轮轨滚动接触力学的发展
工业用钢轨与列车车轮接触力研究
工业用钢轨与列车车轮接触力研究引言工业用钢轨与列车车轮之间的接触力是铁路运输中的重要研究领域。
准确了解和控制接触力对于确保列车的安全、提高运输效率和降低维护成本具有关键意义。
本文将对工业用钢轨与列车车轮的接触力进行研究，并探讨影响接触力的因素以及现有的解决方案。
一、工业用钢轨与列车车轮接触力概述工业用钢轨与列车车轮的接触力是指沿轨道行驶的列车车轮与钢轨之间所产生的作用力。
在运输过程中，接触力的大小直接影响了列车的牵引力、制动力和转向能力。
准确了解并控制接触力，能够提高列车的安全性、可靠性和运输效率。
二、影响接触力的因素1. 车轮和轮轴的材料与几何形状：车轮和轮轴的材料和几何形状对接触力具有重要影响。
不同材料的车轮会对接触区域的形变和应力分布产生影响，进而改变接触力的大小。
2. 钢轨的几何形状和表面状况：钢轨的几何形状和表面状况也会影响接触力。
轨道的几何形状（包括凹槽、螺旋曲线等）会引起车轮端面的变形，从而影响接触力的分布。
3. 轮轨间的垫片：在车轮与钢轨之间安装垫片能够减小接触力的大小。
垫片的设计和材料选择对接触力的控制起着重要作用。
4. 轨道的弹性和刚度：弹性对接触力的分布和大小有重要影响。
刚度的变化会导致接触力分布的不均匀，从而影响列车的运行性能。
5. 气动力与动力学因素：列车行驶过程中，空气动力学因素和动力学因素也会影响接触力。
例如，列车在高速行驶时会产生空气动力学压力，从而影响接触力的大小。
三、现有解决方案1. 材料和几何形状优化：通过改变车轮和轮轴的材料和几何形状，可以调节接触区域的形变和应力分布，从而控制接触力的大小。
此外，对于钢轨的几何形状和表面状况的优化也能够改善接触力。
2. 垫片设计和选择：合理选择和设计垫片能够减小接触力的大小。
垫片的材料选择应符合弹性和刚度的要求，从而实现对接触力的控制。
3. 轨道维护与管理：定期进行轨道的维护和管理对于保持合适的几何形状和表面状态至关重要。
高铁列车的轮轨关系与动力学性能研究
高铁列车的轮轨关系与动力学性能研究引言高铁列车作为一种现代化的铁路交通工具，其快速、稳定、舒适的特点受到了广泛的认可和青睐。
在高铁列车的运行过程中，轮轨关系和动力学性能是至关重要的研究领域。
轮轨关系包括了轮轨之间的相互作用以及对运行安全和稳定性的影响，而动力学性能则关系到列车的加速度、制动性能等关键参数。
本文将围绕高铁列车的轮轨关系与动力学性能展开深入研究，探讨现有技术水平下的相关问题，并提出改进措施和建议。
一、轮轨关系的基本原理与特点1.轮轨接触力的分布特点轮轨接触力是指轮轨之间的力量作用，直接影响到列车的牵引、制动和转向性能。
在高铁列车运行过程中，轮轨接触力的分布呈现出一定的规律，通常在列车重心附近较大，在两端相对较小。
了解轮轨接触力的分布特点对于提高列车的运行效率和安全性具有重要意义。
2.轮轨几何关系的影响轮轨几何关系是指轨道道岔、弯道等结构对轮轨之间关系的影响。
在高速铁路中，采用超高铁路设计标准，轨道线路平整度高，曲线半径大，有利于减小列车与轨道之间的动态载荷，提高运行平稳性和舒适性。
二、动力学性能分析及影响因素1.牵引性能与动力系统高铁列车的牵引性能直接关系到列车的运行速度和能耗。
目前，高铁列车多采用电力牵引系统，通过电机等设备提供动力，实现列车的高速运行。
优化动力系统结构和控制算法，提高列车的牵引性能，是提升高铁列车整体运行效率的重要手段。
2.制动性能与制动系统高铁列车的制动性能对于列车的安全性至关重要。
在高速运行中，制动系统需要具有快速、灵活的响应能力，能够确保列车在紧急情况下快速停车。
目前，高铁列车多采用电磁制动和气动制动相结合的方式，实现较好的制动效果。
3.转向性能与转向系统高铁列车的转向性能对于列车的运行平稳性和舒适性有着直接的影响。
转向系统需要具有较高的精度和稳定性，确保列车在高速运行过程中能够稳定行驶。
目前，高铁列车通常采用转向架和轮对组成的方式，保证列车的转向性能符合设计要求。
轮轨接触力学
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。
高速列车车轮与轨道接触力研究
高速列车车轮与轨道接触力研究随着科技的不断进步和交通设施的快速发展，高速列车作为现代社会中一种重要的交通工具，越来越多地被应用于人们的生活中。
而高速列车的安全行驶离不开车轮与轨道之间的有效接触力。
本文将就高速列车车轮与轨道接触力的研究进行探讨。
首先，我们需要了解何为车轮与轨道接触力。
简而言之，接触力是指车轮与轨道之间相互作用的力量。
确保能够维持良好接触力对高速列车的安全行驶至关重要。
这不仅关乎列车的平稳性，还涉及到列车的牵引、制动和悬挂系统等方面。
在研究接触力时，科学家首先需要考虑的是车轮和轨道的材料特性。
一般来说，车轮和轨道都由金属材料制成，如钢铁或铸铁。
这些材料通常具有良好的导电性和导热性，同时拥有足够的强度和硬度，以承受列车运行时产生的巨大压力和冲击力。
其次，有关接触力的研究还需要考虑车辆的速度和负载情况。
高速列车的运行速度普遍较快，这就需要车轮和轨道之间的接触力能够承受高速运动时引起的中心离心力和摩擦力。
另外，列车的负载也会影响接触力的大小。
负载过大容易造成车轮与轨道之间的剪切力增大，从而降低接触力。
此外，接触力研究还需要考虑列车的行驶轨迹以及轨道的几何结构。
车轮与轨道之间的接触力与列车的行驶轨迹有密切关系。
例如，当列车行驶在弯道上时，车轮与轨道接触力的变化会影响列车的稳定性和行驶速度。
而轨道的几何结构，如轨道的质量、曲率和轮轨间距等，也会直接影响接触力的大小和分布。
为了保证高速列车的运行安全和舒适性，研究人员通过模拟实验和计算分析等方法来研究车轮与轨道接触力。
他们使用先进的传感器和测量设备来获取和记录实际运行中的数据，然后利用数学模型和计算机仿真来分析和预测接触力的变化规律。
通过这些研究，他们可以进一步优化车辆和轨道的设计，以提高列车的安全性和运行效率。
尽管对车轮与轨道接触力的研究已经取得了显著的进展，但仍然面临一些挑战。
例如，高速列车在长时间高速行驶中会产生较高的车轮磨损，这可能导致接触力减小甚至失效。
高速列车运行的轮轨力学与磨损分析
高速列车运行的轮轨力学与磨损分析随着科技的不断发展，高速列车已经成为现代交通运输的主要选择之一。
高速列车的快速行驶离不开良好的轮轨力学性能和磨损控制。
本文将对高速列车运行的轮轨力学和磨损进行深入分析，以便更好地理解其运行机理和优化性能。
一、轮轨接触力分析高速列车的运行离不开轮轨之间的接触力。
接触力是由于轮子对铁轨的压力产生的，它直接影响着列车的运行稳定性和能耗。
接触力的大小与列车的重量、列车速度、曲线半径、轮轨几何结构等因素密切相关。
通过合理调整这些参数，可以优化接触力分布，减少不必要的能耗，并提高列车的运行效率。
二、轮轨磨损分析随着高速列车的长时间运行，轮轨之间的磨损不可避免。
轮轨磨损会导致铁路线路的不平整以及轮轨几何结构的变化，进而影响列车的安全性和舒适性。
因此，对轮轨的磨损进行分析和控制是非常重要的。
（一）轮轨磨损机理分析轮轨之间的磨损可以归结为两种主要机理：疲劳磨损和磨粒磨损。
疲劳磨损是由于重复受力引起的金属疲劳，而磨粒磨损是由于轮轨接触面的摩擦和磨粒的作用引起的。
（二）轮轨磨损影响因素分析轮轨磨损受多种因素的影响，其中包括轮轨材料的性能、车轮与轨道之间的压力分布、列车的运行速度、弯道半径和列车的车型等。
不同的因素对轮轨磨损的影响程度不同，因此需要综合考虑这些因素，制定合理的轮轨维护和磨损控制策略。
三、轮轨力学分析模型建立为了更好地研究轮轨力学性能和磨损特性，需要建立相应的力学分析模型。
常见的轮轨力学分析模型有弹性模型、弹塑性模型和非线性摩擦模型等。
通过建立适合实际情况的模型，可以预测轮轨之间的接触力分布以及磨损情况，为轮轨维护提供科学依据。
四、轮轨磨损控制策略探讨基于轮轨力学和磨损分析结果，可以制定一系列的轮轨磨损控制策略，以延长轮轨的使用寿命、提高列车的运行效率和保证乘客的出行安全。
例如，定期轮轨维护、优化列车运行参数、采用新型材料等措施都可以有效控制轮轨磨损，并减少对环境的影响。
结论高速列车的运行是一个复杂的机理过程，轮轨力学和磨损是其中重要的因素。
轮轨滚动接触问题的研究现状
的 运 行 速 度 和 运 载量 也 在 不 断提 升 。然 而 ，随着
１９２６年 Ｃａｒｔｅｒ Ｆ Ｗ．利 用 弹 性 半 空 间 理 论 和
高速铁路 的不断发展 ，相应 的轮轨滚 动接触疲劳 Ｈｅｒｔｚ理论求解了二维弹性轮轨滚动接触 问题 ， 。
损 伤和 钢轨 波浪 形磨损 等 问题 也愈 加 突出 。
动接触理论 和轮轨滚动接触疲劳两个方面的研究 果表明 １０次纯滚动后钢轨接触应力和弹塑性变形
收稿 日期 ：２０１５．０９ ０８。 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（５１０７４０８８，５１３７４１２７）。 作者简介 ：宋华 （１９６８一 ），男 ，山西大 同人 ，教授 。
第１期
宋 华，等 ：轮轨滚动接触问题的研 究现状
Ｈｅｒｔｚ滚动接触理论研究及其数值方法研究 ，但 由 的轮轨接触模型分别进行计算 ，得到 了轮轨接触
于此理论引入 了弹性半空 间假设 ，因而无法考虑 应力 的分布及变化规律 。
轮轨结构弹性变形对轮轨蠕滑力的影响 ，且 当车 １．２ 轮轨 滚 动接触试 验 研究
轮轮缘与钢轨贴靠形成共形接触或两点接触时 ，
包括两个方面陋。 ：（１）轮轨滚 动接触理论 ，从早期 滚动次数 的增加 ，钢轨残余应力渐增性收敛并很
的二维 弹 性滚 动 接触 理 论 到现 在 的三维 非 赫 兹滚 快趋于稳定 ，且在滚过 ｌ０次和 ２Ｏ次后钢轨残余应
动接触理论 ；（２）轮轨滚动接触疲劳问题 ，轮轨滚 力分别 比稳定值小 ８％和 ３％ｎ 。温泽峰和金学松
车轴重、轮轨接触力 、轮轨蠕滑力 、机车牵引力 、接 压 力 和切 向牵 引力 的分 布 状 态 。Ｊｉａｎｇ Ｙ Ｙ等应
触踏面摩擦系数、轮轨材料 、表面粗糙度和先天加 用 Ｈｅｒｔｚ接触理论模型对轮轨二维纯滚 动接触 进
高速列车车轮与轨道的接触力分析与优化
高速列车车轮与轨道的接触力分析与优化随着科技的进步和交通运输的发展，高速列车成为现代社会中不可或缺的交通工具之一。
而高速列车的安全与舒适性在很大程度上取决于车轮与轨道之间的接触力。
因此，对高速列车车轮与轨道的接触力进行分析与优化是至关重要的。
一、高速列车车轮与轨道接触力分析1. 轮轨接触模型高速列车车轮与轨道的接触力可以使用轮轨接触模型来描述。
该模型考虑了轮轨间的压缩变形、弹性回复以及滑移等因素，从而可以计算出接触力的大小和方向。
2. 接触力的组成接触力通常分为垂直力和水平力两个分量。
垂直力是指车轮与轨道的垂直压力，其大小取决于列车的重量和轮轨之间的弹性变形；水平力是指车轮与轨道之间的摩擦力，其大小与列车的行驶速度以及轮轨之间的滑移有关。
3. 影响接触力的因素接触力的大小受到多种因素的影响，包括列车质量、列车速度、轮轨间的几何形状和材料特性等。
合理地分析这些因素对接触力的影响，可以帮助我们优化列车的设计和轨道的维护。
二、高速列车车轮与轨道接触力的优化1. 车轮与轨道的几何形状优化通过优化车轮和轨道的几何形状，可以改变接触力的分布，减小轮轨间的滑移，从而提高列车行驶的平稳性和舒适性。
例如，采用倒角设计可以减小接触力的峰值，降低磨损和噪音。
2. 轮轨材料的选择与处理选择适当的轮轨材料可以改善接触力的性能。
例如，采用高硬度和低摩擦系数的材料可以减少摩擦力，提高列车的能效；对轨道表面进行涂层处理可以降低摩擦系数和磨损。
3. 接触力的在线检测和监测为了有效地进行接触力的优化，我们需要实时地监测列车的运行状况和接触力的变化。
通过安装传感器和监测系统，可以收集列车行驶过程中的数据，帮助我们及时发现问题并采取相应的措施进行调整和优化。
4. 轨道的维护与保养良好的轨道维护和保养可以保持轨道的平整度和轮轨几何形状的一致性，减小接触力的波动和不均匀性。
定期检查轨道的磨损情况，及时修复和更换损坏的轨道部件，对于减少接触力的变化和提高列车运行的稳定性具有重要意义。
高速列车轮轨接触力研究
高速列车轮轨接触力研究在现代交通运输领域，高速列车技术一直是备受关注的研究领域。
而在高速列车技术中，轮轨接触力的研究是一个至关重要的方面。
轮轨接触力的研究涉及列车运行的稳定性、行驶速度的提升以及轨道设备的使用寿命等诸多方面。
本文将以高速列车轮轨接触力的研究为主题，探讨该领域的一些关键问题和研究成果。
在高速列车行驶过程中，轮轨接触力是指列车轮轨之间发生的力的交互作用。
它既受到列车自身重力的影响，也受到列车加速度、速度等因素的影响。
研究轮轨接触力首先需要了解这种力的产生机制。
传统的轮轨接触力研究主要基于力矩平衡原理，即轮胎力矩平衡方程。
该方程考虑了轮轨垂向力、侧向力和纵向力之间的平衡关系，通过求解该方程可以获得轮轨接触力的大小和方向。
然而，由于高速列车运行过程中各种因素的复杂性，传统的轮轨接触力研究方法已经不能满足实际需求，因此需要进一步深入研究。
近年来，随着各类高速列车的研发和投入使用，轮轨接触力的研究逐渐得到了加强。
研究者们通过建立更精确的数学模型，结合实际的运行数据，对列车轮轨接触力进行了深入的分析。
据研究者的观察和实验结果表明，轮轨接触力的大小和方向与列车运行速度、轮胎和轨道的材料特性有关。
其中，轮胎的摩擦系数和轮胎与轨道之间的摩擦特性是影响轮轨接触力的重要因素。
目前，研究者们主要通过仿真计算和实验方法来研究高速列车轮轨接触力。
其中，仿真计算方法主要基于有限元分析和多体动力学模拟等技术，可以模拟列车在不同运行状态下的轮轨接触力变化规律。
而实验方法则通过实际的列车试验和采集数据，对轮轨接触力进行测量和分析。
这两种方法各具优势，在综合应用中可以更准确地研究轮轨接触力的特性和变化规律。
除了轮轨接触力的研究方法，高速列车轮轨接触力的研究还需要关注其对列车行驶安全和轨道设备寿命的影响。
轮轨接触力过大或不稳定会导致列车不稳定、脱轨等安全问题，而过大的接触力也会加速轨道的磨损和疲劳，缩短轨道使用寿命。
因此，研究者们还需要探索轮轨接触力与列车运行速度、加速度等因素之间的关系，以及在不同轨道条件下接触力的变化规律。
高速列车轮轨接触力与动力学特性研究
高速列车轮轨接触力与动力学特性研究随着科技的不断进步，高速列车成为现代交通领域的重要组成部分。
而高速列车的运行状态必须符合严格的安全要求，其中轮轨接触力与动力学特性是一个十分关键的研究领域。
本文将对高速列车轮轨接触力与动力学特性进行深入研究。
一、引言高速列车的发展给人们的出行方式带来了革命性的变化，然而高速列车的安全性与运行效率也成为了人们关注的焦点。
在高速列车的运行中，轮轨接触力与动力学特性是影响列车稳定性和安全性的重要因素。
二、轮轨接触力的影响因素与特性1. 轮轨接触力的定义与分类轮轨接触力是指列车车轮与轨道之间的力，可根据作用方向和性质的不同进行分类。
其中横向接触力、纵向接触力和垂向接触力是轮轨接触力的主要分类。
2. 轮轨接触力的影响因素轮轨接触力的大小与列车的速度、曲线半径、轮轨几何参数以及轮轨材料等因素密切相关。
在研究中，需要综合考虑这些因素对接触力的影响。
3. 接触力示意图为了更好地理解轮轨接触力的性质与变化规律，我们可以通过接触力示意图来进行分析。
示意图可以清晰地展示出接触力在不同条件下的变化趋势。
三、轮轨接触力的测量与分析1. 测量方法轮轨接触力的测量可以借助现代技术手段，如力传感器、压力传感器等，对接触力进行实时监测。
此外，也可以通过模拟实验等方法进行接触力的测量。
2. 分析方法对于轮轨接触力的分析，可以采用数学模型和计算机模拟等方法。
数学模型可以简化实际情况，帮助研究者更好地理解与分析接触力的特性。
四、高速列车的动力学特性研究1. 动力学特性的定义与分类高速列车的动力学特性是指列车在运行过程中所表现出的力学性质。
根据不同的标准和需求，可以将动力学特性进行分类。
2. 高速列车的动力学分析方法高速列车的动力学分析可以从力的角度和能量的角度进行。
力的角度主要考虑列车所受的作用力，而能量的角度则关注列车的动能与势能等。
五、轮轨接触力与动力学特性的关系轮轨接触力与列车的动力学特性密切相关。
轮轨接触力学的最新发展
关 键 词 ： 道 车 辆 ；轮 轨 接 触 力 学 ；德 国 铁
中图分 类 号 ： ７ ．３ Ｕ２ ｏ ３ 文献标 识 码 ： Ａ
Ｔｈｅ Ｌａ ｅ ｔ Ｄｅ ｅ ｏｐｍ ｅ ｈｅ ｌ Ｒａ ｌ Ｃｏ ａ ｔ Ｍ ｅ ｈａ ｃ ｔ ｓ ｖ ｌ ｎｔ ０ｆ Ｗ ｅ — ｉ ｎｔ ｃ ｃ ｎｉ ｓ
最 早 解 决 两 物 体 一 般 接 触 问题 的 是 Ｈｅ ｔ ， 将 ｒｚ 他
两 接 触物 体均 考 虑 成 弹 性 半 空 间 。最 “ 典 ” 经 的解 决 滚 动 接 触 问题 的方 法 可 追 溯 到 Ｃ ｒｅ 和 Ｆ ｏ ａ ｔｒ ｒ ｍｍ。 ａ ｔｒ Ｃ ｒｅ 求 出 了 圆柱 在 一平 面 上 滚 动 的 二 维 积分 方 程 的 解 ， Ｆｏ ｒ ｍｍ 则 求 出 了 一 圆 柱 在 另 一 空 心 圆 筒 里 的 滚 动 接 触 方 程 的 解 。 ０多年 里 ， 些 方 法 是 仅 有 的 解 决 方 法 。 ３ 这 考 虑 图 １所 示 轮 轨 接 触 模 型 ， 于 三 维 滚 动 接 触 对
其 中 最 好 的 近 似 解 法 当 数 Ｖｅｍｅ ｌｎ和 Ｊ ｈ ｓ ｎ给 ｒ ｕｅ ｏｎｏ 出 的近 似 公 式 ， 这 个 公 式 可 以 求 解 包 括 纵 向 和 横 向 用
蠕 滑 在 内 的轮 轨 接 触 问 题 。 为处 理 一般 性 情 况 ， 触 斑 接
要 进 行 离 散 ， 分方 程 必 须 用特 殊 的边 界 元 法 求 出 。 积 在 这 方 面 Ｋａｋ ｒ取 得 了极 大 成 功 。 ｌｅ 轮轨接触情 况见图 １ 。Ｋａｋ ｒ的程 序 ｃ０ＮＴＡＣ ｌｅ Ｔ 能 求 两 物 体 任 意 表 面接 触 （ 触 斑 为非 椭 圆 ） 况 ， 接 情 可
高速铁路钢轨的轮轨间力学相互作用研究
高速铁路钢轨的轮轨间力学相互作用研究随着高速铁路的飞速发展，对于轨道和钢轨的性能和安全性提出了越来越高的要求。
而轮轨间的力学相互作用是决定铁路运行稳定性和安全性的重要因素之一。
因此，对高速铁路钢轨的轮轨间力学相互作用进行深入研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
高速铁路钢轨的轮轨间力学相互作用主要包括轮轨接触力、轨道弯曲和轮轨磨损等方面的研究。
首先，轮轨接触力是指车轮与钢轨接触而产生的力。
将车轮当作一个圆形，钢轨当作一个无限长的直线，车轮和钢轨接触处的力学模型可以简化为Hertz接触理论。
根据该理论，可以计算出车轮和钢轨的接触应力分布和接触面形状。
在实际应用中，还需要考虑车体上的垂荷、横荷和弯矩等因素，以获得更为真实的轮轨接触力。
其次，轨道弯曲是指钢轨在列车通过时发生的弯曲现象。
高速列车的高速运行会带来巨大的动载荷，导致钢轨产生弯曲变形。
钢轨的弯曲变形会对列车的稳定性和车体悬挂系统产生影响。
因此，对钢轨弯曲的研究非常重要。
通过建立钢轨的弯曲模型，可以分析列车在不同速度下的振动特性，以指导钢轨设计和铺轨施工。
此外，轮轨磨损也是轮轨间力学相互作用中的一个重要研究方向。
随着高速列车的频繁运行，轮轨间的摩擦和磨损会导致钢轨的表面磨耗和疲劳，进而影响轨道的几何形状和列车的运行平稳性。
因此，研究轮轨磨损规律和机理，开展相关的耐磨材料和防止磨损措施的研究，对于提高轨道使用寿命和降低维护成本具有重要意义。
同时，轮轨间力学相互作用的研究也需要考虑列车的运行速度、列车轴重等因素对轨道和钢轨的影响。
高速铁路的列车运行速度和轴重较大，使得力学相互作用更加复杂。
从列车动力学角度出发，对轮轨间的动态响应进行研究，可以解读轮轨之间的复杂力学过程。
综上所述，高速铁路钢轨的轮轨间力学相互作用研究是一项相当复杂、关键的研究课题。
它不仅涉及到力学学科的多个领域，也涉及到材料科学、结构工程和交通运输等方面的知识。
只有深入研究高速铁路钢轨的轮轨间力学相互作用，才能更好地保障高速铁路的安全性、稳定性和使用寿命，为人民群众提供更加便捷和快速的出行方式。
轮轨接触几何关系及滚动理论
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。
高速列车车轮与轨道的接触力分析
高速列车车轮与轨道的接触力分析一、引言高速列车是现代交通运输的重要组成部分之一，其安全性和稳定性对于乘客的出行至关重要。
而车轮与轨道的接触力是决定高速列车在运行过程中的重要参数之一。
本文将对高速列车车轮与轨道的接触力进行分析与探讨。
二、接触力的影响因素1.车轮和轨道的几何形状：车轮和轨道的几何形状直接影响着接触力的大小和方向。
车轮和轨道表面的曲率半径、横向和纵向净空以及轮缘倾斜角度等几何参数都会对接触力产生影响。
2.轮轨之间的材料特性：车轮和轨道的材料特性也会对接触力产生影响。
材料的硬度、弹性模量以及表面的摩擦系数等特性会改变接触力的大小和分布。
3.列车运行速度：高速列车的运行速度对接触力的大小有着显著的影响。
随着列车速度的增加，接触力也会相应增加。
三、接触力的计算方法1.简化模型：接触力的计算可以使用一些简化的模型，例如Hertz 接触理论。
该理论假设车轮和轨道间的接触面是局部的球面接触，通过计算接触面的形状和弹性形变，进而得到接触力的大小。
2.有限元模拟：有限元模拟是一种更加精确和复杂的计算方法。
该方法通过将车轮和轨道抽象成有限元模型，并考虑材料的非线性、接触面的非球面特性等，来计算接触力的分布情况。
四、接触力的影响与优化1.影响因素的优化：通过优化车轮和轨道的几何形状，可以减小接触力的大小和不均匀分布。
例如，通过增加轮缘倾斜角度、改变曲率半径等方式，可以减小接触力的大小。
2.材料的选择与涂层：选择合适的材料和涂层也会对接触力产生影响。
例如，使用更具弹性的材料可以减小接触力的大小，而在轮轨接触面涂覆摩擦系数较低的涂层可以减小摩擦力。
3.轮轨维护与检测：定期对轮轨进行维护和检测也是保证接触力稳定性的重要措施。
通过检测轮轨的几何形状和材料状况，及时发现和修复存在的问题，以确保接触力的稳定性和可靠性。
五、总结高速列车车轮与轨道的接触力是确保列车安全稳定运行的重要参数。
通过合理优化轮轨几何形状、材料的选择与涂层、定期维护和检测等措施，可以减小接触力的大小和不均匀分布，提高列车运行的稳定性和乘客的安全感。
轮轨接触力学研究的最新进展_沈志云
第22卷,第2期 中国铁道科学Vol .22N o .2 2001年4月 CHINA RAILWAY SCIENCEApril ,2001 文章编号:1001-4632(2001)02-0001-14轮轨接触力学研究的最新进展＊沈志云,张卫华,金学松,曾 京,张立民(西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031) 摘 要:本文论述了西南交通大学牵引动力国家重点实验室近几年来在轮轨接触力学及其应用研究方面的最新研究成果,其中包括Kalker 三维弹性体非Her tz 滚动接触理论的全尺寸模型试验验证、高速动态轮轨蠕滑力的试验研究、基于理论和数值方法的轮轨接触表面粗糙度和污染影响的分析、高速粘着和脱轨试验研究及其机理分析,对钢轨的波磨现象也作了论述,并提出了今后的研究方向。
本文所介绍的研究成果对我国今后进一步开展轮轨关系的研究将起到促进作用。
关键词:轮轨; 高速; 滚动接触; 蠕滑率/力; 粘着; 脱轨; 波浪型磨损 中图分类号:U211.5 文献标识码:A 收稿日期:2000-10-30 作者简介:沈志云(1929—),男,湖南长沙人,中国科学院院士、中国工程院院士。
基金项目:国家自然科学基金(59338150) ＊本文英文稿已于1999年6月在莫斯科国际重载会议(IHHA '99)上发表。
1 引 言 轮轨系统是列车行走的关键零部件。
列车的牵引、制动、脱轨安全、磨耗和疲劳问题与轮轨滚动接触表面行为有紧密地联系。
由于接触力学和摩擦学的迅速发展,人们对轮轨滚动接触的力学行为的了解已经超出K .L .Johnson 、J .J .Kalker 等学者在该领域的研究深度和广度。
现在人们能够建立轮轨蠕滑率/力数学模型来满足机车车辆动力学数值仿真的要求。
但许多实际问题,象脱轨、粘着、磨耗和疲劳等问题需要结合许多基础性的学科才能得到解决,其研究关系见图1。
如何结合实际来研究和解决轮轨接触问题是十分重要的,理论上也具有较高难度。
高速列车轮轨交互动力学分析
高速列车轮轨交互动力学分析一、引言高速列车的发展已经带来了世界上最快的铁路交通工具之一，其行驶速度不仅远高于传统铁路，而且具有较高的安全性、运行效率和减少运输成本的优势。
但是，高速铁路运行的高速度和高载荷给轮轨系统带来了诸多挑战，其中一个重要的问题就是轮轨交互动力学。
因此，对高速列车轮轨交互动力学进行研究，具有重要的理论和实践意义。
二、轮轨系统的结构特点高速列车轮轨系统是由车轮和轨道两个力学系统构成的复杂互动系统。
在运行过程中，轮轨系统承受着重力、向心力、摩擦力、弹性力和振动力等多种力的作用。
其中，轮轨系统的结构特点包括：轮子的空气弹性、刚性与滚动特性；轨道的几何形状、钢轨材料和固定方式等。
三、高速列车的轮轨交互动力学分析（一）轮轨接触力学分析轮轨接触力学是轮轨系统中最基本的问题之一，对整个系统的运行稳定性和安全性起着决定性作用。
主要包括对车轮和轨道的几何尺寸、材料性能、运动状态和接触条件等因素的分析，以及轮轨间接触区域的接触力和接触应力的确定。
（二）轮轨系统的动力学分析轮轨系统的动力学分析主要是研究车轮和轨道之间的相互作用和反应。
这包括车轮在轨道上的运动学、动力学、振动学分析等，以及轨道的弯曲、竖曲、梁曲和失稳等动态问题。
通过模拟分析，能够研究车辆在运行过程中发生的各种动态特性，以及解决高速列车的噪声和振动等问题。
（三）轮轨系统的稳定性分析轮轨系统的稳定性分析是指对轮轨系统的运动稳定性进行研究，主要是分析车辆运行过程中的动态响应和振动特性。
这包括车体、车架和车轮等结构部件的运动，以及采用各种减震降噪措施进行车体稳定性优化的方法。
四、轮轨系统模型的建立轮轨系统模型的建立是对轮轨系统的各种因素进行综合考虑的过程。
因此，在建立此类模型时，需要考虑多个因素的影响，例如车轮的几何参数、轨道的几何形状、耦合效应和各种外部因素的影响等。
通常，轮轨系统的建模包括常微分方程、有限元方法、多体模型和试验模拟方法等。
铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹研究综述
铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹研究综述铁道车辆轮轨滚动接触疲劳裂纹（简称RFR）是铁道车辆和轮轨接触的一种主要的疲劳破坏现象，它的产生和发展会导致铁道路线的安全性、质量以及耐久性受到严重影响，严重制约了火车的安全运行。
所以，开展对RFR的研究工作具有十分重大的意义。
RFR的研究可以说是铁路车轮磨损研究的一个重要组成部分，而铁路车轮磨损研究则是目前铁路技术研究中非常重要热点之一。
RFR 在现有研究中表现出很强的复杂性，研究它们涉及到多种不同的科学和技术领域，涉及到应力分析、滚动接触理论、流体力学、材料科学及实验技术等多类问题。
从基础理论及应用技术两个层面来探索RFR 的发生形式和机理，是关于RFR的研究考虑的重点。
从基础理论层面分析RFR的形成，对RFR的研究包括结构分析和力学分析。
结构分析在了解RFR破坏机理和现象的发生形式，并设计和改进钢轨结构方面有着重要的意义和应用价值。
力学分析主要是研究RFR的发生机理，比如滚动接触疲劳，车辆和轮轨接触应力，车轮磨耗，车轮温度，车轮局部接触分布等，从而研究RFR的发生原因及防治措施。
从应用技术层面分析RFR的形成，可以通过实验室进行模拟，采用理论和实验结合的方法研究RFR的发生原因及防治措施，比如研究环境影响、车辆行驶特性等对RFR的影响；采用数值模拟和试验对比研究RFR滚筒表面结构，滚子轴承形状设计及其结构参数，研究RFR 的材料弹性模量和摩擦系数等；采用反演有限元方法研究RFR破坏前后滚动接触应力及变形分布等。
随着研究不断深入，RFR的预防技术也在发展壮大。
研究表明，通过限制车轮的偏转，采用新型材料滚筒，安装智能传感器，并实施有效的质量控制程序，有助于减少或预防RFR的发生。
综上所述，RFR的研究是现代铁路技术研究的一个重要组成部分，它的形成与发展会对铁路安全及质量产生重大影响。
目前，RFR的研究包括结构分析、力学分析、应用技术研究、以及应用于现场的预防技术等，都是关于RFR的研究核心领域，未来，研究人员将更多地关注这一热点，继续加强研究，以改善铁路安全性，以及提升铁路安全性和质量。
高速列车轮轨交互作用的研究与模拟
高速列车轮轨交互作用的研究与模拟高速列车作为一种重要的现代化交通工具，其对于城市间的快速交通和经济发展起到了至关重要的作用。
为了确保高速列车的稳定性和安全性，轮轨交互作用成为了研究的重要方向之一。
本文将介绍高速列车轮轨交互作用的研究进展、模拟方法及其应用。
一、高速列车轮轨交互作用研究进展轮轨交互作用主要包括轮对与钢轨间的接触、力学与动力学分析及其相互作用。
这方面的研究始于20世纪初，当初是意识到了轮对的摩擦力是推动高速列车的重要因素之一。
1950年代，轮轨交互作用开始得到更深入的研究。
在之后的几十年里，研究者们提出了许多理论模型和实验方法，以分析和模拟轮轨交互作用的各个方面。
在轮轨交互作用的研究中，轮对与钢轨之间的接触是重要的一环。
多数研究者采用弹性模拟方法，如Hertz理论和托马斯理论等，来分析轮对与钢轨的接触。
其中，Hertz理论是最常用的一种方法，可以计算出接触区域内的应力分布和应变能力分布。
大部分研究者都认为，通过Hertz理论计算的接触应力可以为轨道基础结构的设计和维护提供参考。
在动力学分析方面，各种桥梁、隧道和车站等复杂结构对于高速列车的安全稳定性有着重要的影响。
因此，对高速列车在各种结构中的动力学响应进行研究是必要的。
然而，由于高速列车的运动速度过快，这也给研究带来了一定的难度。
因此，研究者们通常使用有限元模型和物理模型等方法，分析高速列车的动态特性和响应情况。
二、高速列车轮轨交互作用的模拟方法高速列车的轮轨交互作用是一个复杂的物理过程，需要复杂的模拟及仿真方法来帮助研究人员理解和优化这个过程。
在高速列车轮轨交互作用的模拟方法中，最常用的是有限元法。
有限元法是一种计算仿真方法，通过将实际物体分解成有限数量的单元，进而求解大型物体的复杂问题。
在高速列车轮轨交互作用的模拟中，有限元法可以模拟列车的运动轨迹、轮对与钢轨的接触、应力和应变分布、车体的弯曲和扭转等。
有限元法模型运用广泛，可以为轮轨系统的优化提供先进的设计和分析手段。
轮轨接触实验研究背景和意义
轮轨接触实验研究背景和意义轮轨接触实验是一种重要的实验方法，它可以研究轮轨接触的力学特性，进而优化轨道设计和列车运行。
在铁路运输领域，轮轨接触是列车行驶中的重要因素，直接关系到列车行驶的平稳性、安全性和舒适性。
因此，研究轮轨接触的力学特性对于提高铁路系统的运行效率和安全性具有重要意义。
轮轨接触实验旨在通过测量轮轨接触点的力学特性来研究轮轨接触的力学行为。
该实验通常使用测力计和应变仪等工具来记录轮轨接触点的力学特性，进而得出轮轨接触的摩擦系数、接触面压力分布等数据。
通过研究这些数据，可以深入了解轮轨接触点的力学行为，进而优化轨道设计和列车运行。
同时，轮轨接触实验也可以验证轮轨接触理论模型的准确性，增加对铁路系统运行的掌控。
轮轨接触实验的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 优化轨道设计轮轨接触实验可以得出轮轨接触的摩擦系数和接触面压力分布等数据，这些数据对于优化轨道设计具有重要意义。
例如，通过研究接触面压力分布，可以确定轨道的几何形状和轨道横向力的作用方向，从而避免铁路车辆的偏移和侧滑。
此外，轮轨接触实验还可以研究轮轨接触点的耗能特性和减震效果，进而改善铁路车辆的稳定性和乘客的舒适性。
2. 提高列车运行速度通过研究轮轨接触的力学特性，可以优化轨道设计和列车运行，提高列车运行速度。
例如，通过研究摩擦系数和接触面压力分布等数据，可以设计出更加合理的轮轨匹配，降低列车的运行阻力和能耗。
同时，轮轨接触实验还可以研究列车的动力学特性和阻尼效果，进一步减少列车的能耗和环境污染。
3. 提高铁路安全性轮轨接触实验可以研究轮轨接触点的力学行为，进而评估轮轨接触的稳定性和安全性。
通过评估轮轨接触的稳定性和安全性，可以发现轨道安全隐患并及时排除，提高铁路系统的运行安全性。
此外，轮轨接触实验还可以研究列车运行中的动态稳定性和侧翻稳定性等因素，进一步提高铁路运输的安全性。
总之，轮轨接触实验是一种重要的实验方法，它可以研究轮轨接触的力学特性，优化轨道设计和列车运行，并提高铁路运输的安全性和环保性。
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滑率关系定律同 他的 ． 研究结果虽然距今已 ０ 有７ 多年历史 而且只能解决二维弹性滚动接触问 ， 题， 但仍然作为现代铁路轮轨力模型 之一，主要用来分析机车动轮的纵向牵引效果 ［６ 他的 ４１ －．
根据实际工程中轮轨作用存在的严重问题，并提 出 轮轨滚动接触理论及其试验在今后的研究方向和
所要考虑的有关重要因素．
关健词
Ｉ引 言
滚动接触，轮轨作用，端滑率／ 力，铸兹接触，车辆动力学
轮轨滚动接触过程中的作用行为直接影响到列车运动的稳定性、乘客的舒适度、运营成本
和生活环境． 轮轨作用行为的 研究大约包含六个方面：轮轨滚动接触蠕滑率／ 力理论、 轮轨粘
求．所以 ，Ｋ ｌ ｒ ａ ｅ 的三维滚动接触的 ｋ 蠕滑率／ 力线性定律不可直接用于车辆动力学仿真分析． 为了 适合工程应用的 寻找 蠕滑率／ 快速计算模型， １ ３ 力 从 ９ 年至１ ２ ７ ９ 年，Ｋ ｌｒ ８ ａ ｅ致力于滚动 ｋ 接触简化理论的 研究 ［，〕在该理论中， １０ ９ ２ 假设接触区上任意点处沿某方向的 弹性位移仅与作用
过程中将椭圆接触区划分成若干个矩形单元并借助于差分方法，由接触区前沿向后沿进行链式 求解，并引入前沿边界切向力为零和 Ｃ ｕ ｍ ｏｌ ｂ摩擦约束条件 数值结果能给出接触斑粘滑区的 ｏ 正确划分和切向分布情况．在纯场滑的条件下，可以用简化理论模型求得接触斑上粘滑区分界
线的 解析解［］虽然该模型在计算速度上略低于前面介绍的 ２ １ 几种模型， 但考虑到了 轮轨之间的
关键影响因素．
２轮轨．滑率／ 理论的发展历史和研究 力 现状 滚动接触理论的创始人是Ｃ ｒｒ 和Ｆ ． Ｈ［１１２ 年 Ｃ ｒ： ａ ｅＦ ｔ ． Ｗ． ｒ ． １ ． ｏ ．２ ９ ． ６ ａ ｅ 发表著名 ｔ 论文 “ 论 机车动轮行为”他将铁路钢轨看作弹性半空间。用弹性圆柱体模拟车轮。并将两者物性常数取
摩擦滚动接触问题表达为一个变分不等式，求解由接触斑上作用力和位移乘积形式的余能最小
值问 ２２． 题［，］根据这一理论模型， ６７ 他用Ａ Ｇ Ｌ０ Ｌ Ｏ ６ 发展了Ｄ Ｖ Ｒ Ｌ Ｕ Ｏ Ｏ 计算程序． 该程序的 特点 是： （ 能处理具有 Ｈｒ 正压力形式的 １ ） ｅｚ ｔ 三维弹性无限半空间的滚动接触问 题； （ 应用于车 ２ ）
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一－一 ￣ 曰 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 口 ． ． ． 口 －． ， ． 曰 ． ．． ． ． ． ． ．． ． ． ．
万方数据
其中心横移量小于 ８ ｍ 时，左右轮轨之间的擂滑量和自 ｍ 旋量才能满足蠕滑率 ／ 力线性定律的 精度要求，但实际轮轨滚动接触过程中，接触斑处的介质蠕滑量和自旋量远远超过了上述的要
第３ １卷
第 １期
力 学
进
展
Ｖ ｌ３ ｏ ． １ Ｆｅ ２ ｂ． ５
２０ ０ １年 ２月 ２ 日 ５
ＡＤＶ ＡＮＣＥ Ｉ ＭＥＣ Ｓ Ｎ ＨＡＮＩ ＣＳ
Ｎ１ ｏ ．
２ １１ ０１
轮轨滚动接触力学的发展‘
金学松 沈志云
西南交通大学牵引动力国家重点实脸室，成都 ６ ０ ３ １９ １
三维滚动接触情形．由于他的研究中将滚动接触副之间蟠滑和自旋分别进行考虑，且接触斑和 接触斑中的粘着区形状都是圆形的。这与实际轮轨滚动接触情形相差甚远，因而不能作为轮轨 蠕滑力模型卜他是第一位将 自旋概念引入滚动接触研究的学者 自旋在轮轨滑理论研究中是十 分重要的． Ｊ ｓ 曲ｎ ｎ的自 ｏ 旋理论也叫做无滑动理论．他也是第一位研究三维非线性有限摩擦滚 动接触问题的学者． １６ ９４年他和 Ｖｒ ｅｌ Ｐ． ｅ ｕ ｎ Ｊ 将他 １５ 年的研究 — 圆形接触区的滚动 ｍ ｅ ．． ９８
形［， ， 求解在线性等式和不等式约束下一个线性目 数的 ２２ 即 ２３ ］ 标函 最小值．后来用同 样的 方法研 究了 三维情形［］ ２， ４ 但当滚动接触物体之间的纵向 、横向和自 旋蠕滑率同 时存在时， 上述方法常 常不收敛，他不得不放弃该方法的 研究． Ｋ ｌｒ ａ ｅ改用以Ｄ ｖ ｔ ｉ ｓ５变分原理为基础， ｋ ｕ ｎ Ｌ ｎ２ ａ － ｏ ｌ］ 将
辆动力学仿真计算时有足够的精度．为了能利用这个精确模型作为轮轨力快速计算模型。英国
铁路研究部门 Ｕ Ｏ Ｏ 程序构造了 材料为钢对钢的 用Ｄ Ｖ Ｒ Ｌ 一个 蠕滑率／ 数表［ 表中的轮轨之 力 ２ ８ ］
间的蟠滑率和椭圆接触斑的轴长比作为变量 （ 输入量）接触斑上总的 ， 蠕滑力和力偶作为函数（ 输 出量）该表可作为车辆动力学快速仿真计算模型． ． 为了求解更普遍的滚动接触问题，Ｋ ｌ ｒ ａ ｅ又 ｋ 采用专门的 算法， 更新Ｄ Ｖ Ｒ Ｌ为Ｃ Ｎ Ａ Ｔ程序［，， ， ＵＯＯ ＯＴＣ ２２３ 考虑到了 １ ０ ９］ 滚动接触物体接触边
收稿 日期 ： ９ ９０ －８ 修 回日期 ： ０ ００－８ １９ －７２ ， ２ ０ －２２
‘ 国家自 然科学基金重点 项目 （ ９５０） ５ ３１０ 和西南交通大 ９ 学校荃金资助项目
பைடு நூலகம்
万方数据
工作者和有关研究人员参与解决复杂的轮轨作用问魔，笔者在本文中综述轮轨滚动接触力学的 发展历史和研究现状，着重论述了目 前常用于车辆／ 轨道动力学和轮轨关系研究中几个经典滚 动接触理论模型优缺点， 简述了 轮轨粘着、 接触表面波浪形磨损、 轮轨滚动疲劳、 脱轨和轮轨噪 音的研究现状．并提出了 轮轨滚动接触姗滑率／ 理论其试验在今后的 力 研究方向 和需要考虑的
接触推广到椭圆 接触区滚动接触的 研究． 提出了 关于纵横向 蠕滑率２ 力定律三次渐近曲 ９ 该 线［ １ ， 模型在车辆动力学中得到广泛应用１－２ １１ ０ ］该理论模型 不足之处是 （ 没有考虑滚动接触物 １ ） 体之间自 旋运动量对蠕滑力的 影响；｛ 对椭圆 ２ ） 接触区前沿的 部分区域划为滑动区 是错误的［ ３ １ － （ 没有给出 ３ ） 接触物体之间 所传递力矩的大小， 所以用其分析轮轨力时， 在某些工况下可能产生
研究最大贡献是他的研究方法和思路为三维弹性体滚动接触理论研究提供了有效手段．但他的 理论没有考虑轮轨滚动接触表面之间的 横向场滑和自旋效应， 其不适合车辆轨道动力学仿真分 析、也不适合用来分析前面所提到的轮轨作用问题．他的理论模型所描绘的轮轨接触斑是一个 与车轮滚动方向相垂直的狭长矩形条，这种情形只在轮轨经过较长时间使用后因磨耗，而轮缘 又不贴靠时的滚动接触工况下才会有．一般情况下，非轮缘接触时轮轨接触斑形状是一个近似 椭圈的平面接触斑，但当轮缘贴靠钢轨时，轮轨接触斑形状是一个非椭圆形状的空间曲面，其 由轮轨的几何型面决定 下一个成功的研究者是 Ｊｈｓ Ｋ Ｌ １５ 年他发表了两篇文章， ｏｎｏ ． ９８ ｎ ． 一篇是关于纯蟠滑滚动，
一定的误差 ［，１ １１ ３４ 在开展轮轨蟠滑理论研究方面作出最大贡献的是荷兰学者 Ｋ ｋｒ 他首先讨论圆形接触区 ｌ ａ ｅ．
的滚动接触问题的线性理论［ ． 用第一类和第二类Ｌｇ ｄ 函数和正余弦函 １ 文中 ５ ） ｅｅ ｒ ｎｅ 数的乘积的 有限或无限项级数形式给出解． １ ７ 在他的 ９ 年， ６ 博士论文中 推广了Ｇ ｉ ｌ ａｎ定理 ［，；用多项 １１， ６７ 式级数分析和表达具有椭圆接触斑的滚动接触问 题的解，给出了 三维形式的 蠕滑率／ 力线性定 律 ［ ７８ ３ １ ， １至今在铁路工程得到普遍应用．也 １ 是后来的 Ｋ ｋ “ ｌｒ ａ ｅ 简化理论 和沈志云 一ｅ ｉ － ” Ｈｄ ｃ ｒｋ Ｅｌ ｓ ｌｎ 理论建立的基础 （ ｄ 后面将会谈到） 但在该理论研究中没有考虑摩擦边界条件的约束，因 ．
在同一点且沿该位移方向上的力有关．为了满足上述假设和法向分布力与接触斑处法向弹性变
形协调 法向 性， 分布力只能取与法向 变形相同的 形式， 即抛物面形式， 而不是椭球形式］ 这是 ３ ］ ， 与其它 Ｈｒ 型滚动接触理论的区别． ｅｚ ｔ 接触斑上切向单位力与同向 弹性位移之关系常数 （ 柔度系 数， ）借用 Ｋ ｌｒ ａ ｅ 的线性模型确定．这一理论也叫 ‘ ” ｋ １ 刷子 理论 其特点是概念直观简单，其配 套程序 Ｆ Ｓ Ｓ Ｉ Ａ Ｔ Ｉ 运行速度高，对大自 ＼ 旋大蠕滑情形也能适用．除此之外，该理论在数值实现
当时Ｋ ｋｌ ｌ ａ ｅ 还不能从数学上处理这一约束条件，故该理论只能适合小蠕滑和小自旋情形．小峨 滑和小自旋的临界值没有明确说明，根据该理论研究思路和方法，只要接触斑没有处于全滑动
状态 应用该理论可以 得到令人满意的 据笔者调查［， ， 解． ［ １ 只有当 １４ ３１ 轮对的 摇头角小于０ ０ ．和 １
摘 要
轮轨滚动接触力学主要研究轮轨滚动接触过程中的作用行为 由于其研究的复杂性。目 前
在该领域的研究己 基本形成既独立又关联的六个分支． 它们分别是轮轨滚动接触蠕滑率／ 力理论、
轮轨粘着、接触表面波浪形磨损． 轮轨滚动疲劳、 脱孰和轮轨噪音．本文综述了这几个方面研究的发
展历史 和现状．由于粉轨滚动接触作用的研究又是以 轮轨滚动接触场滑率／ 力理论为基础的 ，故本 文着重 译述目 前常用于车辆Ｉ 轨道动力 学和轮轨关系研究中 几个经典滚动接触理论模型的 优缺点
另一篇是纯自 旋滚动接触问 ［ １在上述两篇文章研究中， 题 ７． ． ８ 他根据 Ｃｒｒ 研究思想研究了 ａｅ 的 ｔ
弹性球在弹性平面上的滚动接触，在圆形接触斑上对粘滑区的划分以及切向作用力大小和分布
采用了与Ｃｒ ｒ ａ ｅ相同的 ｔ 假设 并给出了 ， 它们的解析表达式［ 实际上他将 Ｃｒ： ［ ３ ］ ， ａ ｅ的研究推广到 ｔ
表， 但也只能借助于现有的轮轨滚动接触蠕滑率／ 力理论、 例模型试验装置试验和经验方法进 比
行粗略的分析，主要体现在考虑的影响因素较单一，得到的结果难以代表实际工程中的一般现 象 随着列车速度的不断提高和轴重量的加大，轮轨关系问题越来越严重．如果轮轨间的作用 问题得不到很好解决，这个庞大交通运输工程的快速发展将会受到制约．为了吸引更多的力学