铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系共96页文档

轮轨接触⼏何关系轮轨接触⼏何关系班级：学号：姓名：轮轨接触⼏何关系是轮轨关系研究的基本内容，它不仅关系到车辆的动⼒学性能，也关系到轮轨之间的磨耗。

其研究结果可以⽤于横向稳定性计算、随机响应计算及动态曲线通过计算等，还可以⽤于轨道⼏何参数和轮轨外形的合理选择。

选择合适的轮轨⼏何，不仅可以改善车辆的动⼒学性能，还能降低轮轨间的磨耗，减少制造和维修成本，提⾼车辆的可靠性，延长车轮的使⽤寿命。

本⽂采⽤Simpack软件模拟轮轨接触，选⽤的车轮踏⾯为S1002，轨头为CHN_60。

1. S1002踏⾯外形S1002外形轮廓由车轮踏⾯作⽤区域之外的倒⾓、外侧斜度区域A、踏⾯区域B和C、踏⾯外形轮廓与轮廓外部区域的连接区域D、70o轮缘⾓长度区域E和轮缘区域F、G、H构成。

其中，外侧斜度区域A的斜度值可从6.5%⾄15%；踏⾯区域B和C由两段凹凸⽅向不同的⾼次曲线构成；连接区域D为⼀段半径为13mm的圆弧；70o轮缘⾓长度区域E为⼀条切线段；当车轮直径≥760mm时，轮缘⾼度h为28mm，轮缘区域F、G、H分别由半径为30mm、12mm和20.5mm的三段圆弧构成。

随着轮缘厚度的变化，轮缘及其踏⾯的连接区域也随之变化。

S1002踏⾯外形如图1-1所⽰。

图1-1 S1002踏⾯外形2. CHN_60轨⾯形状CHN_60钢轨顶⾯采⽤80-300-80的复合圆弧，具有与车轮踏⾯相适应的外形，能改善轮轨接触条件，提⾼抵抗压陷的能⼒；同时具有⾜够的⽀承⾯积，以备磨耗。

CHN_60踏⾯外形如图2-1所⽰。

图2-1 CHN_60轨⾯截⾯形状3. 轮轨⼏何关系参数轮轨⼏何关系重要参数有：车轮和钢轨型⾯、轨距、轨底坡、轮缘内侧距、名义滚动圆距轮对中⼼距离和车轮名义直径。

其⼏何关系平⾯图（见图3-1）和影响轮轨接触⼏何关系参数的平⾯图（图3-2）如下所⽰。

图3-1 轮轨接触⼏何关系平⾯图图3-2 影响轮轨接触⼏何关系平⾯图4. 轮轨接触⼏何关系的特征参数在机车车辆动⼒学研究中，除了要计算处接触点位置和相应参数值，另外，还要研究和动⼒学性能直接相关的轮轨关系特征参数，它们分别是：等效锥度、等效接触⾓、轮对重⼒刚度和重⼒⾓刚度。

轮轨接触几何关系探讨卜庆萌指导教师姚林泉摘要: 轮轨接触几何关系在高速、安全的轨道交通中具有重要的作用。

本文根据我国使用的三种主要车轮踏面的轮廓线，采用对其一、二阶导函数比较分析的方法研究它们的光滑度。

同时考察不同规格钢轨的光滑度以及与各车轮踏面相配合的结果。

从轮轨几何光滑接触的角度，指出了较优的车轮踏面，较优的轮轨配合以及几何优化原则。

关键字：轮轨关系，接触几何，车轮踏面，钢轨Abstract: The geometric relation of wheel-rail contact plays an important part in fast and safety rail transportation. Based on the three main Chinese wheels, we work out the first and second derivative of the contours in order to compare their smoothness. Also we research the smoothness of different rails and the effect to work in different wheels. From the aspect of that wheel and rail contact in smoothness, the better interface, the better coupling of wheel-rail and the principle of geometric optimization are shown.Keywords: wheel-rail relation，contact geometry，wheel treads，rail1 引言随着铁路列车运行速度、运载重量和运输密度的大幅度提高，机车车辆与轨道结构之间的相互作用引发的问题更加严重，也更趋复杂。

车轮结构完全由车轮直径，轮辋，轮毂尺寸，毂辋距，辐板形状，轮缘踏面外形所决定。

每个尺寸或每部位形状都有其特殊意义。

一、直径车轮直径对其本身及整个车辆都有较大影响。

一方面车轮直径越大，车辆重心越高，车辆的动力性能越差。

另一方面，增大车轮直径，可以降低轮轨的接触应力，降低车轮磨耗速度，增加车轮的热容量，提高踏面制动热负荷的承受能力。

因此车轮直径大小应根据车辆情况综合确定。

但总的来说，车辆轴重越大，车轮直径应越大，以提高车轮的热容量和增加轮轨的接触面积，减少踏面损伤和磨耗。

另外，车轮直径的取值还应注意规格的标准化系列问题，以利于车轮制造和检修。

目前我过货车车轮直径大多为840mm，特殊货车车轮直径为915。

二、轮辋轮辋宽度尺寸主要取决于轮轨的搭载量。

当轮对运行在曲线上时，外侧车轮轮缘靠近钢轨，内侧轮缘远离钢轨。

只有内侧车轮踏面在钢轨上的搭载量足够，才能保证轮对不脱轨。

《铁路技术管理规程》规定，当曲线半径在300m以下时，轨距应加宽15mm。

因此，最大轨距为1435+15+6=1456mm（其中：名义轨距L为1435mm，最大公差为6mm）。

轮对最小内侧距为1354mm，轮缘最小厚度为23mm。

车轮踏面外侧倒角5mm，钢轨头部圆弧半径为R13mm，钢轨内侧磨耗2mm，轨枕弯曲、道钉松动等引起轨距扩大8mm，重车时车轴微弯引起轮对内侧距离减小2mm，轮轨安全搭载量按7mm考虑，根据上述数据算得轮辋最小宽度为120mm，考虑到车辆过驼峰时实施的制动，车轮外侧面磨损5mm，则轮辋最小宽度应为125mm。

目前我国铁路货车车轮轮辋宽度为135~140mm。

轮辋厚度通常指新轮辋厚度。

我国铁路对正常服役的车轮的判废依据是轮辋剩余厚度，当轮辋剩余厚度小于等于23mm时车轮报废。

新轮辋厚度与轮辋限度之差为轮辋的有效磨耗厚度。

轮辋越厚有效磨耗厚度就越大。

但车轮自重也大。

有效磨耗厚度越厚，车轮使用寿命越长，新旧车轮直径差就越大。

铁道车辆轮对及轴承的结构与检修一、引言铁道车辆轮对及轴承是铁路运输中的重要组成部分，对车辆的牵引、支撑和导向起着关键作用。

轮对是铁道车辆与铁轨之间的接触部分，承受着车辆的重量和牵引力，而轴承则负责支撑和导向轮对的运动。

本文将重点介绍铁道车辆轮对及轴承的结构和检修方法。

二、铁道车辆轮对的结构铁道车辆轮对由车轮、轮轴、轴箱和轴承组成。

车轮是直径较大的圆盘状零件，由高强度钢材制成。

轮轴是连接两个车轮的轴杆，通常采用优质合金钢或碳素结构钢制造。

轴箱是轴承座的外壳，起到固定轮轴和减少摩擦的作用。

轴承则用于支撑轮轴并减少摩擦。

三、轴承的结构和类型轴承是铁道车辆轮对中的关键部件，其结构大致可分为内圈、外圈、滚动体和保持架。

内圈与轴轴颈配合，外圈与轴箱孔配合，滚动体则位于内圈和外圈之间，通过滚动减少摩擦力。

保持架则用于保持滚动体在轴承内的正确位置。

根据轴承的结构和使用条件，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两种类型。

滚动轴承由滚动体和保持架组成，常见的有球轴承、圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承。

滑动轴承则是利用润滑油膜实现轴与轴承之间的相对滑动，常见的有滑动滚子轴承和滑动片轴承。

四、轮对及轴承的检修方法1. 轮对的检修方法轮对的检修主要包括轮缘磨削、轮轴检查和轮对动平衡。

轮缘磨削是为了保证轮对与轨道之间的良好接触，避免轮缘磨损过快或轮轴偏心。

轮轴的检查则包括对轮轴的表面、直径和长度进行检测，以确保其符合技术要求。

轮对的动平衡是为了减少车辆在高速运行时的振动，提高运行的平稳性。

2. 轴承的检修方法轴承的检修主要包括清洗、检查和润滑。

清洗轴承时，应使用适当的溶剂将轴承内外的污垢清除干净。

检查轴承时，需要检查内外圈的表面是否有损伤或磨损，滚动体是否有裂纹或损坏，保持架是否变形等。

润滑是轴承正常运转的关键，应根据工作条件和要求选择合适的润滑脂或润滑油进行润滑。

五、结论铁道车辆轮对及轴承是铁路运输中不可或缺的组成部分，其结构和性能的良好与否直接影响着车辆的运行安全和平稳性。

轮轨接触⼏何关系及滚动理论第三节轮轨接触⼏何关系及滚动理论轨道车辆沿钢轨运⾏，其运⾏性能与轮轨接触⼏何关系和轮轨之间的相互作⽤有着密切的关系。

同时，由于轮轨的原始外形不同和运⽤中形状的变化，轮轨之间的接触⼏何关系和接触状态也是不同和变化的。

⽶⽤车轮轴承、滚动是车辆获取导向、驱动或制动⼒的主要⽅式，轨道车辆中地铁、轻轨常采⽤钢轮钢轨⽅式，⽽独轨、新交通系统及部分地铁则采⽤充⽓轮胎⾛⾏在硬质导向路⾯上。

车轮与导轨间的滚动接触关系决定了它们间的作⽤⼒、变形和相对运动。

因此滚动接触直接影响城市轨道车辆的性能、安全、磨耗与使⽤寿命。

⼀轮轨接触参数和接触状态当车辆沿轨道运⾏时，为了避免车轮轮缘与钢轨侧⾯经常接触和便于车辆通过曲线，左右车轮的轮缘外侧距离⼩于轨距，因此轮对可以相对轨道作横向位移和摇头⾓位移。

在不同的横向位移和摇头⾓位移的条件下，左右轮轨之间的接触点有不同位置。

于是轮轨之间的接触参数也出现变化。

对车辆运⾏中动⼒学性能影响较⼤的轮轨接触⼏何参数如下(图5⼀8): 1左轮和右轮实际滚动半径r L ,r R。

当轮对为刚性轮对，轮对绕其中⼼线转动时，各部分的转速是⼀致的，车轮滚动半径⼤，在同样的转⾓下⾏⾛距离长。

同⼀轮对左右车轮滚动半径越⼤，左右车轮滚动时⾛⾏距离差就加⼤，车轮滚动半径的⼤⼩也影响轮轨接触⼒。

2左轮和右轮在轮轨接触点处的踏⾯曲率半径和3左轨相⽯轨在稚轨接触点处的矶头截曲曲率半径和轮轨接触点处的曲率半径⼤⼩将会影响轮轨实际接触斑的⼤⼩、形状和轮轨的接触应⼒。

4左轮和右轮在接触点处的接触⾓s:和6R，即轮轨接触点处的轮轨公切⾯与轮对中⼼。

线之间的夹⾓。

轮轨接触⾓的⼤⼩影响轮轨之间的法向⼒和切向⼒在垂向和⽔平⽅向分量的⼤⼩。

5轮对侧滚⾓⼩w。

轮对侧滚⾓会引起转向架的侧滚和车体侧滚。

6.轮对中⼼上下位移Z w。

该量的变化会引起转向架和车体的垂向位移。

研究轮轨接触关系时应特别注意轮轨间的接触状态。

轮轨接触几何关系班级：学号：姓名：轮轨接触几何关系是轮轨关系研究的基本内容，它不仅关系到车辆的动力学性能，也关系到轮轨之间的磨耗。

其研究结果可以用于横向稳定性计算、随机响应计算及动态曲线通过计算等，还可以用于轨道几何参数和轮轨外形的合理选择。

选择合适的轮轨几何，不仅可以改善车辆的动力学性能，还能降低轮轨间的磨耗，减少制造和维修成本，提高车辆的可靠性，延长车轮的使用寿命。

本文采用Simpack软件模拟轮轨接触，选用的车轮踏面为S1002，轨头为CHN_60。

1. S1002踏面外形S1002外形轮廓由车轮踏面作用区域之外的倒角、外侧斜度区域A、踏面区域B和C、踏面外形轮廓与轮廓外部区域的连接区域D、70o轮缘角长度区域E和轮缘区域F、G、H构成。

其中，外侧斜度区域A的斜度值可从6.5%至15%；踏面区域B和C由两段凹凸方向不同的高次曲线构成；连接区域D为一段半径为13mm的圆弧；70o轮缘角长度区域E为一条切线段；当车轮直径≥760mm时，轮缘高度h为28mm，轮缘区域F、G、H分别由半径为30mm、12mm和20.5mm的三段圆弧构成。

随着轮缘厚度的变化，轮缘及其踏面的连接区域也随之变化。

S1002踏面外形如图1-1所示。

图1-1 S1002踏面外形2. CHN_60轨面形状CHN_60钢轨顶面采用80-300-80的复合圆弧，具有与车轮踏面相适应的外形，能改善轮轨接触条件，提高抵抗压陷的能力；同时具有足够的支承面积，以备磨耗。

CHN_60踏面外形如图2-1所示。

图2-1 CHN_60轨面截面形状3. 轮轨几何关系参数轮轨几何关系重要参数有：车轮和钢轨型面、轨距、轨底坡、轮缘内侧距、名义滚动圆距轮对中心距离和车轮名义直径。

其几何关系平面图（见图3-1）和影响轮轨接触几何关系参数的平面图（图3-2）如下所示。

图3-1 轮轨接触几何关系平面图图3-2 影响轮轨接触几何关系平面图4. 轮轨接触几何关系的特征参数在机车车辆动力学研究中，除了要计算处接触点位置和相应参数值，另外，还要研究和动力学性能直接相关的轮轨关系特征参数，它们分别是：等效锥度、等效接触角、轮对重力刚度和重力角刚度。

§6轮轨接触几何关系1．轮轨接接状态车辆的运行性能与轮轨间的相互作用有着紧密关系。

轮轨接触的几何关系与钢轨轨头、车轮踏面的形状以及接触状态有关。

车轮与钢轨的接触状态有两种：一、一点接触车轮踏面与钢轨顶面的接触状态；二、二点接触车轮踏面和轮缘与钢轨顶面和侧面同时接触。

2．轮轨接触的几何关系（1）我国铁道车辆车轮踏面的和钢轨截面形状标准型锥形车轮踏面：铁道部标准TB449－76规定的形状（简称为TB型踏面）配合使用的钢轨为50㎏标准钢轨LM型车轮踏面配合使用的钢轨为60㎏标准钢轨其它外形钢轨JM型机车车轮磨耗形踏面各机务段根据本段线路实际情况采用的不同的车轮踏面外形。

采用磨耗形车轮踏面的车轮可延长其寿命。

(2)轮轨接触几何关系a.锥形踏面车轮的轮轨接触几何关系初始时轮轨接触时的滚动半径为 车轮踏面斜度为λ φw当轮对右移动量为y 时 左侧车轮的接触半径y r r l λ-=0 右侧车轮的接触半径y r r R λ+=0 轮对的侧滚角y a w λφ=左右轮接触角λδδ==R Lb ，圆弧形轮轨截面外形的轮轨接触几何关系 当轮对右移动量为y 时轮对两曲率中心连线中点CO '的坐标 )(21owL owR ocy y y '+'=' )(21owL owR ocz z z +'=' 轮对中心的橫移动 ow oww y y y -'= 轮对中心的升高量 ow oww z z z -'=∆ 左侧车轮的接触半径)cos (cos 00l w l r r δδρ-+= 右侧车轮的接触半径)cos (cos 00R w l r r δδρ-+=轮对的侧滚角 o w low R ow R o wl w y y z z a r c t g '-''-'=φ左轮接触角 W L L φθδ+=右轮接触角 W R R φθδ-=轮轨截面外形为两段或多段圆弧组成时的轮轨接触几何关系。