铁道轮轨黏着系数

轮轨粘着系数
轮轨粘着系数是指轮轨间摩擦力与垂直于轨道的力之比，它是衡量列车牵引力和制动力的重要参数。

轮轨粘着系数越大，列车牵引力和制动力越大，行驶安全性越高。

轮轨粘着系数受多种因素影响，主要包括以下几点：
1. 运行速度：研究表明，轮轨粘着系数随着运行速度的增加而减小。

当速度较高时，轮轨间的摩擦力降低，粘着系数下降。

2. 钢轨条件：钢轨的干燥程度、光滑程度等因素会影响轮轨粘着系数。

在干燥条件下，轮轨粘着系数较高；而在潮湿或污浊的钢轨上，粘着系数降低。

3. 车轮和轨道的状况：车轮和轨道的磨损、裂纹、污物等会影响轮轨粘着系数。

良好的车轮和轨道状况有助于提高粘着系数。

4. 时间：轮轨粘着系数会随着时间的变化而变化，例如在列车行驶过程中，轮轨间的摩擦力会逐渐降低。

为了提高轮轨粘着系数，可以采取以下措施：
1. 优化列车运行工况，适当降低运行速度，以提高粘着系数。

2. 保持钢轨的干燥和清洁，减少污物和冰雪等对轮轨粘着系数的影响。

3. 定期检查和维护车轮和轨道，确保其良好状况，提高粘着系数。

4. 采用先进的列车控制和牵引系统，实时调整列车牵引力和制动力，以充分利用轮轨粘着系数。

需要注意的是，轮轨粘着系数的研究和应用是一个复杂的过程，实际操作中需要考虑多种因素，以提高列车行驶的安全性和效率。

轮轨黏着系数影响因素综述以轮轨黏着系数影响因素综述为题，本文将从轮轨材料、轮轨几何参数、轮轨运行状态和环境条件等方面综述影响轮轨黏着系数的因素。

一、轮轨材料轮轨材料是影响轮轨黏着系数的重要因素之一。

不同材料的摩擦性能和表面特性不同，从而影响了轮轨之间的黏着性能。

一般来说，轮轨材料的硬度越高，摩擦系数越大。

例如，硬度较高的钢轨表面更容易与车轮形成黏着，而软质的钢轨则会降低黏着性能。

二、轮轨几何参数轮轨几何参数也对黏着系数有一定的影响。

其中，轮轨半径、轮轨压力和轮轨间隙是最重要的几何参数。

较大的轮轨半径和轮轨压力会增加轮轨接触面积，从而增加黏着力。

而轮轨间隙过大或过小都会导致黏着性能下降，因为过大的间隙会减小黏着面积，过小的间隙则容易导致轮轨之间的黏着剪切力过大。

三、轮轨运行状态轮轨运行状态也会对黏着系数产生一定的影响。

例如，轮轨表面的污染物、磨损或锈蚀等都会降低黏着性能。

轮轨表面的污染物，如油脂、水膜等，会形成一个障碍层，减小轮轨之间的接触面积，从而降低黏着力。

此外，轮轨的磨损和锈蚀也会导致黏着性能下降，因为磨损和锈蚀会改变轮轨表面的物理性质，使黏着性能降低。

四、环境条件环境条件也是影响轮轨黏着系数的一个重要因素。

例如，温度和湿度对黏着性能有明显的影响。

在高温和潮湿的环境下，轮轨表面的水膜会增加，从而降低黏着力。

此外，冰雪等极端天气条件也会造成黏着性能的下降，因为冰雪会形成一个障碍层，减小轮轨之间的接触面积。

轮轨黏着系数受到多种因素的影响，包括轮轨材料、轮轨几何参数、轮轨运行状态和环境条件等。

对于确保轮轨黏着性能的稳定和可靠，需要综合考虑这些因素，采取适当的措施进行维护和管理。

例如，定期清洗轮轨表面、控制轮轨间隙、选择合适的轮轨材料等措施都可以提高黏着系数，保障列车运行的安全和稳定。

一、填空题：1、机车牵引力就是指机车轮周牵引力2、轮轨之间的最大静摩擦力称为机车粘着力（黏着系数）3、机车牵引力（轮周牵引力）不得大于机车粘着牵引力，否则，车轮将发生空转。

4、机车牵引特性曲线是反映了机车的牵引力和速度之间的关系。

在一定功率下，机车运行速度越低，机车牵引力越大。

5、内燃机车在多机牵引和补机推送时，其牵引力需修正。

1.列车运行阻力可分为基本阻力和附加阻力。

2、列车附加阻力可分为坡道附加阻力、曲线附加阻力和隧道空气附加阻力。

3、列车在6‰坡道上上坡运行时，则列车的单位坡道附加阻力为 6 N/KN4、列车在2‰坡道上下坡运行时，则列车的单位坡道附加阻力为 -2 N/KN5、在计算列车的基本阻力时，当货车装载货物不足标记载重50%的车辆按空车计算；当达到标记载重50% 的车辆按重车计算。

1、列车基本阻力主要由以下五种阻力因素组成：（1）轴承摩擦阻力。

（2）车轮与钢轨间的滚动摩擦阻力。

（3）车轮与钢轨间的滑动摩擦阻力。

（4）冲击和振动阻力。

（5）空气阻力。

1、列车制动力是由制动装置引起的与列车运行方向相反的外力，它的大小可由司机控制，其作用是调节列车速度或使列车停车。

2、轮对的制动力不得大于轮轨间的粘着力，否则就会发生闸瓦和车轮“抱死” 滑行现象。

3、目前，我国机车、车辆上多数使用中磷铸铁闸瓦。

4、列车制动一般分为紧急制动和常用制动。

5、列车制动力是由列车中各制动轮对产生的制动力的总和。

2、闸瓦的摩擦系数大小与下列因素有关：（1）制动初速度（2）列车运行速度（3）闸瓦压力（4）闸瓦材质3、从列车的单位合力曲线上，能解读出什么？答：列车的单位合力曲线图上可以清楚地读出：（1）列车在不同工况下和某速度时的单位合力的大小；（2）能分析出列车在该时的加速、减速或匀速的状态；（3）还能看到列车的均衡速度。

1、列车单位合力曲线是由牵引运行、惰行运行和制动运行三种曲线组成。

2、作用于列车上的合力的大小和方向，决定着列车的运动状态。

粘着系数机车动轮不空转时的最大轮周牵引力与粘着重量的比值。

机车动轮踏面和钢轨接触面间的摩擦阻力，称为粘着力。

机车牵引车列运行时，动轮作用于钢轨的力在任何情况下至多只能等于而不能大于粘着力，否则动轮就会在钢轨上空转（打滑），使机车牵引力急剧下降甚至消失。

在机车不空转条件下，根据粘着系数确定的机车牵引力，称为粘着牵引力。

机车粘着重量是机车所有动轮作用于钢轨的垂直重量之和。

粘着系数μ、粘着重量Pμ和粘着牵引力Fμ的关系如下：Fμ＝Pμ·μ一定类型的机车具有的设计粘着重量是固定值。

机车的粘着重量确定后,就由粘着系数决定粘着牵引力,从而决定与之匹配的原动机功率。

粘着系数是机车动轮和钢轨接触点上的静摩擦系数，即相对速度趋于零时的滑动摩擦系数。

它同许多因素有关，主要的有：①动轮受力状态。

机车原动机传给动轮的力越是均衡、稳定，粘着系数就越大。

如电力机车和电力传动柴油机车，每个牵引电动机的特性相同，分配的电流相等，粘着系数就大。

蒸汽机车动轮上的曲拐销处于轴心上下垂直位置时，动轮的扭矩最大；处于轴心前后水平位置时，扭矩最小。

左右侧曲拐销相隔90度，在动轮旋转一周中两侧曲拐销受力之和呈波形变化，所以蒸汽机车的粘着系数小于电力机车和柴油机车。

②动轮踏面和钢轨表面的状态。

表面越是平整、干燥，粘着系数就越大。

如果表面不平、潮湿或有霜、雪、冰、水、油垢等，则粘着系数降低。

向动轮和钢轨间撒以小颗粒的干砂，可以增大摩擦力、提高粘着系数。

③动轮直径和装配。

各动轮的直径越一致，装配越准确,粘着系数就越大。

蒸汽机车各动轮的直径不同,或者动轮轴与钢轨平面的投影不成直角，都会使动轮在滚动中带有空转，降低粘着系数。

④机车运行速度。

粘着系数随机车运行速度的提高而降低。

机车在运行中，会产生冲击、振动和蛇形运动，动轮在钢轨上会发生纵向滑动和横向滑动。

而且钢轨表面不平整，运行速度越高，这些现象越严重，轴重转移也越大，重量减少的动轮会发生空转，全机车的粘着系数会减小。

轮轨弹性接触问题的研究——机车讲座有感在机车专业知识讲座的学习过程中，对张老师所研究的课题颇感兴趣，课后对相关知识材料进行了收集，对此做以总结及延伸。

轮轨弹性接触问题的研究，主要分为轮轨的粘着问题，轮轨的磨耗问题，脱轨、噪声问题。

其中，轮轨的磨耗问题包括轮轨的接触疲劳问题和轮轨的波浪形磨耗问题。

一、轮轨的粘着问题具有弹性的钢质车轮在弹性的钢轨上以速度v运行时，在车轮与钢轨的接触面间会产生一种极为复杂的物理现象，车轮与钢轨承受着垂直载荷和纵横切向载荷。

纵向载荷主要来自牵引及制动。

稳态前进的非动力轮在不制动时，其纵向切向力平衡轴承阻力和蛇行时的惯性力。

无论是动力轮对或从动轮对都存在着纵向切向力，它导致了轮轨纵向相对运动的速度差。

(一)黏着区和滑动区传统理论认为钢轮相对钢轨滚动时，接触面是一种干摩擦的黏着状态，除非制动或牵引力大于黏着能力才会转人完全滑动的摩擦状态。

现代研究表明，由于车轮和钢轨都是弹性体，滚动时轮轨间的切向力将在接触斑面上形成两个性质不同的区域:粘着区和滑动区。

切向力小时主要为豁着区；随着切向力加大，滑动区扩大，黏着区缩小。

当切向力超过某一极限值时，只剩下滑动区，轮子在钢轨上开始明显滑动。

(二)蠕滑与蠕滑率由于粘滑区的存在，轮周上接触质点的水平速度与轨头上对应质点相对轮心的水平速度并不相同，存在着一个微小的滑动，称为蠕滑。

宏观上轮周速度与轮心的水平速度并不一致。

以同样的转速走行在硬质路面和沙地上的两辆自行车，其前进速度并不一样，也是这种道理。

当车轮受到横向外力作用时，会产生微小的横向移动。

(三)蠕滑力在不同条件下进行纵向蠕滑试验，蠕滑率与切向力的关系曲线是有差别的。

清洁轮轨接触面条件下获得的蠕滑率与蠕滑力关系与Kalker的理论曲线相近，天气干燥、潮湿等因素都会影响切向力的大小。

实际上过去所谓的牵引力、砧着力、制动力、切向力的概念在本质上都是蠕滑力。

在小蠕滑下，蠕滑力与蠕滑率成线性关系。

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。

车轮与钢轨之间的接触状态可能有两种，即一点接触和两点接触(图5一9)，轮对相对轨道的移动量不大时，一般出现车轮踏面与钢轨顶面相接触，通常为“一点接触”;当轮对相对轨道的横移和摇头角位移量超过一定范围，根据不同轮轨形状特点可能引起车轮踏面和轮缘同时与钢轨顶面和侧面接触，即所谓“两点接触”。

单进路：到发线只办理一个方向的到发作业。

双进路：到发线办理上下两个方向的业务。

折角车流：从一条正线转移到另一条正线，运行方向不变，在站内不折返运动。

动力分散：高速列车的牵引动力分散配置。

一种是完全分散模式，列车编组中的车辆全部为动力车；另一种是相对分散模式，列车编组中的车辆，有些为动力车，有些为拖车。

动力集中：高速列车两端为动力车，中间全部为无动力的挂车(拖车或客车)，牵引采前拉后推方式。

转向架：为列车高速行驶之关键设备，其功用在支承车体并由其车轮随着钢轨自由转动而导引列车前进，同时要能符合高速运转安全及乘坐舒适性(如各方向振动、轮轨摩擦噪音等)之条件。

空气动力效应：车辆行驶时之空气力学的特性，包括气动力(阻力、扬升力等)、空力噪音、列车风、压力变动、隧道微气压波等，总称为空气动力效应。

电阻煞车：电动机在煞车时，车辆之动能转换为电能，此电力流经电阻器而以热能方式发散于大气中。

再生煞车：电动机在煞车时，车辆之动能转换为电能之再生电力，依据截波器或变流器等返回至电源侧的煞车方式。

此再生电力可供附近车辆使用，或可回送至变电站。

轴重：在平坦轨道上，运转整备状态下，静止车辆的左右两侧车轮承受之荷重和；或者是说，车辆之一轮轴所承受之垂直负荷称之为轴重。

黏着：车轮与轨道之间的摩擦现象，在铁路上称之为黏着。

黏着力：车轮在钢轨上转动且接触在轨面上时，在轮轨间，车轮前后方向作用的切线力称为黏着力。

最大黏着力与轴重(轮重)之比值即为黏着系数。

VVVF：为可变电压(variable voltage)、可变频率(variable frequency)之简称，其控制方式多采PWM(脉宽调制)控制。

PWM:在电力牵引中，变流器(Inverter)大多是感应电动机的变频电源，需要随着频率的改变而改变逆变器的输出电压，以保持U/f比为恒值，使交流电动机平滑地运转。

把变流器的输出电压斩波成为脉冲，通过改变脉冲的宽度、数量或者分布规则，以改变输出电压的数值和频率的控制方法，就称为脉宽调制(Pulse Width Modulation；PWM)。

高速轮轨水介质存在下的黏着特性数值研究轮轨黏着是关系高速铁路行车安全和正常运营的关键问题。

在铁路运输的研究中,轮轨黏着是指车轮和钢轨在滚动接触时的摩擦力。

在列车运行过程中牵引力和制动力的实现都依赖于轮轨黏着。

一般来说,轮轨表面处于干燥状态时,黏着系数没有太大变化。

但是,当遇到雨天或下雪等天气,钢轨表面湿滑,黏着系数变化很大。

尤其在高速时,黏着系数会变得很低。

由于低黏着造成的列车牵引能力不足而引起的最常见的结果是列车误点,直接影响铁路的正常运营。

而低黏着造成的制动力不足则导致制动距离变长,从而引起安全问题,甚至造成列车冒进信号、冲出站台或者列车相撞等严重的行车安全事故。

此外低黏着还会引起的车轮在钢轨上空转或滑行,造成车轮踏面或钢轨轨头擦伤。

因此,不管是从经济效益还是从列车运行安全方面来讲,对钢轨表面存在水介质情况下的黏着机理的研究显得尤为重要。

由于轮轨黏着对铁路运输的重要作用,围绕此方面的研究已进行多年,但是仍未达成共识,差异较大。

考虑到数值研究的困难,目前国内外研究人员的研究手段大部分是以试验研究为主。

Ohyama等和Chen 等利用双盘对滚试验装置对水润滑条件下的轮轨黏着开展了一系列的试验研究。

他们的研究表明了接触表面粗糙度和水温对黏着系数有很大的影响。

其中值得一提的是,Ohyama 等在文献[5]中对400km/h 条件下表面粗糙度对黏着系数的影响进行了研究,这是目前黏着试验所达到的最高速度。

Zhang 等运用全比例尺寸的高速轮轨滚动试验台系统研究了水介质存在时高速轮轨黏着特性。

此外,Gallardo-Hernandez、Lewis和Wang等分别研究了水润滑条件下轮轨黏着,得到了水润滑条件下的轮轨蠕滑率/力关系。

相比于试验研究数值研究方面进展比较缓慢。

最早Ohyama 等基于膜厚的经验公式,将弹流理论引入到轮轨黏着的研究中,研究了轮轨粗糙表面的介质黏着特性。

随后,Chen H 等对水介质的情况进行了完全数值分析。

Open Journal of Transportation Technologies 交通技术, 2020, 9(1), 16-22Published Online January 2020 in Hans. /journal/ojtthttps:///10.12677/ojtt.2020.91003Research on Adhesive CoefficientTest Method Based on TrainBrake Integrated Test-BedSu YangInstitute of Rail Transit, Tongji University, ShanghaiReceived: Dec. 26th, 2019; accepted: Jan. 8th, 2020; published: Jan. 15th, 2020AbstractIn this paper, the 1:1 train brake integrated test-bed is taken as the research object, and the test methods of the characteristic parameters related to the adhesive characteristics under the brak-ing condition are analyzed in detail, including the slip ratio, adhesive force and positive pressure.Finally, the test-bed was used to carry out the repeated test under the same working condition, and the relationship between the adhesion coefficient and slip ratio was obtained through data sorting and analysis. It was confirmed that the 1:1 train brake integrated test-bed can meet the test of the adhesion coefficient between the wheel and rail during the braking process.KeywordsVehicle Operation Engineering, Train Brake, Adhesion Coefficient, Test Method基于列车制动综合试验台的黏着系数测试方法研究杨苏同济大学铁道与城市轨道交通研究院，上海收稿日期：2019年12月26日；录用日期：2020年1月8日；发布日期：2020年1月15日摘要本文以1:1列车制动综合试验台为研究对象，详细分析了制动工况下黏着特性相关的特征参数的测试方法，杨苏主要包括滑移率、黏着力以及正压力。