力学报告 —关于轮轨接触动力学的思考 年级：2013级 专业：载运工具应用工程 姓名：刘新龙 学号：13217021
关于轮轨接触动力学的思考 提高机车运行速度和加大牵引能力是当今世界铁路发展的趋势,而达到这一目的就必须深入轮轨关系的理论研究,改善机车的粘着利用水平。轮轨关系则是机车车辆、轨道系统中最基本、最复杂的一个问题,是特殊的、典型的三维滚动摩擦接触问题。接触理论始于1882年, 由H. Hertz发表的经典论文《论弹性固体的接触》。他提出了椭圆接触面的假设, 把三维接触问题简化为弹性无限半空间问题。Hertz的研究成果为接触理论奠定了坚实的基础, 但Hertz理论仅局限于无摩擦表面及理想弹性固体, 对于轮轨这样复杂的三维滚动接触问题显然是不能准确求解的。 近几十年来,国内外在轮轨滚动接触问题的理论研究和实验研究方面都取得了很大进展,但随着铁路技术的不断提高,使用解析解法解决轮轨关系问题的局限性也愈加突出。在高速和重载的要求下,轮轨的波磨问题、疲劳损伤问题变得更加严重,而这些问题的产生都与轮轨间作用力有着直接的关系。因此,在现有轮轨滚动接触理论的基础上,使用有限元方法以精确模拟轮轨的几何形状及其相互接触关系,将是今后解决轮轨关系问题的主要途径。 不断增长的运输量, 要求铁路必须在保证安全的前提下, 增加货物列车的重量, 提高客运列车的速度和运行品质。因此, 新型机车车辆的设计、制造和线路的建设与维护, 都迫切需要预知轮轨之间的动力作用特性。而现在人类已经能够准确地模拟一个飞行体在宇宙空间的运动并进行精确控制, 但却不能精确摸拟铁路轮轨的相互作用。可见轮——轨关系及车辆——线路相互作用仍然是铁道车辆动力学的中心课题。机车车辆或者列车与铁道线路是一个整体系统, 在这个系统中, 它们相互关联, 相互作用。因此在研究机车车辆动力学性能时, 不能简单地视线路为外激干扰。换言之, 线路也并不存在独立于列车的激扰特性。引起系统产生振动和其它动力作用的是钢轨和车轮的滚动面上实际存在的不平顺和其它几何技术特性,当然还有列车中车辆与车辆之间, 机车与车辆之间的相互作用。
许金国(1983-)男,四川中江人,硕士生(收稿日期:2008-01-24) 文章编号:1008-7842(2008)04-0012-04 重载铁路轮轨磨损原因探讨 许金国,傅茂海 (西南交通大学 机械工程学院,四川成都610031) 摘 要 根据轮轨接触理论,分析了不同轮轨接触几何匹配关系下的轮轨接触应力情况,指出轮轨接触应力、轮轨接触几何关系、轴重是影响重载铁路轮轨磨损的主要因素,从重载运输装备方面提出了减少轮轨磨损的几点建议。 关键词 重载铁路;轮轨;磨损机理 中图分类号:U292192+1;U21115 文献标志码:A 随着国民经济的快速发展,货物运量迅速增加,铁路运能已严重不足,成为制约国民经济发展的瓶颈。纵观世界主要铁路运输国家,增加运能的主要途径是大量新建线路,同时提高货车的轴重和运行速度,并扩大编组,开行重载运输。我国铁路经过一段时期的快速发展,已成功开发了转K5、转K6和转K7等25t 轴重的转向架,并研制了载重为70t 的通用铁路货车及载重为80t 的专用货车,在大秦铁路上成功开行了2万t 重载列车,在主要干线上也开行5000~10000t 的重载列车。 重载铁路的主要特点是运量多、轴重大。但是,增加轴重不可避免地要增大轮轨间的相互作用力,加剧车轮与钢轨磨损,导致钢轨、车轮频繁维修甚至更换,增加运营成本,并恶化对环境的影响。据有关文献记载,我国每年仅在曲线轨道上换轨耗费就超过1015亿元。若采用综合减磨措施能将钢轨使用寿命延长50%,每年可省约315亿元112。如何在提高重载铁路运能的同时,降低其运用成本,是提高重载铁路综合运输效率的关键。因此,研究重载铁路的轮轨磨损机理,寻求减缓轮轨磨损的措施就显得尤为重要。1 重载铁路轮轨磨损类型 货车是重载运输的主要装备,由于其数量多、载重大,是重载铁路轮轨磨耗的主体。世界重载货车的发展主流方向是尽可能提高轴重,以充分利用线路的每延米载重和现有站线长度。大轴重货车对重载铁路轮轨带来的磨损主要包括车轮踏面和钢轨顶面之间、轮缘和钢轨侧面之间的磨耗。据印度铁路工作者的试验研究表明,轮缘和钢轨侧面的磨耗是轮轨主要的磨耗,约占轮轨磨耗总量的三分之二,如图1所示。因此,轮轨侧磨是重载铁路曲线区段的最主要磨损类型, 尤其在小半径大坡道地段,轮缘和外轨侧面磨耗特别快。重载铁路轴重增加对钢轨伤损严重,对侧磨影响也较大。在曲线上,轮对冲角基本不变,但轴重的增 加会导致导向力加大,这无疑会加大钢轨的侧磨122。 轮轨磨损 轮轨侧磨 车轮踏面磨损 钢轨轨头压溃 剥离掉块 波状磨耗车轮 踏面剥离踏面擦伤 图1 踏面磨耗和轮缘磨耗对轮轨磨耗的影响 轮轨踏面剥离产生的主要原因是大轴重造成的接触切应力过大,若轮轨接触应力超出轮轨材料的屈服极限值,材料就会发生塑性变形,在反复载荷作用下,塑性变形会累积增加,在材料的表面和次表面形成微观裂纹。微观裂纹在较大法向和切向应力作用下,将扩大并形成鱼鳞状裂纹分布在钢轨表面,即/龟裂0现象。若出现龟裂后,不及时处理,则表面裂纹将向钢轨体内沿着运动方向扩展,然后大块剥离132。因此,滚动接触疲劳是重载铁路车轮踏面剥离的主要原因。 第28卷第4期2008年8月 铁道机车车辆 RAILWAY LOC OMOTIVE &CAR Vol 128 No 14Aug 1 2008
重载轮轨磨耗综述报告 1国内外重载运输技术现状 1.1 国外铁路重载运输技术 1.1.1 重载机车技术 用于牵引重载列车的机车，美国、加拿大、澳大利亚、巴西等国家较多采用内燃机车，而南非、俄罗斯等国多采用电力机车。原则上这两种机车都可以胜任重载列车的牵引，但是作为重载列车的牵引动力，机车的牵引功率要求尽量大，而电力机车的牵引功率远大于内燃机车。因此，电力机车相对更加适合牵引重载列车。采用内燃机车，可以通过适当增加机车数量来弥补牵引功率的不足。目前，美国、加拿大等重载运输发达的国家，重载机车主要采用了交流传动、径向转向架和微机控制防滑防空转系统等技术。 1.1.1.1 交流传动技术 20世纪90年代以前，用于重载运输的机车主要采用直流传动方式。90年代以后，大功率交流传动机车逐渐成为重载运输牵引动力的发展趋势。 早期的机车，无论是电传动内燃机车还是电力机车，都是采用传统的直流电传动，即使用直流串励牵引电动机，轴功率很少超过1000kW。而传统的直流串励电动机的防空转性能较差，机车的粘着性能不理想。主要原因是机车动轴实际发出的牵引力最终要取决于它的粘着力，因而粘着性能直接影响到机车的起动和爬坡性能。加拿大、南非、前苏联等国家曾经研究采用他励电动机作为牵引电动机，机车的实际粘着牵引力可以提高10%～15%。 交流传动技术的优点是电动机结构简单，重量轻，尺寸紧凑，有利于加大机车功率。同时，交流异步电动机的防空转性能远比直流串励电动机优越，因此能提高机车的粘着性能，有利于机车产生更大的有效牵引力。此外，交流异步电机的转子由铜条和磁芯组成，它的抗过载能力较强。该特点对于牵引重载列车发生坡停事故以及在大坡道上起动时尤为重要。 交流传动技术自20世纪70年代末开始发展。20世纪80年代，德国研制的交流传动内燃机车和电力机车在技术上已经过关。到80年代后期，由于大功率GTO变流器的成熟，交流传动技术具有了使用价值，欧洲各国的电力机车开始大规模采用交流传动技术。到90年代初，整个欧洲几乎已不再生产直流传动的电力机车。交流电力机车的轴功率普遍达到1600kW，个别达到1800kW。这样，一台四轴电力机车功率可达6400～7200kW，为牵引重载列车创造了技术条
论铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗 发表时间：2019-12-12T13:51:41.667Z 来源：《科学与技术》2019年第15期作者：郝利军[导读] 铁道与机车车辆车轮的稳定有序运行，是保证铁路正常安全运转的重要前提，二者密切相关，始终保持彼此依赖的状态摘要：铁道与机车车辆车轮的稳定有序运行，是保证铁路正常安全运转的重要前提，二者密切相关，始终保持彼此依赖的状态，这时就衍生出了一大主要问题，即二者间长期下去会产生很大摩擦，从而引发磨损，导致车辆轮轨损坏，从而在运行的时候，严重消耗能源与资 源，导致浪费，成本也会随之增加，所以，必须加以处理。关键词：铁道机车；车辆轮轨；摩擦磨损；节能降耗1摩擦与磨耗关系 轮轨间的相互作用主要体现在两个接触层间的压强与相对运动。尽管机车车辆轮轨接触表面中包含各式各样的磨损机制，但是由于磨损消耗金属材料，在很大程度上是由轮轨间滚动接触消耗能量所决定，且与轮轨接触压强、相对运动率息息相关。另外，车辆轮轨间的摩擦系数和材料硬度都直接影响着金属材料的损耗。在特定磨损模式下，材料磨损率会随着接触压强、相对运动、摩擦系数增大而随之上升。接触表面的能量消耗则是受这些因素共同作用造成的，在能量超出既定标准之后，磨损模式就会随之变化，即从轻度磨损逐渐发展为严重磨损。由于增大材料硬度，能够显著降低磨损率，因此材料特性与磨损之间密切相关，即提高接触表面任何一面强度，都能够促使系统材料磨损整体下降。车辆轮轨磨损不仅能够以提高钢轨与车轮硬度的方式加以优化，还能够采取降低接触压强、相对运动、摩擦程度等措施进行有效控制。车辆轮轨间的压强与车轮、钢轨廓形相关联，且也易受车辆-轨道相互作用相应。对轮轨接触表层相对运动率而言，其主要受车轮牵引力、制动力、轨道几何结构所影响。通常情况下，列车通过小半径曲线的时候，承受的相对运动率与弯道作用会更大一些。而有效控制车辆轮轨界面摩擦程度，有助于严格控制车轮与钢轨的磨损。 1.1在车轮轮缘或者钢轨侧面的接触表层添加润滑剂，以此降低摩擦系数，缩减能量消耗，以此环节轮缘与钢轨磨损。 1.2在车轮踏面或者钢轨轨顶接触表面上适度降低摩擦，以此实现能耗下降，车轮踏面磨损与钢轨垂磨减小的目标，而且有效控制轨顶摩擦，能够减缓列车穿过曲线时候弯道的影响作用。弯道作用力下降，会促使车轮轮缘或钢轨侧面接触表层压强缩减，以利于降低车辆轮缘与轮轨磨损。 2铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损情况2.1车轮的摩擦磨损情况 车轮在铁道机车车辆行驶过程中起着十分重要的作用，是整个组成部分的关键所在，在列车加速行驶和刹车行驶期间，车轮都会和铁轨之间形成巨大的摩擦，摩擦系数在这两个阶段中存在着很大的差异，所以车轮在不同阶段面临的摩擦磨损问题将会加剧，很容易造成磨损和损伤，这都是铁道机车车辆在长期行驶中很大可能会出现的情况，车轮的摩擦磨损状况会逐渐传递到铁轨之上，铁轨也将会产生十分严重的摩擦磨损情况。 2.2钢轨的摩擦磨损情况 铁路的钢轨在铁道机车车辆运行中起着很大的作用，在机车车辆的出行中起着保障的作用，所以出现摩擦磨损的情况也是在所难免。尤其是在曲线铁路路段上，轨道受到的摩擦力将会更大，因此需要投入资金的力度也将会更大，造成铁道机车车辆的能源消耗比较大。 2.3制动闸瓦的损耗 在铁道机车车辆制动系统中，盘形制动和踏面闸瓦制动是比较常见的两种制动形式，尤其是踏面闸瓦制动得到了广泛的应用，但是其会给车轮造成比较严重的磨损损失，主要是由于所采用的技术达不到要求。3轮轨节能降耗措施研究3.1?润滑喷涂措施 从实际情况来看，铁道机车的轮轨在经过长期的使用后，会出现一定的摩擦以及磨损情况，这也是不可避免的。造成这种情况的原因就在于车辆摆角刚度比较高，或者是曲线半径比较小，从而导致车轮出现了一定的磨损情况，这种磨损情况会导致车轮的使用寿命减少。在实际的工作中，工作人员会采用润滑喷涂的方式进行针对。通常情况下，工作人员会对轮缘同轨侧的接触面进行涂抹润滑剂，这样就能够有效地降低车辆运行过程中的摩擦。当前常见的润滑方式主要包括了以下几种。第一，干式固块润滑方式。采用这种润滑方式需要对干式固块润滑系统进行充分的利用。这种系统有着安装简便、自我调节能力较强等一系列的优点。无论是在设计之初，还是在后期的改造过程中，这种系统都可以进行顺利的安装。同时，这种系统安装方式还能够确保相关物质不会因轮轨挤压而转移到轨顶位置，这样就能够有效地降低污染。但需要注意的是，采用这种方式降低摩擦，一定要对安装比例和安装位置进行精确的计算，这样才能确保润滑效果得到真正的实现。这种润滑方式有着较为广泛的应用空间，不仅可以应用于轮缘，也可以应用于轨顶和车轮踏面之间。第二，油脂喷涂方式。采用这种方式实现润滑的目的，需要合理地利用油脂喷涂系统，并要求在设计工作开始前就完成安装工作。需要注意的是，油脂是非常容易流动的，因此，如何采用有效的方式和方法对其进行精准的控制就成为了一个非常重要的问题。此外，在油脂喷涂系统运行过程中，油脂容易扩散到钢轨的顶面，这样就有可能导致出现车轮打滑的情况，给车辆的安全运行造成一定的威胁。经过对比研究能够发现，相较于油脂喷涂方式，干式固块润滑方式能够更好地降低轮轨的磨损率，从而提升车轮的使用寿命，满足节能降耗的要求。 3.2?使用耐磨损的车轮踏面通常情况下，车轮出现磨损主要包括以下两种情况：一是车轮踏面出现了磨损，二是车轮轮缘出现了磨损。为了有效地降低磨损情况对车辆的顺利运行产生的威胁，需要对车轮踏面的磨耗深度进行严格的要求。例如，相关维修规程中要求，踏面摩耗深度要控制在7mm以下。如果应用踏面轮缘高度为25mm，踏面磨耗程度要控制在10mm以内。检修技术人员要严格依据维修规程对磨耗程度进行审核，做好铁道机车车辆的维修护理工作。在车辆运行的过程中，需要使用磨耗性的车轮踏面廓形，这样不仅能够有效地降低运行中轮轨的磨耗，同时还能够有效地降低运行过程中轮轨的接触应力，从而提升轮轨的使用时间，更好地实现其经济效益。 3.3?使用径向转向架 在过去的一段时间里，部分机车转向架在设计方面存在一定的缺陷，工作不够严谨和规范。为了能够在满足牵引力要求的基础上确保车辆的顺利运行，一定要充分地发挥径向转向架的作用，对曲线设计进行不断的优化，对钢轨及轮胎间的冲角进行精确的设计，尽量减少曲线半径，从而降低磨损情况。
铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗情况分析 在铁路运输过程中，机车车轮与铁轨之间产生的制动力和牵引力导致二者之间存在巨大的摩擦力，长时间的摩擦会导致轮毂及铁轨的寿命大大降低，车辆的牵引力及制动力下降，对列车的运行稳定性十分不利。因此，在平时列车运营的过程中需要加强对车辆轮毂及铁轨的维护，采取有效方法减少轮毂的磨损，降低车辆能耗，为铁路行业创造更多收益。 1 铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损情况分析 铁路机车车辆的磨损是目前影响铁道机车使用寿命的关键因素之一。列车行驶的过程中，由于列车轮毂与铁轨之间产生较大的牵引力和制动力，导致车轮轮毂造成较大的磨损，从而增加了铁路部门对铁路及机车的运营维护费用。据有关部门统计，我国目前的铁路中，磨损程度十分严重的约占到总数的30%左右，其他铁路均有不同程度的磨损。铁路的严重磨损导致铁路运行安全受到了严重威胁，此外，每年铁路部门在维修铁路等方面的花销更高，给铁路运营部门造成了较大的经济负担。 1.1 运行过程中车轮的摩擦磨损 车轮是铁路车辆的重要组成部分，在实际运营过程中，铁路机车的彻骨会出现：轮缘损伤、热损伤、车轮踏面断裂等现象。因摩擦而产生的热量主要集中于车轮与轨道的接触面，造成表面过度磨损的主要原因在于表面聚集了过多的制动热应力及内部应力存在缺陷。目前，我国铁路机车中出现上述几种问题的数量众多，企鹅车损状况十分严重。车轮的严重消耗导致车辆在维修时必须要更换车轮，我国每年在更换车轮方面的开销高达三十亿以上，年均更换车轮数为七十万只左右。 1.2 钢轨的摩擦磨损 我国现在的铁路运输行业发展势头十分迅猛。近年来，随着铁路
总里程量的增加，铁路运输量也随着增大，这也为铁路部门带来了巨大的铁路运营压力。我国铁路轨道磨损情况是目前给铁路运输部门造成压力主要方面，铁路轨道磨损严重，导致铁路运输安全性无法得到有效保证，容易造成铁路运输事故。另外，随着我国铁路运输网络的不断建设及完善，每年在钢轨建设及维护等方面的成本呈现快速上升趋势，不但会造成铁路运输部门经济负担增加，而且需要大量的钢材来进行轨道维护，造成了基础资源浪费的情况。 1.3 制动闸瓦的损耗 目前，我国铁路车辆的车辆制动系统主要是踏面闸瓦制动和盘形制动两种形式，其中，踏面闸瓦制动应用较多。就这种方式而言，其制动效果好，但会给车轮及轨道造成严重的磨损和消耗，不利于轨道和车轮的长期使用造成这种情况的主要原因是制动闸瓦技术水平还有待提高，相关部门应当重视起制动操作对铁轨及车辆轮毂造成的负面影响，并加强对技术的改进和技术创新工作。 2 铁道机车车辆轮轨的节能降耗措施 2.1 选择高性能低能耗的钢轨 高能低耗的原材料是建设铁路轨道的首选材料。在建设铁路轨道的过程中，要根据实际情况来选择铺设所需要的钢轨。一般来说，淬火钢轨的强度和硬度较高，能够支持轨道的长时间使用，同时还能提高钢轨的耐久性，降低损耗，帮助铁路部门节约了大量的维修经费，对铁路运输业的快速发展具有重要意义。 2.2 选择耐磨损的车轮踏面 铁路车辆因磨损而导致严重失效的主要原因有：一是踏面损耗达到极限，二是车轮边缘损耗达到极限。为了确保铁路车辆在行驶过程中的绝对安全性，需要保证铁路车辆踏面在维修的过程中，技术人员严格按照习相关规定来进行操作。另外，在平时，机车处于闲置阶段，需要及时进行保养和维护，并做好相应的记录工作。维护时，一旦发现某些零件已经达到或超过磨损范围，就应当及时进行更换。在车轮踏面的设计阶段，如应用磨耗型踏面轮廓型，则可以延长踏面使用寿
轮轨关系 轨道车辆和线路的作用问题是铁路轮轨接触式运输的基本问题。发展重载运输必须解决好轮轨之间的动力作用，努力减轻重载列车与线路的动态作用。但由于轮轨关系自身的复杂性，目前的研究理论和模型仍然基于一些假设[1]： 1）法向接触满足Hertz 接触条件； 2）轮轨接触副视为弹性半空间； 3） 接触表面是理想光滑连续的,而接触表面之间的 “第三介质 ,’ 如水、油和其它污染物的影响被忽略； 4) 轮轨接触斑以外边界支撑和约束条件对轮轨接触行为的影响被忽略； 5) 高速轮轨滚动接触时的惯性力被忽略； 6) 不考虑温度的影响。 上述几点假设是不符合实际但是理论的前提。 轮轨关系的主要研究内容为轮轨接触几何的确定和轮轨滚动接触理论的应用。实际接触参数计算和列解微分方程的过程可简述如下： 在某一瞬时位置确定轮轨接触点是关键，之后就可以在确定了接触点的基础上利 用几何推导出各个重要的接触几何参数，如左右轮/轨在接触点的接触角L δ、 R δ，左右轨在接触点处的钢轨顶面曲率半径RR ρ、RL ρ，左右轮在接触点处的踏面曲率半径WR ρ、WL ρ，左右轮实际滚动半径R r 、L r ，轮轨接触时的侧滚角k θ，轮对中心的上下位移k z ，其中变量为轮对相对轨道的横移量和摇头角w y 、w ψ。利用已求得的接触参数和Hertz 接触理论公式计算出接触椭圆的长短半轴，从而确定轮轨接触斑。然后利用接触椭圆的长短半轴长和查表得到的kalker 系数及材料常数计算得到蠕滑系数，之后再通过实际速度和纯滚动速度计算出蠕滑率，将二者带入蠕滑力公式求得蠕滑力。最后就可以列出含有蠕滑力，悬挂力，惯性力的运动微分方程，利用计算机求解得到位移、速度、加速度和相关模态值。 最初进行轮轨接触几何关系研究并确定接触参数的实用方法有两种：一种是圆弧形截面模型，一种是任意截面模型。前者可直观的用数学解析的方法确定其几何关系，后者是数值方法，需编程实现。前者在综述中提到；现重点论述后者，它是一种通用性很强的求解轮轨接触几何的数值方法。
第２期（总第１７７期） ２０１３年４月机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．２ Ａｐ ｒ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１３）０２－００３３－０ ３曲线几何参数对车辆轮轨磨耗的影响 魏家沛，李国芳 （兰州交通大学，甘肃 兰州 ７３００７０ ）摘要：运用ＳＩＭＰＡＣＫ动力学软件，从曲线段线路设计出发，对曲线轨道上曲线半径、曲线超高及轨底坡对轮轨磨耗的影响进行仿真计算和分析。结果表明：为降低轮轨磨耗及保证行车安全，应尽量减少小半径曲线；在规定范围内调整曲线超高可有效降低轮轨磨耗，但调整的过高或过低反而会增大磨耗；适当调整轨底坡可起到降低轮轨磨耗的作用，但效果不是太明显，且过大的轨底坡会加剧轮轨的磨耗。关键词：轮轨磨耗；曲线通过；几何参数；动力学仿真中图分类号：Ｕ２６０．３３１ 文献标识码：Ａ 收稿日期：２０１２－１１－０５；修回日期：２０１２－１１－２ ５作者简介：魏家沛（１９８４－） ，男，甘肃兰州人，在读硕士研究生，研究方向：车辆系统动力学。０ 引言 随着中国高速铁路的发展，高速列车的动力学问题日渐突出。尤其是车辆过曲线时，轮轨间的作用力及磨耗也相应增加，对车辆的安全性和经济性造成了一定的影响。影响轮轨磨耗的因素有很多，主要有曲线半径、 曲线超高、轨底坡等。基于此，本文从这几个主要方面对曲线上轮轨的磨耗情况进行了仿真分析。１ 研究方法及评价指标 本文利用多刚体动力学软件ＳＩＭＰＡＣＫ对装有ＣＷ－２００ｋ型转向架的２５Ｔ型客车进行相关仿真计算。ＳＩＭＰＡＣＫ中的车辆模型如图１所示。 图１ ＳＩＭＰＡＣＫ中的车辆模型 由于车轮踏面外形是轮轨系统的关键因素之一， 轮轨接触关系对轮轨磨耗有很大影响，而ＳＩＭＰＡＣＫ中轮轨型面为欧洲标准。我国铁路一般使用ＬＭ磨耗型踏面，为了使ＣＷ－２００ｋ型转向架模型仿真符合我国铁路实情，通过文件导入ＬＭ磨耗型车轮踏面参数。 轮轨磨耗机理十分复杂，国内外尚无公认的评定标准。传统轮轨磨耗的评价方法一般采用轮对磨耗功率、 最大轮轨横向力、冲角及蠕滑力４个动力学性能指标来分析。对于曲线上轮轨磨耗的仿真，参照以上标 准来进行分析。另外，在保证列车通过曲线时轮轨磨 耗较低的同时，列车的平稳性和安全性也应达到相关的要求。 ２ 曲线半径对车辆轮轨磨耗的影响 曲线半径是影响轮轨磨耗的最主要几何参数，研究不同曲线半径下车辆的磨耗具有重要意义。仿真分析时，结合我国线路情况及有关标准规定，曲线设置为：直线段长３０ｍ，缓和曲线长７５ｍ，圆曲线长３００ｍ，超高８０ｍｍ，轨底坡为１／４０。为了能更清楚地比较曲线半径对车辆过曲线磨耗的影响，轨道不加激励。图２～图５为车辆以７０ｋｍ／ｈ的速度通过不同半径曲线时各磨耗指标变化的计算结果。 图２ 曲线半径Ｒ对磨耗功率的影响曲线 由仿真结果可知，车辆通过曲线时，随着曲线半径 的增加，磨耗功率、最大轮轨横向力、轮轨冲角及蠕滑力均有一定程度的减少。当曲线半径小于５００ｍ时，磨耗功率和最大轮轨横向力急剧增加；５００ｍ曲线半径时的轮轨磨耗功率是８００ｍ曲线半径时的３．０８倍，５００ｍ曲线半径时的最大轮轨横向力较８００ｍ曲线半径时增加了３．０２倍；当曲线半径大于８００ｍ时，磨耗功率和最大轮轨横向力曲线变化较为平缓。导向轮对
汇总轮轨关系
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轮轨关系 轨道车辆和线路的作用问题是铁路轮轨接触式运输的基本问题。发展重载运输必须解决好轮轨之间的动力作用，努力减轻重载列车与线路的动态作用。但由于轮轨关系自身的复杂性，目前的研究理论和模型仍然基于一些假设[1]： 1）法向接触满足Hertz 接触条件； 2）轮轨接触副视为弹性半空间； 3） 接触表面是理想光滑连续的,而接触表面之间的 “第三介质 ,’ 如水、油和其它污染物的影响被忽略； 4) 轮轨接触斑以外边界支撑和约束条件对轮轨接触行为的影响被忽略； 5) 高速轮轨滚动接触时的惯性力被忽略； 6) 不考虑温度的影响。 上述几点假设是不符合实际但是理论的前提。 轮轨关系的主要研究内容为轮轨接触几何的确定和轮轨滚动接触理论的应用。实际接触参数计算和列解微分方程的过程可简述如下： 在某一瞬时位置确定轮轨接触点是关键，之后就可以在确定了接触点的基础上利 用几何推导出各个重要的接触几何参数，如左右轮/轨在接触点的接触角L δ、R δ，左右轨在接触点处的钢轨顶面曲率半径RR ρ、RL ρ，左右轮在接触点处的踏面曲率半径WR ρ、WL ρ，左右轮实际滚动半径R r 、L r ，轮轨接触时的侧滚角k θ，轮对中心的上下位移k z ，其中变量为轮对相对轨道的横移量和摇头角w y 、w ψ。利用已求得的接触参数和Hertz 接触理论公式计算出接触椭圆的长短半轴，从而确定轮轨接触斑。然后利用接触椭圆的长短半轴长和查表得到的kalker 系数及材料常数计算得到蠕滑系数，之后再通过实际速度和纯滚动速度计算出蠕滑率，将二者带入蠕滑力公式求得蠕滑力。最后就可以列出含有蠕滑力，悬挂力，惯性力的运动微分方程，利用计算机求解得到位移、速度、加速度和相关模态值。 最初进行轮轨接触几何关系研究并确定接触参数的实用方法有两种：一种是圆弧形截面模型，一种是任意截面模型。前者可直观的用数学解析的方法确定其几何关系，后者是数值方法，需编程实现。前者在综述中提到；现重点论述后者，它是一种通用性很强的求解轮轨接触几何的数值方法。
总结轮轨关系
轮轨关系 轨道车辆和线路的作用问题是铁路轮轨接触式运输的基本问题。发展重载运输必须解决好轮轨之间的动力作用，努力减轻重载列车与线路的动态作用。但由于轮轨关系自身的复杂性，目前的研究理论和模型仍然基于一些假设[1]： 1）法向接触满足Hertz 接触条件； 2）轮轨接触副视为弹性半空间； 3） 接触表面是理想光滑连续的,而接触表面之间的 “第三介质 ,’ 如水、油和其它污染物的影响被忽略； 4) 轮轨接触斑以外边界支撑和约束条件对轮轨接触行为的影响被忽略； 5) 高速轮轨滚动接触时的惯性力被忽略； 6) 不考虑温度的影响。 上述几点假设是不符合实际但是理论的前提。 轮轨关系的主要研究内容为轮轨接触几何的确定和轮轨滚动接触理论的应用。实际接触参数计算和列解微分方程的过程可简述如下： 在某一瞬时位置确定轮轨接触点是关键，之后就可以在确定了接触点的基础上利用几何推导出各个重要的接触几何参数，如左右轮/轨在接触点的接触角L δ、R δ，左右轨在接触点处的钢轨顶面曲率半径RR ρ、RL ρ，左右轮在接触点处的踏面曲率半径WR ρ、WL ρ，左右轮实际滚动半径R r 、L r ，轮轨接触时的侧滚角k θ，轮对中心的上下位移k z ，其中变量为轮对相对轨道的横移量和摇头角w y 、w ψ。利用已求得的接触参数和Hertz 接触理论公式计算出接触椭圆的长短半轴，从而确定轮轨接触斑。然后利用接触椭圆的长短半轴长和查表得到的kalker 系数及材料常数计算得到蠕滑系数，之后再通过实际速度和纯滚动速度计算出蠕滑率，将二者带入蠕滑力公式求得蠕滑力。最后就可以列出含有蠕滑力，悬挂力，惯性力的运动微分方程，利用计算机求解得到位移、速度、加速度和相关模态值。 最初进行轮轨接触几何关系研究并确定接触参数的实用方法有两种：一种是圆弧形截面模型，一种是任意截面模型。前者可直观的用数学解析的方法确定其几何关系，后者是数值方法，需编程实现。前者在综述中提到；现重点论述后者，它是一种通用性很强的求解轮轨接触几何的数值方法。