客运专线部分轮轨技术参数的分析

客运专线部分轮轨技术参数的分析
龙科
【摘要】从车轮内侧距、最小轮缘厚、车轮踏面外形、轨底坡4个轮轨系统技术参数入手对我国客运专线相关轮轨技术参数进行浅析,提出建议.
【期刊名称】《铁道标准设计》
【年(卷),期】2005(000)012
【总页数】3页(P17-19)
【关键词】客运专线;轮轨技术;分析;建议
【作者】龙科
【作者单位】广州铁路集团公司长沙工务段,长沙,410001
【正文语种】中文
【中图分类】U211.5
2004年，国务院先后批准武广、郑西、石太、京津、合宁、合武、温福、福厦、甬温9个客运专线项目的立项，客运专线的建设掀起新的高潮。

随着中长期铁路网规划的逐步实施，客运专线高速轮轨技术问题的研究也提到议事日程。

下面从车轮内侧距、车轮最小轮缘厚、车轮踏面外形、轨底坡4个轮轨系技术参数入手对我国客运专线相关轮轨技术参数进行浅析。

1 车轮内侧距
标准轨距是1 435 mm，我国既有线上机车车辆轮对内侧距为(1 353±3)mm，轮
轨正常游间机车为16 mm，车辆为18 mm，这种匹配关系适用于速度
120 km/h以下的线路。

当列车速度超过120 km/h时，由于游间较大，容易引起蛇形运动和较大的横向振幅。

法国和德国高速铁路车轮内侧距为(1 360±2)mm[1]，日本新干线车轮内侧距为对应的轮轨正常游间为9 mm。

经过多年高速铁路运营
的实践，证明此种匹配关系是科学、合理和安全的。

我国既有线车轮内侧距定为(1 353±3)mm[2]，是因建国初期较长的一段时期内，铁路上大量行驶着长轴距的蒸汽机车，其中以从前苏联进口的FD型蒸汽机车转向架固定轴距最大，为6 500 mm(5轴转向架)，早期我国最小单开道岔为8号，其导曲线半径为145 m[3]。

为保证最大固定轴距蒸汽机车能以5 km/h速度安全通
过半径为145 m的导曲线，综合考虑将车轮内侧距定为(1 353±3)mm。

按静力正常强制内接计算车轮内侧距为1 356 mm和1 362 mm时通过145 m
曲线所需轨距为(图1)
图1 五轴转向架曲线平面轮轨几何关系图
S正
式中S正——静力正常强制内接所需轨距，mm；
Tmax——轮对最大宽度，分别取1 422 mm和1 428 mm；
fw——曲线外矢距，；
fn——曲线内矢距，；
δmin——轮轨最小游间，取9 mm；
Σηmax——FD型蒸汽机车轮对最大综合横动量，取11 mm；
ΔS——轨距容许负误差，取4 mm；
R——曲线半径，m。

当车轮内侧距为1 356 mm时
S正=1 446.8 mm<1 450 mm
当车轮内侧距为1 362 mm时
S正=1 452.8 mm>1 450 mm
《铁路技术管理规程》规定：半径R<300 m，轨距加宽15 mm，轨距为
1 450 mm[2]。

由以上计算结果可知制定(1 353±3)mm车轮内侧距标准是符合建国初期当时铁路长轴距转向架、小半径曲线和小号码道岔情况的。

对于客运专线的正线大半径曲线、大号码道岔及高速机车、车辆两轴转向架，1 353 mm车轮内侧距显然已不适应。

大内侧距意味着小游间和小蛇行运动幅度，有利于高速行车和与国际标准接轨，建议客运专线上所使用的车辆轮对内侧距定为(1 360±2)mm。

2 车辆最小轮缘厚
我国《铁路技术管理规程》第九版规定：机车、车辆最小轮缘厚为23 mm[2]，此规定基本适应120 km/h及以下的速度，此规定是借鉴前苏联《苏联铁路技术管
理规程》[5]中最小轮缘厚25 mm降低2～3 mm确定的，也是鉴于建国初期钢材紧缺而制定的。

更小的轮缘厚可延长轮箍和整体轮使用期限和报废期限，但小轮缘厚同样带来大游间，当轨距为1 435 mm和车轮内侧距为1 350 mm时，轮轨最大游间δmax=1 435 mm-1 350 mm-23 mm×2=39 mm[4]，意味着转向架的
蛇行运动振幅可达到39 mm。

法国和德国车轮轮缘最小厚度为27 mm，其对应
最大轮轨游间δmax=1 435 mm-1 358 mm-27 mm×2=23 mm。

新建客运专线设计速度300 km/h，并按350 km/h预留，23 mm最小轮缘厚的
抗剪强度和疲劳强度是否能经得起300 km/h甚至是350 km/h速度的考验，我
国还未进行过相关实质性的研究和试验。

建议客运专线上所行驶的车辆车轮最小轮缘厚比照法国、德国标准定为27 mm[6]，这样有利于提高行车的稳定性和提高轮缘截面抗剪强度。

3 车轮踏面外形
我国既有线上行驶的机车、车辆车轮踏面外形绝大多数为锥形踏面，其锥度分为1∶20和1∶10两段[7](图2)，1∶20一段是经常和钢轨顶面接触的部分，1∶10
只在半径R<300 m轨距加宽15 mm的曲线和通过固定型辙叉时才与钢轨顶面接触。

锥形踏面的优点在于[5]：(1)保证运行的平顺性，改善曲线通过性能；(2)不使车轮形成鞍形磨耗。

例如直线地段上行驶的车辆，当偏向轨道一侧时，由于左右轮滚动半径的不同仍能返回轨道中心，这是圆柱形车轮踏面所不能实现的；但同时，因左右轮滚动半径差的实现和轮轨游间及振动周期、行车速度等因素，造成车辆转向架的蛇行运动。

踏面锥度越陡，越容易产生蛇行运动，锥度越陡，左右轮滚动半径差越大，转向架自回转半径越小，可以最大限度地以纯滚动方式通过曲线。

图2 车轮踏面示意(单位：mm)
我国选用1∶20和1∶10两段坡的锥形踏面是根据我国120 km/h及以下速度和
小半径曲线、小号码道岔等轨道综合指数确定的，是符合既有线现状的。

纵观世界发达国家高速铁路，法国、日本新干线上高速车辆车轮踏面都是1∶40
锥形踏面或圆弧形踏面，亦称磨耗型踏面，见图3[8]。

对于我国新建客运专线的
大半径正线曲线、大号码可动心轨道岔，传统踏面外形所产生的大滚动半径差和小回转半径显然已不适应。

高速铁路首先要解决的是克服直线地段高速车辆的蛇行运动，为此，法国、日本等国在把车轮踏面锥度减缓的同时，还在高速车辆转向架上加装抗蛇行油压减振器，德国ICE车辆转向架上甚至在相同位置安装2个抗蛇行
油压减振器，由此可见，国外高铁都非常重视抗蛇行运动，所以减缓踏面锥度势在必行。

值得注意的一个动向是，日本新干线在300系高速动车组以后的车型中，
车轮踏面都开始采用圆弧形踏面，即将踏面制成与钢轨顶面基本吻合的曲线形状。

研究结果表明，这种踏面具有轮轨磨耗小，接触应力低，改善曲线通过性能等优点。

建议对客运专线上行驶的车辆踏面外形进行研究和试验，加以确定。

图3 日本新干线车轮踏面示意(单位：mm)
4 轨底坡
在1965年以前，我国轨道轨底坡为1/20，在机车车辆的动力作用下，轨道发生
弹性挤开，木枕产生挠曲，垫板削切枕木严重，加上垫板与木枕不密贴，道钉扣压力不足等因素，实际轨底坡与原设计轨底坡有较大的出入。

1965年以后，我国铁路的轨底坡统一改为1/40[7]。

现在我国既有线大部分线路都铺设钢筋混凝土轨枕和弹性扣件，1/20的轨底坡是否依然不匹配新时期既有线的设备现状，是否不适
应高速行车，我国缺乏这方面的系统研究和试验。

法国高铁的区间正线和道岔上都采用1/20的轨底坡，德国和日本新干线采用1/40的轨底坡，法国与德、日两国
采用轨底坡标准和试验结论完全不同[1]，我国客运专线采用多大的轨底坡才合理，需进行进一步的深入研究。

5 结语
实现高速行车的关键是正确处理固定设备和高速移动设备的关系，而高速轮轨系是一个极为复杂的系统工程[1]，我们不能认为提高行车速度的关键仅在于加强安全
措施和轨道维修工作，单方面强调轨道的强韧化和轨道检修尺寸的精度和平顺性，忽略对机车车辆的综合轮轨性能要求。

只有摆脱既有线铁路的思维定式，克服存在便是合理的思想，克服专业分割思想，树立系统化的观念，充分认识高速轮轨系统论，选择合理的技术参数，才能建设成世界一流的高速客运专线。

参考文献：
[1]卢祖文。

高速铁路基础设施的重大技术问题[J]。

中国铁路，2004(8)。

[2]中华人民共和国铁道部。

铁路技术管理规程·第九版[S]。

[3]铁道部工务局。

铁路工务技术手册·道岔(修订版)[K]。

北京：中国铁道出版社，1998。

[4]中华人民共和国铁道部。

铁路线路维修规则[S]。

[5]M.A.费里施曼。

机车车辆与线路相互作用浅说[M]。

吴祖荣，王午生，载月辉
合译。

北京：中国铁道出版社，1985。

[6]费列茨·法森拉斯。

铁路轨道(理论和实践)[M]。

冯先霈，等译。

北京：中国铁道出版社，1987。

[7]童大埙。

铁路轨道基本知识·第三版[M]。

北京：中国铁道出版社，1997。

[8]小野纯朗。

提高列车速度的理论和实践[M]。

徐湧译。

北京：中国铁道出版社，1992。