速铁路轮轨形面匹配研究

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我国铁路钢轨型面优化研究

特别策划国铁路的运营实践表明：普速铁路轮轨关系存在轮轨接触点不在理想区域[1]导致钢轨过早出现轨距角剥离掉块、轨头核伤等疲劳伤损的问题。

高速铁路运营初期，轮轨型面不匹配导致动车组构架横向加速度报警、车体抖车和晃车等问题。

通过轮轨型面优化来改善轮轨关系已成为我国铁路轮轨关系研究需要解决的重要问题。

全面介绍我国铁路钢轨型面优化方面的研究及应用情况[1-10]，并提出我国钢轨型面发展的相关建议。

1 轨头廓形优化设计1.1 总体目标（1）适应我国铁路1/40轨底坡、1 353 mm轮背内侧距的工况要求。

日本、法国和德国高速铁路的轨底坡分别为1/40、1/20和1/40，轮背内侧距均为1 360 mm。

由于轨底坡和轮背内侧距直接影响轮轨接触关系，在轨头廓形优化时要首先考虑我国铁路的实际情况。

（2）轮轨接触达到理想状态：在直线上运行时，轮轨接触在轨头踏面中心区域；当轮缘贴靠钢轨时，形成共形接触。

（3）研发一种轨头廓形，适应我国铁路服役使用的多种型面车轮。

从理论上讲，针对我国铁路运行的4种型面车轮（LMA、S1002CN、XP55和LM）对应设计4种轨头我国铁路钢轨型面优化研究周清跃，刘丰收，俞喆，张金，田常海，张银花（中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京，100081）摘要：针对我国铁路轮轨匹配存在的问题，研发了钢轨打磨设计廓形60D和新轨头廓形钢轨60N。

优化后的轨头廓形与LM、S1002CN和LMA型面车轮接触时的光带基本居中，轮轨接触应力显著降低，可有效抑制车轮踏面凹磨后等效锥度的增大，提高车辆运行稳定性。

高速铁路按廓形60D打磨到位，钢轨打磨周期可延长至4～5年，且不易出现动车组构架报警和车体晃车。

60N钢轨在普速铁路上的铺设使用结果表明，在直线上运行轮轨接触光带居中，在曲线上运行可有效避免或抑制钢轨使用初期轨距角剥离掉块及疲劳核伤；在高速铁路试验段的铺设使用结果表明，采用1遍预打磨后钢轨服役近5年，光带保持在30 mm左右，从未出现动车组构架报警和车体晃车，可有效改善轮轨匹配关系，大幅降低轮轨维修养护成本。

高速铁路车轮与钢轨型面匹配分析

犃犫狊狋狉犪犮狋：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｒａｉｌｐｒｏｆｉｌｅｓｉｎｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｉｎＣｈｉｎａ，ｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍａｔｃｈｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎＳ１００２ＣＮｗｈｅｅｌａｎｄｔｈｒｅｅｒａｉｌｐｒｏｆｉｌｅｓ（ＣＨＮ６０，６０Ｄａｎｄ６０Ｎｒａｉｌｓ）ｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｂｒａｓｉｏｎｓｔａｇｅｓ．Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓｓｕｃｈａｓｗｈｅｅｌｒａｉｌｃｏｎｔａｃｔｇｅｏｍｅｔｒｙ，ｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎａｍｐｌｉｔｕｄｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｂｒａｓｉｏｎｎｕｍｂｅｒｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅ６０Ｄａｎｄ６０ＮｒａｉｌａｒｅｍａｔｃｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄＳ１００２ＣＮｗｈｅｅｌａｎｄｔｈｅｗｈｅｅｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓｗｉｔｈｉｎ ±１２ｍｍ，ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｏｉｎｔｉｓｓｔｉｌｌｎｅａｒｔｈｅｒａｉｌｔｏｐ，ｗｈｉｃｈｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＣＨＮ６０ｒａｉｌｆｏｒｎｅｕｔｒａｌ．Ｗｈｅｎｔｈｅ６０Ｄａｎｄ６０ＮｒａｉｌａｒｅｍａｔｃｈｅｄｗｉｔｈＳ１００２ＣＮｗｈｅｅｌｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｂｒａｓｉｏｎｓｔａｇｅｓ，ｔｈｅｍａｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｌａｔｅｒａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＣＨＮ６０ｒａｉｌ，ａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｂｅｔｔｅｒ．Ｗｈｅｎｔｈｅ６０Ｎｒａｉｌｉｓｍａｔｃｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｗｈｅｅｌｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｂｒａｓｉｏｎｓｔａｇｅｓ，ｔｈｅｍａｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｌａｔｅｒａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＣＨＮ６０ｒａｉｌ．Ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍａｎｄｔｏｔａｌａｂｒａｓｉｏｎｎｕｍｂｅｒａｒｅｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｒａｉｌｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｍｏｒｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＳ１００２ＣＮｗｈｅｅｌｓｉｎｅａｃｈａｂｒａｓｉｏｎｓｔａｇｅ，ｗｉｔｈｇｏｏｄｍａｔｃｈｉｎｇａｎｄｅｃｏｎｏｍｙ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ；ｗｈｅｅｌａｎｄｒａｉｌｃｏｎｔａｃｔ；ｄｙｎａｍｉｃｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｐｒｏｆｉｌｅｍａｔｃｈｉｎｇ；ａｂｒａｓｉｏｎ

高速铁路CHN60N钢轨与不同车轮踏面匹配性能研究

为研究高速铁路chn60n钢轨廓形与不同车轮踏面lmas1002cn和xp55的匹配性能从轮轨接触几何关系角度分析轮轨接触点等效锥度和轮轨接触蠕滑率随轮对横移的变化情况并基于轮轨非赫兹滚动接触理论分析轮轨滚动接触面积和最大法向接触应力分布情况利用车辆轨道耦合动力学模型分析车辆运行平稳性曲线通过能力及轮轨接触点动态分布情况
触几何关系角度分析轮轨接触点、等效锥度和轮轨接触蠕滑率随轮对横移的变化情况，并基于轮轨非赫兹滚动接触理论分析轮轨滚动接触面积和最大法向接触应力分布情况，利用车辆 - 轨道耦合动力学模型分析车辆运行平稳性、曲线通过能力及轮轨接触点动态分布情况。研究表明 X P 5 5 车轮踏面与 CHN60N钢轨综合匹配性能最优优于曲线通过性能与其他两种型面相差较大，L M A 车轮踏面与 CH N 60N 钢轨综合匹配性能次之（
ry was used to analyze thewheel-raii rolling contact area and the distribution of maximum normai contact
stress. Finally，the vehicle-track coupling
dynamics
(LM A tread，S1002CN tread and XP55 tread)
in
high-speed
CHN60N rail profile and diff railway，the wheel-rail contact poi

轮轨型面设计方法及应用

轨距：轨底坡：
1435 ？
1/40 1/20
我国目前使用的部分钢轨轨头外形
轮轨外形匹配关系技术研讨会
一地铁车辆的踏面外形(有较大轮缘及踏面磨耗和踏面凹槽出现)
轮轨外形匹配关系技术研讨会
中国铁道学会车辆委员会,中国铁道学会工务委员会
轮轨型面问题的提出
然而轮轨外形又随着运行因磨耗而不断改变，这种改变对于动力学性能而言一般趋向不利的方向，对于接触应力和磨耗有较大不确定性和阶段变化性。轮轨外形的设计也就显得非常困难，不仅受设计技术和设计理念的影响，也受实际多变的车型、轨型和运输模式的影响。如高速铁路的需求、低速地铁的要求和重载货运的特殊要求，无法获得一致的要求。造成了标准与需求的不完全对应和使用中轮与轨、轮与车、车与速度及曲线等等的匹配问题。在国际铁路界也出现了很多种轮轨踏面外形，并且在设计理念和方法上出现了较大分歧。
轮对内侧距：
1353 1356 1358
…
我国目前使用的部分踏面外形
轮轨外形匹配关系技术研讨会
中国铁道学会车辆委员会,中国铁道ຫໍສະໝຸດ 会工务委员会轮轨型面问题的提出
然而轮轨外形又随着运行因磨耗而不断改变，这种改变对于动力学性能而言一般趋向不利的方向，对于接触应力和磨耗有较大不确定性和阶段变化性。轮轨外形的设计也就显得非常困难，不仅受设计技术和设计理念的影响，也受实际多变的车型、轨型和运输模式的影响。如高速铁路的需求、低速地铁的要求和重载货运的特殊要求，无法获得一致的要求。造成了标准与需求的不完全对应和使用中轮与轨、轮与车、车与速度及曲线等等的匹配问题。在国际铁路界也出现了很多种轮轨踏面外形，并且在设计理念和方法上出现了较大分歧。
Dw Zw (yw0 ,zw0 ) Pw Hw A0 Zr A0 Ww Gw Tw Yw

轮轨形面和硬度匹配技术研究

一、
轮轨接触状态的理想目标
•什么是轮轨接触状态的理想目标？
金属及化学研究所
一、轮轨接触状态的理想目标
1.1 轮轨接触状态
轮轨接触可以按照三个接触区域(如图1-1所示) 来进行讨论：
(1) 轨顶和车轮踏面中心接触区(区域A)； (2) 钢轨轨距角和车轮轮缘根部接触区(区域B)； (3) 钢轨和车轮外侧接触区(区域C)。
金属及化学研究所
一、
轮轨接触状态的理想目标
• 一般，需要通过较小曲线半径铁路的车轮，需要较大的等效锥度。如我国LM车轮形面的等效锥度就较大。但从动力学角度讲，锥度越大，车辆的临界速度越低。因此，对高速铁路而言，车轮形面的等效锥度不能太大。
金属及化学研究所
一、
轮轨接触状态的理想目标
• 基于此，我国设计的高速铁路的客车车轮形面LMA，其等效锥度比LM小，但是由于LMA锥度变化小，曲线通过性能稍差，不适合在半径太小的线路上运行。
金
1.3 区域B接触
共形接触
在一定条件下，当轨距角与轮缘磨合到一个共同形面的时候就会发生共形轮缘接触。显然，在轨距角部位形成与轮缘共形接触，与其他接触状态相比，接触应力最低，这种接触状态是轮轨形面设计所追求的，也是铁路运行所希望出现的。
金属及化学研究所
一、
轮轨接触状态的理想目标
1.3 区域B接触
当轮轨在区域B接触(钢轨轨距角和车轮轮缘根部接触区)时，有三种形式：即两点接触、一点接触和共形接触，如图1-2所示。
两点接触
单点接触
共形接触
图1-2 区域B接触时的三种形式
金属及化学研究所
一、
轮轨接触状态的理想目标
1.3 区域B接触

高速铁路轮轨硬度匹配研究及方向探讨

特别策划国高速铁路（简称高铁）发展迅速，至2017年底，运营里程已超过2.5万km，占世界高铁运营里程的一半以上。

快捷、舒适、安全的高铁极大方便了旅客出行，为市场资源配置和国民经济发展注入了强大动力，同时也对铁路运营和维护工作提出了更高要求。

自京津城际铁路2008年开通运营至今，高铁轮轨服役情况总体良好，但也存在一些问题，例如：钢轨波磨、小半径曲线钢轨和道岔尖轨侧磨，动车组出现构架横向加速度报警、车轮凹磨、车轮多边形等问题。

轮轨关系是铁路科技领域的基础理论之一，轮轨材质的选择与匹配是轮轨关系研究的一个重要方面。

合理的车轮和钢轨材质匹配，可以减少运营中轮轨伤损，对维持合理的轮轨型面、优化二者接触条件、延长其使用寿命具有重要意义。

介绍我国目前轮轨材质的性能指标及服役现状，针对运营中存在的问题，开展轮轨硬度匹配研究，对轮轨硬度比、车轮硬度、车轮镟修周期等指标进行分析探讨，提出轮轨硬度匹配方向建议。

1 轮轨材质性能及服役现状1.1 钢轨为适应铁路快速发展的需要，自1998年修建秦沈客运专线起，铁路、冶金两行业共同努力，逐步完成高铁钢轨标准制定、生产设备改造，从而推动了生产技术的进步，钢轨的性能指标、质量和数量等均能满足高铁对钢轨提出的高要求。

2012年，原铁道部运输高速铁路轮轨硬度匹配研究及方向探讨张银花1，周韶博1，张关震1，常崇义2，周清跃1，王文健3（1. 中国铁道科学研究院金属及化学研究所，北京 100081；2. 中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心，北京 100081；3. 西南交通大学摩擦学研究所，四川成都 610031）基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2016G008-B、 J2015G009）；国家重点基础研究发展计划（973计划）（2015CB654805）第一作者：张银花（1965—），女，研究员。

摘要：针对我国高速铁路轮轨关系中钢轨磨耗小、车轮存在凹磨和多边形磨耗、车轮镟修周期短和维护成本高等问题，从轮轨硬度匹配角度，开展轮轨材质硬度摩擦磨损小比例试验、现场轮轨磨损规律测试试验、轮轨磨耗仿真计算等研究，对轮轨硬度匹配指标和方案进行探讨。

不同轨底坡下地铁车辆轮轨型面匹配的动力学分析

，建立了某Ｂ型地铁车辆动力学模型，详细分析了该车辆采用３种不同车轮型面时轨底坡对
车辆运动稳定性、曲线通过性能以及车轮磨耗和滚动接触疲劳的影响，从动力学分析的角度提出地铁车轮型面的
第３８卷第５期２０１６年５月
铁道学报Ｊ０ＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＲＡＩＬＷＡＹＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏ１．３８Ｎｏ．５Ｍａｖ２Ｏｔ６
文章编号：１００１—８３６０（２０１６）０５—００１６—０７
不同轨底坡下地铁车辆轮轨型面匹配的动力学分析
大，轨底坡由１／３ｏ增大至１／２５时临界速度出现明显突变，由２２８ｋｍ／ｈ降至１７１ｋｍ／ｈ，轨底坡小于１／３０后车辆的综合动力学性能相对较优。ＤＩＮ５５７３型面在轨底坡小于１／３０时具有相对较优的动力学性能，轨底坡在１／４０
ｇｒｅａｔｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｒａｉｌｃａｎｔ．Ｗｈｅｎｒａｉｌｃａｎｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ１／３０ｔｏ１／２５，ａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｃｈａｎｇｅｏｃｃｕｒｒｅｄｔｏｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｆｏｒ￥１００２ｐｒｏｆｉｌｅ，ｗｉｔｈｓｐｅｅｄｄｒｏｐｐｉｎｇｆｒｏｍ２２８ｋｍ／ｈｔｏ１７１ｋｍ／ｈ．ＴｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｄｙｎａｍｉｃＤｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｖｃｈｉｃｌｅｐｒｏｖｅｄｔｏｂｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｅｘｃｅｌｌｅｎｔｗｈｅｎｔｈｅｒａｉｌｃａｎｔｗａｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎ１／３０ｆｏｒｂｏｔｈＳ１００２ａｎｄＤＩＮ５５７３ｗｈｅｅ１ｐｒｏｆｉｌｅｓ．Ｔｈｅｗｈｅｅｌ／ｒａｉｌｍａｔｃｈｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗａｓｂｅｔｔｅｒｗｈｅｎｔｈｅｒａｉ１ｃａｎｔｒａｎｇｅｄｆｒｏｍ１／４０ｔｏ１／３ｏｆｏｒＤＩＮ５５７３ｗｈｅｅｌｐｒｏｆｉｌｅ．

(完整版)轮轨形面和硬度匹配技术研究

金属及化学研究所
一、轮轨接触状态的理想目标
• 一般，需要通过较小曲线半径铁路的车轮，需要较大的等效锥度。如我国LM车轮形面的等效锥度就较大。但从动力学角度讲，锥度越大，车辆的临界速度越低。因此，对高速铁路而言，车轮形面的等效锥度不能太大。
金属及化学研究所
一、轮轨接触状态的理想目标
• 基于此，我国设计的高速铁路的客车车轮形面LMA，其等效锥度比LM小，但是由于LMA锥度变化小，曲线通过性能稍差，不适合在半径太小的线路上运行。
金属及化学研究所
轮轨形面和硬度匹配技术研究
中国铁道科学研究院金化所
周清跃
2012.5
目录
一、轮轨接触状态的理想目标二、国内外轮轨形面匹配三、轮轨匹配不良带来的危害四、改善轮轨匹配的技术措施五、下一步需要做的工作六、轮轨硬度匹配问题七、结论和建议
金属及化学研究所
金属及化学研究所
➢ 关于车轮踏面的锥度。锥型踏面的锥度为一恒定值，当轮对沿轴向出现横向位移时，锥度不变化；而磨耗型踏面的锥度随着轮对轴向位移的变化而变化，这种变化是非线性的。随着位移增大，锥度的增加量会越来越大，因此在较小的轮对横向位移下，就可以得到较大的滚动圆半径差，因此，等效锥度较大的踏面具有较好的曲线通过性能。
金属及化学研究所
一、轮轨接触状态的理想目标
1.3 区域B接触
共形接触
➢ 在一定条件下，当轨距角与轮缘磨合到一个共同形面的时候就会发生共形轮缘接触。显然，在轨距角部位形成与轮缘共形接触，与其他接触状态相比，接触应力最低，这种接触状态是轮轨形面设计所追求的，也是铁路运行所希望出现的。所
一、轮轨接触状态的理想目标

高速列车轮轨型面设计及优化

高速列车轮轨型面设计及优化作者：余娟娟潘茂华来源：《科学导报·学术》2020年第52期【摘要】轮和轨是铁路机车车辆的关键部件，合理的轨道几何型面匹配关系对列车的运输性能和安全性至关重要。

本文以60E1轮轨型面为基础，使用商用有限元软件ABAQUS为工具，通过对轮轨型面进行优化来提高轮轨结构强度。

【关键词】轮轨关系;优化;结构强度;由于铁路运输速度快，运量大，安全性高，耗能少，占地少，投资低，在运输业内具有重要的不可替代的作用，世界各国都在积极发展铁路交通，解决铁路技术上的难题，轮轨匹配问题一直是铁路研究的重要课题[1-3]，轮轨外形不匹配将导致列车运行上的许多问题的产生，如运行失稳，接触应力高而导致轮轨表面磨损严重，产生裂纹，进而影响铁路运输的安全，利用有限元仿真技术，通过对轮轨的型面进行优化，可提高轮轨结构强度，进而提高轮轨的性能[4-9]。

1.几何模型车轮选用60E1轮轨型面，接触形面形面参数如图1所示，法兰高度为28mm，型面绘制依据所提供的公式（图2）参数化建模而成。

轨道型面示意图如图3所示。

装配好的三维图示意如图4所示。

2.有限元模型本次计算中，采用大型通用有限元软件abaqus。

，单位系统采用mm-t-s。

为提高计算精度，模型采用六面体实体单元网格。

共224385个单元，168318万个节点如图4所示。

为了简化计算，取单个轮子和轨道进行有限元分析。

采用线性静力分析来求解。

3.结构材料及许用应力轮子所用材料为Q235，屈服强度为235Mpa，安全系数数1.5，许用应力为156.7Mpa，该材料的弹性模量为2E5Mpa，泊松比为0.3。

4.边界条件约束轨道底面，车轮与轨道为接触分析，车速为120km/h，换算角速度为79rad/s，单个车轮承受6.9t载荷，有限元模型边界条件示意图如图6所示。

5.初始模型计算结果从图7的轮轨应力云图可以看出，轮轨接触时最大应力值为223Mpa，并且产生了应力集中现象，说明接触区域较小，且超出了材料的许用应力，此时结构发生破坏。

高速铁路轮轨硬度匹配试验研究

高速铁路轮轨硬度匹配试验研究张银花;周韶博;周清跃;刘丰收;李闯;张关震【摘要】针对我国高速铁路出现车轮磨耗相对较大的问题,对国内外高速铁路轮轨硬度匹配关系的研究及应用现状进行分析,并在实验室进行3种硬度车轮与3种硬度钢轨的对磨试验,对比分析硬度不同的车轮与钢轨对磨时的轮轨磨损、变形和接触疲劳伤损等.结果表明:适当提高车轮的硬度即提高轮轨硬度比以减轻车轮磨耗较大的问题已成为国际上通行的做法;9组轮轨磨损试验中,轮轨硬度比为0.95∶1～1.15∶1时轮轨总磨耗量较小,轮轨硬度比大于1∶1时,轮轨变形和表面接触疲劳伤损较轻,轮轨硬度比为1.15∶1时轮轨总磨耗量最小,且接触疲劳伤损也最轻;随着车轮硬度的提高,不但车轮的磨耗减小,而且其抗变形能力也显著增加.建议动车组车轮与U71MnG钢轨的硬度比控制在1∶1以上,以解决我国高速铁路车轮磨耗较大的问题.%The wheel wear volume is relatively high in China's high-speed railway.To solve this problem,the research and application status of wheel-rail hardness matching relationship of high speed railway at home and abroad was analyzed.Rolling-sliding friction tests of three kinds of wheel samples with different hardness over U74,U71MnG and U75VG rail samples were also done in laboratory.The wheel wear,deformation and contact fatigue damage behavior of wheel/rail samples with various hardness ratios were compared and analyzed.Results show that the appropriate improvement of wheel hardness,that is,the improvement of wheel-to-rail hardness ratio has become an international practice to alleviate the problem of larger wheel wear.In the 9 groups of wheel/rail wear tests,when the wheel-to-rail hardness ratio is in the range of 0.95 ∶1～1.15 ∶ 1,the total wear of wheel/rail is relatively low.When thewheel/rail hardness ratio is greater than 1 ∶ 1,the wheel/rail deformation and surface contact fatigue damage are lighter.When the wheel/rail hardness ratio is 1.15 ∶ 1,the total wear amount of wheel-rail is the smallest,and the contact fatigue damage is also the lightest.With the increase of wheel hardness,not only the wheel wear is reduced,but also its resistance to deformation is significantly increased.It is suggested that the hardness ratio of EMU wheel and U71MnG rail should be controlled over 1 ∶ 1 to solve the problem of larger wheel wear of high speed railway in China.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】7页(P1-7)【关键词】高速铁路;轮轨关系;磨耗;车轮;钢轨;硬度匹配【作者】张银花;周韶博;周清跃;刘丰收;李闯;张关震【作者单位】中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U211.5;U213.42作为我国运营时间最长的高速铁路，京津城际铁路开通运营已8年多。

高速铁路钢轨的轨面形状与平顺性研究

高速铁路钢轨的轨面形状与平顺性研究高速铁路作为现代交通运输的重要组成部分，对铁路建设和运行质量提出了更高的要求。

在高速铁路运行中，轨道系统是承载列车载荷、提供车轮支撑力和保证行车安全的重要部分。

而钢轨作为轨道系统的关键组成部分，其轨面形状与平顺性对高速铁路的运行稳定性和运输能力具有重要影响。

钢轨的轨面形状是指钢轨上长轴线截面在水平和垂直方向上的几何形状。

正确的轨面形状能够提供良好的车辆运行环境，降低破坏性力量的产生，减少垂直载荷增大的反弹力以及减小弯曲差等，从而提高铁路运输的效率和安全性。

而轨面形状的不良或偏差则会影响列车的行驶稳定性、动车组垂向振动和姿态，甚至引发轨道交通事故。

高速铁路钢轨的轨面形状主要包括：横向轨向不平顺、纵向轨向不平顺、翘曲和挠度等。

横向轨向不平顺是指轨道横断面上的纵向不平顺，可能由钢轨合理性设计、铺轨施工、轨道维护等方面的因素所引起。

横向轨向不平顺会导致列车与轨道之间的相对运动，增加垂向载荷和侧向载荷，引起车辆的不稳定运动。

纵向轨向不平顺是指钢轨长轴线上的不规则波动，其主要影响有垂向振动、噪声、车体动态应力等。

翘曲是指钢轨沿轨向出现弓形变形，使钢轨高低波动产生不均匀垂向载荷，增大列车斜移力和弯矩载荷。

挠度是指钢轨横断面上的竖直变形，会引起轨道几何形状发生偏差，增加了列车的辗压损失。

通过对高速铁路钢轨轨面形状与平顺性的研究，可以采取一系列措施来改善轨道系统的设计、施工和维护，保证铁路运输的安全与高效。

首先，钢轨的轨面形状应符合国家标准和规范要求，通过优化设计和合理选材，减少不规则变形的发生。

其次，加强轨道施工过程的监督和质量控制，确保轨道的平整度和精度。

同时，加强对地基的加固和轨道基床的保护，减少负荷和温度变化对轨道的影响。

此外，定期开展轨道的维护检修，及时修复损坏和磨损部位，保持轨道的几何形状和平顺性。

为了实现高速铁路钢轨轨面形状与平顺性的研究，需要开展一系列的技术研究和实验。

动车组的轮轨型面匹配关系

动车组的轮轨型面匹配关系动车组的轮轨型面匹配关系指的是动车组轮子与铁轨之间需要保持一定程度的接触，确保列车运行的稳定性和安全性。

对于动车组来说，轮轨型面匹配是一个非常重要的问题，其中涉及到动车组的设计、制造、使用等多个方面的问题。

下面，我们来分步骤阐述动车组的轮轨型面匹配关系：1、轮子的设计制造轮子是动车组与铁轨之间的连接桥梁，所以它的设计和制造非常重要。

一般来说，动车组的轮子采用钢或铸铁材质制作，并且需要考虑到轮胎的直径、宽度、形状等因素，以确保轮子能够与铁轨的横向和垂向偏差相适应。

2、铁轨的设计铺设铁轨是动车组轨道交通的基础设施，它的设计和铺设也非常重要。

对于高速列车来说，铁轨需要具备高强度、高精度和高平顺性等特点，而且需要按照一定的轨距和轨面曲率半径铺设，以确保列车的稳定运行。

3、轮轨型面匹配轮轨型面匹配是动车组轨道交通中的核心问题，它需要确保轮轨之间的接触面积尽可能大，并且轮轨之间应该保持一定的刚性接触。

轮轨型面匹配需要考虑到轮轴、轴承、轴箱等多个因素的影响，以确保列车能够在高速运行中保持稳定。

4、调试和维护对于动车组来说，调试和维护也是非常重要的环节。

在动车组的制造和使用过程中，需要对轮轨型面匹配进行定期检测和调整，以确保列车能够在高速行驶中保持稳定和安全。

此外，对于轮子和铁轨的损坏和磨损也需要及时进行维修和更换，以确保列车能够长时间稳定运行。

总之，动车组的轮轨型面匹配关系涉及到多个方面的问题，需要在设计、制造、铺设、调试和维护等多个环节中不断优化和完善。

只有确保轮轨型面匹配的准确性和稳定性，才能保障高速列车的安全和稳定运行。

高速列车轮轨相互作用的研究与优化

高速列车轮轨相互作用的研究与优化随着铁路技术的不断发展，高速列车成为了交通运输领域的一种重要交通工具。

高速列车的运营速度远高于传统的普通列车，需要更高的安全性、稳定性和舒适性。

在高速列车的运作过程中，车轮和轨道之间的相互作用是一项至关重要的指标。

车轮和轨道是高速列车基础建设的两个最基本元素。

在高速列车的运行中，车轮与轨道产生相互作用，形成稳定的阻尼、弹性和摩擦，使列车获得平稳、稳定的行车状态。

因此，研究和优化车轮和轨道的相互作用是高速列车研发的重要领域之一。

首先，车轮和轨道之间的相互作用主要是通过动力学方程来确定的。

动力学方程包括车体方程、车轮方程和轨道方程三个部分。

在确定这些方程的过程中，需要考虑车体的自由度和运动状态、车轮的滚动、滑动和弯曲、以及轨道的曲率、倾斜和不平度等因素。

基于这些动力学方程，可以计算出车轮和轨道之间的相互作用力、速度、摩擦和阻尼等参数，为高速列车的设计提供基础数据。

其次，研究车轮和轨道相互作用的过程中需要考虑到多种不同因素。

例如，轨道的不平度会导致车轮在运行过程中出现较大的弹性变形，进而影响到列车的行车稳定性。

针对这些问题，需要对车辆和轨道进行建模和仿真，以找到最佳的设计方案。

此外，车轮和轨道之间的摩擦是另一个需要重点考虑的问题。

摩擦的大小和方向直接影响到列车的制动、加速和转向性能，因此需要对其进行严密的测试和优化。

最后，高速列车的优化需要综合考虑车辆、轨道和环境等多种因素。

例如，在区域气候、地形和气象等方面进行考虑，可以通过优化车轮和轨道的材料、制造工艺和配合度来提升列车的安全性和稳定性。

同时，对于高速列车行驶的不同路段，列车和轨道之间的相互作用也会发生动态的变化，需要对其进行实时监测和调整。

总之，高速列车的轮轨相互作用是一个复杂的系统工程，需要多个学科领域的专业知识和技术手段进行研发和优化。

随着技术的不断发展和创新，轮轨相互作用研究的范围和深度也将不断扩展，为高速列车安全、舒适和可靠的运行提供更为坚实的基础。

列车车轮与轨道硬度匹配分析

列车车轮与轨道硬度匹配分析摘要：车轮与钢轨的摩擦是最大的，每年投入的轮轨材料费用都是占有比较高的，因此，如果能够减少轮轨磨损，随之减少维修过程中的人力物力投入，具有重要意义。

本文主要对列车车轮与轨道硬度匹配度进行试验研究。

关键词：列车车轮；硬度；匹配前言材料包括金属及非金属材料均有软材料磨损硬材料的现象，但是对某些材料在一定的硬度范围内，耐磨性和硬度之间呈直线关系。

另外硬度的测试是检验轮轨质量及匹配方便易行的手段。

1、试验材料及方法钢轨试验样品取自轨头。

淬火钢轨样品只是在轨头紧靠踏面处取样,以保证试验样品为原有的淬火组织。

车轮样品取自轮箍。

粗加工之后8400C淬火,以不同温度回火获得不同硬度,再加工成所借样品的尺寸。

试验用耐磨轨,普通轨及轮箍的化学成分列于附表。

试验在M一200型摩擦磨损试验机上进行。

按照轮缘和轨侧间的潜滑率(蠕滑率)在1一8%之间。

故耐磨轨试验样品的潜滑率设计为7.7%,接近于最大值。

轮轨间存在潜滑,相当于车轮有少量空转,即车轮样品线速度高,因而装于试验机下轴。

试验机下轴转速为200转/分,上轴转速为181转/分。

试验时所加负荷为75公斤,计算出最大接触应力为510N/mm2,这个应力相当于11.5吨的静载轴重下,轮轨接触面积为300mm2时的平均接触应力的1.4倍(即最大接触应力)。

但是轮缘和轨侧间最大接触应力远高于轮轨踏面间的接触应力,因此又采取减薄试验样品的方法来提高接触应力至730N/mm2。

所以在耐磨轨的试验中,试验了两个应力水平(510及730N/mm2),用以表征钢轨踏面和轨侧相对车轮的磨损。

轮缘轨侧磨损的特点之一是,磨屑脱落到道床上,即磨屑不参与磨损过程,故上、下样品均附加刷子连续不断地清除磨屑。

为了模拟列车运行中蛇形运动造成的横向滑动,轮轨样品间有水平轴向往复运动。

10mm 厚样品的横向往复滑动量为0.70mm，5mm厚样品的为0.35mm,每分钟往复211次。

轮轨接触几何关系探讨

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。

不同轮轨型面匹配关系及其轮轨动力特性分析

第 1 期不同轮轨型面匹配关系及其轮轨动力特性分析 7
等), 将这些值输入到轮轨空间耦合关系程序 , 读入车轮踏面和钢轨型面的离散数据 , 进行各坐标系的转换和拟合插值计算 , 采用“迹线法”[ 2] , 以轮对横移作为参变量 , 即可得到轮轨接触点随轮对横移的几何变化关系。
轮轨接触几何关系是轮轨动力学的核心 , 是联系车辆子系统和轨道子系统的纽带 , 准确确定非线性的轮轨接触几何参数是进行车辆 —轨道耦合动力学分析的必要条件。近年来 , 随着我国铁路客运高速、货运重载的发展 , 车轮踏面和钢轨型面出现多样化。货车车轮踏面主要有锥形踏面和 L M 磨耗型踏面 , 钢轨质量由 43 kg/ m 逐渐提高到 50 、60 乃至 75 kg/ m , 其型面也发生了较大变化。不同的车轮踏面和钢轨型面接触的非线性 , 给轮轨空间接触几何关系研究带来了一定困难 , 很多学者都对此做了不同程度的研究和探讨[ 1-6] 。文献[ 1] 提出了一种求解轮轨动态接触几何关系数值计算的新方法 , 该方法可以考虑轮轨弹性变形和轮轨瞬时脱离的情形 , 给全面确定动态轮轨接触几何参数并进行车辆 —轨道耦合动力学系统仿真分析提供了可能。
表 1 不同轮轨匹配在直线运行仿真时的轮轨响应(无激扰)
钢轨类型踏面 /(kg ·m-1) 类型
TB 50
LM TB 60 LM TB 75 LM
轮轨横向力/ kN
0 .077 17 .260 0 .702 3 .586 2 .668 3 .663
轮轨垂向力/ kN
119 .6 119 .6 119 .6 119 .6 119 .6 119 .6
图 1 轮轨离散数据外形图
2 不同轮轨型面匹配的接触几何关系仿真分析在轮轨接触几何关系仿真计算时 , 给定初值条件

轮轨外形匹配关系技术研讨会在上海召开

轮轨外形匹配关系技术研讨会在上海召开
刘宏友
【期刊名称】《铁道车辆》
【年(卷),期】2012(50)9
【摘要】2012年5月25日-26日，由中国铁道学会车辆委员会和工务委员会共同主办，同济大学承办，在上海召开了轮轨外形匹配关系技术研讨会。

【总页数】1页(P7-7)
【关键词】技术研讨会;匹配关系;上海;外形;轮轨;中国铁道学会;同济大学;委员会【作者】刘宏友
【作者单位】青岛四方车辆研究所有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U211.5
【相关文献】
1.中科院上海技术物理研究所研制成中分辨率成像光谱仪·第八届全国红外加热暨红外医学发展研讨会在大连市召开·上海技术物理研究所研制成复合制冷用辐射制冷机 [J],
2.LMS国际公司振动噪声、疲劳试验和仿真解决方案技术交流会在上海召开
/Maple/MapleSim 2009中国巡回研讨会在上海拉开序幕/SAMTECH公司荣获"2009年中国宇航学会学术交流会优秀建设方案奖" [J],
3.十年,矢志不渝践行绿色发展——第十届中国国际水性木器涂料发展研讨会在上海隆重召开——第十届中国国际水性木器涂料发展研讨会在上海隆重召开 [J], 本
刊编辑部
4.2010上海汽车塑料进气歧管技术研讨会暨非金属材料在汽车发动机的运用研讨会在上海召开 [J],
5.2016铁路轮轨关系国际研讨会在北京召开 [J], 田葆栓
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高速铁路轨道平顺性数据分析和优化

高速铁路轨道平顺性数据分析和优化不平顺引起轮轨动力响应，是轮轨动力作用增大的主要因素。

影响平稳和乘车舒适性、威胁行车安全。

不平顺直接限制行车速度（速度越高不平顺影响越大）。

轨道平顺性的分析难点就在于分析判断数据的真实性。

无咋轨道系统的轨道平顺性主要依赖于精调轨道板或轨枕的精确就位，但由于轨道板或轨枕精调过程中的出现的偏差、以及两题的收缩徐变、轨道铺设焊接的误差、轨道扣件系统误差等因素影响，铺轨后的轨道平顺性很难完全达到要求，必须进行必要的轨道调整使其平顺性指标满足要求。

2 规范平顺性要求：轨向：2mm，高低：2mm，（10m弦长）30m弦5m步距。

轨距：±1mm，三角坑（扭曲）：±2mm（基长3m）。

水平（超高）：±2mm。

平顺性指标的物理意义：采用30m弦长（48个轨枕）测量，检测间隔5m的相邻检验点的实际矢高差与设计的矢高差的差值不超过2mm；长波是300m弦，间隔150m。

轨道的几何形位是指轨道各部分的几何形状，基本尺寸及相对位置。

直线轨道几何形位的基本要素有：轨距、水平、高低、方向、轨底坡。

几何形位正确与否直接影响行车的安全和车辆的舒适程度，以及设备的使用寿命和养护与维修的费用。

轨距是钢轨顶面下16mm范围内两股钢轨作用边之间的最小距离。

水平是指线路左右两股钢轨顶面的相对高差。

三角坑是指在延长不足一定基长的距离内出现水平差超过一定值的三角坑。

轨距和水平的测量，一般静态用道尺和轨道检查仪进行测量，动态的测量一般都是用轨检车进行测量。

轨道的高低是指轨道的纵向不平顺。

高低产生的原因：a. 道床的积累变形。

b. 路基的不均匀沉陷。

c. 钢轨磨耗、焊缝、轨面擦伤。

d. 轨枕失效、弹性不均匀。

e. 空吊板：轨底与铁垫板或轨枕之间存在间隙（间隙超过2mm是称为吊板）。

f. 轨道或基础刚度不一致。

高低的测量：一米长的轨道不平顺仪。

10米（20米、40米）弦。

轨检车或轨道不平顺检测小车。