铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系
轮对知识
货车车轴
B型
货车车轴
A型
货车车轴
C型
货车车轴
通过对车轴卸荷槽加工工艺研究 ，铁道部
2004年12月下文规定了新制RD2型车轴的B、D
车轮
车轴
一. 车
轴
.
车轴有滑动轴承车轴与滚动轴承车轴之分。 我国铁道车辆上使用的车轴，大多为圆截面的实心车轴。由于车轴各 部位的受力状况不同，其直径大小也不一样。 从材质上看，目前的车轴一般都是用 40 钢或 50 钢 —— 优质碳素钢 锻制而成。 从技术要求上看，车轴表面须锻造光滑平整，不得有起皮、裂纹、熔 渣、或其他危害性缺陷存在。
●
货车车轴
因RE2 型车轴载荷中心距短，增加了转向架结
构的设计难度，加上早期设计的197730型轴承比
较笨重，所以该车轴仅进行了装车运用试验而未
大量推广使用。
货车车轴
RE2A型车轴
1998年，开始设计 RE2A型车轴。设计进程 ——
货车车轴
A型
货车车轴
C型
货车车轴
B型
货车车轴
RE2A型车轴主要参数 商业运营速度：120km/h ● 轴重：25t (245kN) ● 全长：2191mm ● 载荷中心距：1981mm ● 轴肩距：1731mm ● 轴颈长度：230mm ● 载荷中心到轴颈根部距离：125mm ● 轴身长度：1228mm，突悬 ● 轴颈及防尘板座型式：3种
货车车轴
RE2B 型车轴轮对主要结构特点
1981 1761 (RE2A：1731)
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系 1
铝合金
质量轻，耐腐蚀，但强度较低。
其他合金材料
如镍合金、钛合金等，具有特殊 性能，但成本较高。
02
轮轨接触几何关系
轮轨接触几何模型
点接触模型
假设轮轨接触点处的曲率中心与接触点重合，适用于 小变形和弹性接触。
面接触模型
考虑轮轨接触面的形状和曲率变化，适用于大变形和 塑性接触。
混合接触模型
结合点接触和面接触的特点，考虑轮轨接触的复杂性 和非线性特性。
垂直反力
车轮垂直于轨道方向产生的力，与轨道承受的重 量和轮轨接触点的分布有关。
轮对与轨道的相互作用模型
弹性接触模型
将轮轨接触视为弹性接触，通过 弹性力学理论描述轮轨接触点的 应力分布和变形。
有限元模型
利用有限元方法模拟轮轨接触和 应力分布，考虑了材料的非线性 特性和复杂的边界条件。
轮对与轨道的相互作用的影响因素
铁道车辆轮对结构与 轮轨接触几何关系
目录
• 轮对结构 • 轮轨接触几何关系 • 轮对与轨道的相互作用 • 轮轨接触的磨损与损伤 • 轮对与轨道的设计优化
01
轮对结构
轮对的组成
01
02
03
车轮
包括轮缘、踏面和轮毂， 是直接与轨道接触的部分， 承受车辆重量和传递制动 力。
车轴
连接车轮的轴，通过轴承 支撑车轮转动，传递牵引 力和制动力。
通过建立动力学模型，模拟列车运行过程 中轮对与轨道的动态响应，预测和解决潜 在的振动和稳定性问题。
实验设计法
优化算法
通过实验手段获取轮对与轨道在实际运行 中的性能数据，为设计提供依据和验证。
利用数学优化算法，如遗传算法、粒子群 算法等，对轮对与轨道的结构参数进行优 化，实现轻量化和性能提升。
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。
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系.
轮轨接触分析
车轮外形的主要参数
Sd
L3 = 12 mm (Standard China) 中国标准 32 32 -
车轮外形
பைடு நூலகம்
L3 = 10 mm 32.6 33.2 32.5 32.6
Sh
qR
SYSZ40-00-00-02A (200 kph) SYSZ40-00-00-00 (160 kph) S1002 XP55
采用凹形车轮踏面，不仅可以减缓磨耗，延长使 用寿命，而且有利于车辆曲线通过，并使轮缘力 有所降低。
16
磨耗型踏面（LM）
17
磨耗型踏面（LMA）
18
4. 车轮参数定义
轮对内侧距 滚动圆半径 轮缘 轮缘厚度 轮缘角度 轮缘高度 踏面 等效踏面锥度 回转半径差 接触角度差
6
（3） 轮对内侧距
7
轮对内侧距
保证轮缘与钢轨之间有一定游（间）隙，可以：
减少轮缘与钢轨磨耗；
实现轮对自动对中作用；
有利于车辆安全通过曲线；
有利于安全通过辙叉； 轮缘与钢轨之间的游（间）隙太小，可能会造成 轮缘与钢轨的严重磨耗； 轮缘与钢轨之间的游（间）隙太大，会使轮对蛇 行运动的振幅增大，影响车辆运行品质；
12
3. 踏面类型
圆筒踏面（踏面为没有锥度的平坦圆筒、日 本轨检车上，有利于轨道高低变形的测定）
圆锥踏面（踏面带有一定的锥度）
圆弧踏面（磨耗型踏面，踏面带有圆弧）
为了使无论哪种踏面形状均能够防止 车轮脱轨， 因而车轮都设有轮缘。 踏面锥度是使轮对具有复原功能和转向功能的 根本原因，也是引起蛇行运动的根源。
8
安全通过辙叉
9
几类轮轨接触几何关系的研究
几类轮轨接触几何关系的研究作者：张全付凯兵李婉清来源：《科技资讯》2021年第26期摘要：高速鐵路的发展带来了新的挑战，轮轨的磨耗增加，不仅增加维修成本，而且也影响了列车的安全性。
因此，对轮轨几何关系的研究尤为重要。
影响高速列车轮轨几何关系的因素很多。
该文以中国铁路的LMA踏面、日本新干线JR-ARC踏面和欧洲标准S1002踏面以及钢轨断面为例，对踏面曲线函数进行研究，比较3种轮轨关系的几何参数差异，分析踏面曲线。
关键词：高速铁路车辆动力学轮轨接触几何关系车轮踏面中图分类号：U211.5 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）09（b）-0025-03Study on Several Kinds of Wheel Rail Contact Geometric RelationsZHANG Quan FU Kaibing LI Wanqing（Changchun Normal University， Changchun， Jilin Province， 130000 China）Abstract： The development of high-speed railway has brought us new challenges. The increase of wheel rail wear not only increases the maintenance cost， but also affects the safety of the train. Therefore， it is particularly important to study the wheel rail geometric relationship. There are many factors affecting the wheel rail geometric relationship of high-speed train. Taking LMA tread of China railway， JR-ARC tread of Shinkansen in Japan， S1002 tread of European standard and rail section as examples， this paper studies the tread curve function， compares the geometric parameter differences of three wheel rail relationships， and analyzes the tread curve.Key Words： High speed railway; Vehicle dynamics; Wheel rail contact geometry; Wheel tread高速铁路的发展给人们的生活带来了便利，缩短了城市之间的距离，但也带来了很多复杂问题。
轮轨型面及系统参数对轮轨空间接触几何关系的影响
钢 轨 配 备 使 用 时 的 接 触 几 何 状 态 ， 论 了轮 对 摇 头 、 底坡 、 距 、 顶 面 高 差 及 钢轨 翻 转 耐 接 触 几 何 参敷 的 响 。鳍 果 讨 轨 轨 轨 表明 ， 同类型踏面与钢轨之间的接触几何状态存在较大差异且上述诸群响因素必项在接触几何关未中予以考虑。 不
触点在踏面与钢轨 上变 化范围较 小， 尤其轨头 上左 右 侧接触点几乎集 中于一点， 因此 造成车轮踏面 与钢轨 轨头 局部 磨耗非 常严重 ； 当轮对 横移量达 到 ９ ７ ． ｍｍ 时． 踏面与轮缘各存在一点与钢轨同时接 触． 即所谓车
我国铁路机车车辆上使 甩的车轮踏面形式有标准
想 来处理轮轨空阊接触几何关 系， 目前 已得到 了较 好 的应用 ］ 。其基本思路是在求轮轨接 触几何 关系时 ，
可以暂时抛 开轨 面的形状 ， 由轮对的 位置 （ 仅 摇头 角
一
系进行 比较研究 。 为了达到 比较 目的 ， 车轮名义直径统 取 为 ９５ １ ｍｍ。 轮对摇头角为 ０， 。轮壕 内侧距 为１３ ３ ５ 接触 点在 ３ 种路面与轨头上随轮对横向移动量 的
转等因素对轮轨接 触几何参数的影响 。
ｌ 不 同类 型车轮踏 面与不同类 型钢轨接 触几
何 关 系 的 比 较
１ １ 同种钢轨与不同类型 车轮踏 面接触几何 关系的 ．
火车拐弯问题知识点总结
火车拐弯问题知识点总结火车在行驶过程中，经常会遇到拐弯的情况。
在火车拐弯时，会出现一系列的物理和工程问题，这些问题涉及到火车的结构、动力系统、制动系统和轨道系统等多个方面。
本文将对火车拐弯问题涉及的知识点进行总结，包括火车的拐弯原理、拐弯时的力学原理、拐弯对轨道的影响以及解决火车拐弯问题的方法等方面。
一、火车的拐弯原理1. 车轮与铁轨的接触火车的拐弯原理首先涉及到车轮与铁轨的接触。
火车的车轮是通过与铁轨接触来提供支撑力和传递动力的，因此车轮与铁轨的接触是火车行驶的基础。
在火车拐弯时，车轮必须能够顺利地在铁轨上进行转向，以确保车辆在拐弯时不会脱轨。
2. 列车的车型和结构拐弯时，火车的车型和结构也对拐弯性能有着直接的影响。
不同类型的列车在拐弯时会有不同的性能表现，例如高速列车和货运列车在拐弯时的要求是不相同的。
同时，车辆的车体结构、重心位置和转向架等部件的设计也会影响火车的拐弯性能。
3. 转向架的设计火车的转向架是用来支撑车轮并使其能够转向的机械结构。
转向架的设计直接影响着火车在拐弯时的稳定性和可靠性。
不同类型的转向架会对车轮与铁轨的接触、车轮的转向过程以及车辆的侧向力等方面产生不同的影响。
二、拐弯时的力学原理火车在拐弯时会受到一系列力的影响，这些力来自于车辆自身的惯性和外部环境的影响。
了解拐弯时的力学原理对于理解车辆行驶过程有着重要的意义。
1. 离心力在火车拐弯时，车辆会受到离心力的影响。
离心力是由于车辆的速度和质量导致的一种惯性力，它会使车辆向拐弯的外侧产生向外的力。
这种力会对车辆的稳定性和安全性产生一定的影响。
2. 摩擦力火车的拐弯还会受到铁轨与车轮之间的摩擦力的影响。
摩擦力是支撑火车行驶的核心力量，它不仅影响着车辆的加速和制动能力，还会对车辆的转向过程产生影响。
在拐弯时，摩擦力会受到车辆侧向力和离心力的影响，从而影响着车轮与铁轨之间的摩擦力。
3. 侧向力侧向力是由于车辆拐弯时车轮受到的侧向推力而产生的力。
轮轨接触几何关系对高速客车稳定性的影响
轮 轨 接触 几 何 关 系对 高 速 客 车稳 定性 的影 响
陈 波 ，王 成 国 ，孙 善超 ，李 兰
（ 中国铁道科学研究院 研发 中心，北京 １ ０ １ ０ ８） ０
摘 要 为研究不 同的车轮和钢轨配合及不 同的轮对 内侧距 等轮轨接触几何关 系对高速客车稳定性的影响 ，选
取中国车轮 Ｌ Ａ Ｌ Ｍ 和 Ｍ与钢轨 Ｃ Ｎ ０ Ｈ ６ 、欧洲标准车轮 Ｓ（２ Ｉ ）与钢轨 ＵＣ ０以及 日本新 干线 圆弧 车轮 Ｊ Ｘ Ｉ６ Ｐ—Ａ Ｃ与 Ｒ
石头等杂质的砂投入使用 。
３ 结 束语
主要介绍 了东风 型机车走行部 常见典 型故障现
象及 防止措 施 ，并通 过 在 实践 中对 这 些 措施 的认 真 落 实 ， 明东 风 内燃 机 车走 行 部 因本 段 检修 责 任 造 成 表 型
（）乘 务员 在 机 车 出库 挂 车后 试 风 开 车前 及 途 中 ２ 停 车站须 按规 定检 查 闸瓦 状 态 ，高 站 台停 车必 须 用 工 具 推 闸瓦 ，防止不 缓解 现象 。
钢轨 ＪＳ０ Ｉ６ ，对几组轮轨配合 的运动特性进行 了比较 ，并应 用 自制的轮轨接触几何 计算程序 和 Ａ Ａ ／ ａｌ Ｄ ＭＳＲ ｉ软件 针对 不同的轮轨配合情况进行 了仿真分析 。 关键 词 高速客车 ；稳 定性 ；接触几何 ；轮对 内侧距 ；数值仿真 文献标志码 ：Ａ 中图分类号 ：Ｕ ７ ．１ ２ １１
（ ）地勤人 员 加 强 机 车 出库 前 走 行 部 轮 对状 态 检 １
查。
（）使用经铁道部、铁路局鉴定过的闸瓦。 ５ （）大修 机 车及 轮 对 单 项 大修 和 中修 机 车更 换 轮 ６
箍 时必须 加装 扣环 ，技术 、验 收严 格把关 。 （）保 证 机 车 用 砂 质 量 ，严 禁 湿 砂 及 掺 有 土 ｃｍ ｔ ｅＤ ｐｔ ｉ ａ ｗ ｙＢ ｒ ｕ ａｊ７ ０ ０ ｈａｘ，Ｃ ｉａ Ｘｎ ｎｚｅ ｏｏ ｏ ｖ ｅｏ，Ｘ ａ Ｒ ｉ ａ ｕｅ ，Ｂ ｏｉ ６ ８Ｓａｎｉ ｈｎ ） ｆ ｉ ｎ ｌ ａ １
铁道车辆不同踏面等效锥度和轮轨接触关系计算
铁道车辆不同踏面等效锥度和轮轨接触关系计算干锋;戴焕云;高浩;魏来【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2013(035)009【摘要】为了深入研究轮轨接触几何关系,针对国内铁道客运车辆车轮的4种典型踏面LMA、S1002CN、LM和XP55,采用简化法、谐波法、UIC519算法分别计算其等效锥度;编制一套轮轨接触关系软件TPLWRSim,与国际通用的多体系统动力学分析软件SIMPACK和ADAMS计算的结果相对比,在不同轮轨关系计算工况下,给出用3种软件计算的4种标准踏面的等效锥度表,为新型踏面设计提供参考.通过比较不同算法的优越性,表明谐波法和UIC519能更准确地计算等效锥度.同时,给出4种踏面的轮轨接触特征,为实际线路车轮磨耗跟踪试验时分析车轮磨耗行为提供参考.这些轮轨接触特征在实际车轮磨耗跟踪试验中得到了验证.【总页数】6页(P19-24)【作者】干锋;戴焕云;高浩;魏来【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U211.5【相关文献】1.大轴重轮轨接触应力与踏面和轨顶曲率的关系 [J], Kumar,S;邢澍2.基于转向架悬挂参数与踏面锥度优化的高速车辆动力学性能分析 [J], 李响;任尊松;徐宁3.服役动车组车轮踏面等效锥度运用管理研究 [J], 董孝卿;王悦明;倪纯双;吴宁4.铁道车辆车轮踏面擦伤原因及防范措施 [J], 陈春棉;5.踏面等效锥度对车辆横向平稳性的影响 [J], 陈经纬;秦成伟;许红江因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高速列车轮轨接触几何参数对轮轨磨耗的影响研究
高速列车轮轨接触几何参数对轮轨磨耗的影响研究杨广雪;赵方伟;李秋泽;梁云;林国进【摘要】为研究高速列车轮轨接触几何参数对轮轨磨耗的影响,选取修正的Elkins 磨耗指数方法计算轮轨间的磨耗指数,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真的方法,将轮对、转向架构架和车体逐步进行弹性化处理,建立全弹性的车辆系统动力学模型,基于此模型进行数值计算,从时域、有效值、最大值3个方面,结合速度因素,分析摩擦系数、轮对内侧距和轨底坡对轮轨磨耗的影响.结果表明,在相同速度下,摩擦系数越小,轮轨磨耗越严重,随着摩擦系数的增大,轮轨磨耗趋于平稳;随着轮对内侧距的增大,磨耗指数整体呈增大趋势,但轮对内侧距对轮轨磨耗的影响较小;当轨底坡的值取为1/40～1/20时,轮轨磨耗较小;在相同轮轨接触几何参数下,列车运行速度的提高加剧了轮轨间的磨耗.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2019(041)002【总页数】7页(P50-56)【关键词】高速列车;全弹性;系统动力学;轮轨接触几何参数;轮轨磨耗【作者】杨广雪;赵方伟;李秋泽;梁云;林国进【作者单位】北京交通大学机械与电子控制工程学院 ,北京 100044;中国铁道科学研究院金属及化学研究所 ,北京 100081;中车长春轨道客车股份有限公司转向架研发部 ,吉林长春 130062;中车长春轨道客车股份有限公司转向架研发部 ,吉林长春 130062;北京交通大学机械与电子控制工程学院 ,北京 100044【正文语种】中文【中图分类】U211.5车轮与钢轨的磨耗是轨道交通研究的课题之一，其直接关系到列车的可靠性和安全性[1-2]。
而轮轨接触几何参数是影响轮轨磨耗的重要因素，如能较为准确地研究不同轮轨接触几何参数对轮轨磨耗的影响规律，对于车辆设计及维修具有重要的实际工程价值。
运用系统动力学方法研究轮轨间的动态作用是一种有效的方法。
在早期运用该方法时，大多采用多刚体系统动力学模型进行仿真模拟，所有部分均设置为刚体[3]。
车辆动力学练习题及参考答案（可编辑修改word版）
车辆动力学练习题及参考答案（可编辑修改word版）车辆动力学练习题一、单项选择题1.轨道车辆通常由（）、驱动部、走行部、制动部与连接部等组成。
A．车体B．转向架C．轮对D．电动机2.EDS 型磁悬浮的悬浮高度一般为（）mm，因而对轨道精度和维护要求相对不高。
A．10 B．30C．100 D．503.铁道车辆的（）是指车辆每一根轮轴能够承受的允许静载。
A.轴重B．额定载重C．轮对重D．车体重4.车轮必须具有（），以引导车轮沿道岔形成的线路方向运行，并产生变道时所需的横向导向力。
A．轮缘B．踏面C．缓冲装置D．车轴5.铁路轨道可以分为（）轨道和曲线轨道。
A.缓和曲线B．坡度C．直线D．圆曲线6.人对频率在（）Hz 以下的横向振动最敏感。
A.1B．2C．5 D．107.轨道车辆的轮对由左右轮子和车轴固接组成，左右轮对滚动角速度一致，则称为（）轮对。
A.弹性B．普通C．刚性D．磁悬浮8.轮轨蠕滑是指具有弹性的钢质车轮在弹性的钢轨上以一定速度滚动时，在车轮与钢轨的（）间产生相对微小滑动。
A.上方B．下方C．侧面D．接触面9.稳定性的含义包含静态平衡稳定性和（）稳定性两大类。
A.动态B．准静态C．安全D．非平衡10.目前国内外最常用的轨道不平顺数值模拟方法主要有（）、三角级数法和白噪声滤波法等。
A．二次滤波法B．五次滤波法C．四次滤波法D．三次滤波法11.轨道交通车辆使用的轮胎一般是高压充气轮胎，轮胎内压力高达（）kPa。
A．200~300 B．400~500C．600~700 D．800~90012.创造了581k m/h的世界轨道交通列车的最高速度记录的是（）超导磁浮。
A.中国B．美国C．日本D．德国13.铁路轨道按轨枕使用材料可分为（）轨道和混凝土轨枕轨道A.铁枕B．木枕C．铜枕D．不锈钢14.轮胎式轨道车辆在采用轮胎导向时，转向架上的左右导向轮胎（）布置。
A.横向B．纵向C．垂向D．斜向15.我国（）有世界上第一条投入商业运营的磁悬浮轨道交通线。
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系ppt课件
车轮磨耗特性参数 • Sh: 轮缘高 • Sd: 轮缘厚度 • qR: 轮缘形状限度
Sh
qR
28.1
9.8
27.9 10.7
28.0 10.8
29.0 11.0
磨耗型踏面〔XP55〕
21
车轮外形吻合
• 中国标准 ;
• 中国轨道的典型磨耗型外形SYSZ40-00-00-00 <160 kph> ；
0.00 0
0.3 4 yw 8/mm 12 16
38
合理的轮轨踏面外型不仅可以减缓磨耗, 延长使用寿命,而且有利于车辆曲线通过, 降低轮轨动力作用；
只要轮轨外型参数确定,利用轮轨接触几 何关系,可以确定轮对在不同横移量时车 轮踏面等效斜度、等效重力刚度和等效重 力角刚度等参数；
39
专题三：轮对低动力设计方法
具有足够精度、适用于任意形状的空间几何约束关系的 数学方法及计算程序； 九十年代初期 ： 提出了迹线法的思想来处理空间轮轨接触几何关系问题. 基本思路:暂时抛开轨面的形状,仅由轮对的位置〔摇头 角、侧滚角〕以及踏面主轮廓线参数〔滚动半径、接触 角〕确定可能的接触点.
52
2 影响轮轨接触几何关系参数
8
安全通过辙叉
9
r0 + y r0 - y
顺利通过曲线
o
R y
2b
10
轮缘内侧距选取
11
轮轨间隙计算
标准轨距：1435mm 轮对内侧距：1353mm 轮缘厚度：32mm〔单侧〕,64mm〔双侧〕 国内轮轨间隙：9=〔1435-1353-64〕/2 〔mm〕 欧洲轮轨间隙：5.5=〔1435-1360-64〕/2 〔mm〕
-20
XP55
城市轨道交通车辆动力学(第六章车辆动力学)
3．重力角刚度C
同样在轮对摇头时，左右轮的接触点前后移动， 其左右横向分力产生了一个绕垂直轴的力矩、 其方向将使轮对继续扩大摇头角。 本质上是轮对重心下移，车辆系统的重力势能 释放，促使轮对继续运动。
由此产生的负力矩与摇头角△φ的比值称重力
角刚度Cg。 它是一个不利车辆蛇行稳定性的因素，但数值 较小。
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(Creep)。
蠕滑产生的条件
轮轨是弹性体 车轮和钢轨之间有一定的正压力 车轮沿钢轨滚动
纵向蠕滑率γ
定义车轮的横向蠕滑率y为小的横向滑动 率，这也是一种蠕滑现象。
定义车轮的纵向蠕滑率γ为
车体的空间振动
二、激起车辆振动的线路原
轨道不平顺的4种类型 (a)高低不平顺； (b) 水平不平顺和轨距不平 顺； (c) 方向不平顺
轨道随机不平顺的表示
——50kg重钢轨的有缝轨道 ……50kg重钢轨的无缝轨道 轨道高低不平顺的功率谱密度函数示例
二、车辆的自激振动
在钢轮与钢轨的接触面或橡胶轮胎与导 向路面之间存在着切向力。 这种切向力称蠕滑力或粘滑力，它随车 轮与路面或轨面的相对位置及运动状态 而发生变化。 在一定条件下，这种切向力会激起车轮 乃至车辆发生剧烈振动，振动的原因是 自激性的。
新车与运用后的车辆的轮轨关系，悬挂 参数有所不同，其性能相应发生变化
因而不仅需要对新车平稳性或其他性能 提出要求，运用一段时期的车辆也必须 达到适当的平稳性指标。
要求在设计中采用的结构参数必须确保 在车辆整个运用期内有稳定而优良的动 力学性能
二、车辆运行安全性及评定
城轨动车组运行时，受到外界或内在因 素产生的各种作用，在最不利因素组合 下可能丧失车辆安全运行的基本条件， 从而造成轮轨分离，车辆脱轨或倾覆的 恶性事故。因而研究运行安全性及其评 定标准很重要。
§4轮轨接触几何关系
§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 oc y y y '+'=' )(21owL owR oc z 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 owlowR owR owl w y y z z arctg '-''-'=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。
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系共96页文档
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关 系
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧
铁道工程-第六章-轨道几何形位
二、机车车辆走行部分的构造
车轮踏面
车
车
轮
轮
内
外
侧
侧
面
面
机车锥型踏面
二、机车车辆走行部分的构造
车轮踏面需要制成一定的斜度,其作用是:
(1)便于轮对通过曲线。车辆在曲线上运行,由于离心力的作用, 轮对偏向外轨。在外轨上滚动的车轮与钢轨接触的部分直径较 大,而沿内轨滚动的车轮与钢轨接触部分直径较小,其大直径的车 轮沿外轨行走的路程长,小直径的车轮沿内轨行走的路程短,正好 与曲线区段线路的外轨长内轨短的情况相适应,便于轮对顺利通 过曲线,减少车轮在钢轨上的滑行。
轨道几何形位的超限是引起机车车辆掉道、爬轨以及倾 覆的直接因素。
轨道的几何形位因素直接影响机车车辆的横向及竖向加 速度,并产生相应的惯性力。在高速铁路和快速铁路中,随着 运行速度的提高,影响特别显著。
二、机车车辆走行部分的构造
2.1 机车车辆基础知识简介 2.2 转向架的构造和类型 2.3 轮对 2.4 机车车辆运动形态与类型
• 踏面的测量线:通过踏面上距车轮内侧面一定距离的一点作
一水平线。
• 轮缘高度f:测量线至轮缘顶点的距离。 • 轮缘厚度d:距测量线10mm处量得的厚度。
二、机车车辆走行部分的构造
轮缘高度 轮缘厚度 测量线 车轮名义直径
34 28
70
二、机车车辆走行部分的构造
轮背内侧距离T:轮对上左右两车轮内侧面之间的距离。
轮对宽度q :轮背内侧距离加上两个轮缘厚度（2d）称
为轮对宽度:
q=T+2d
二、机车车辆走行部分的构造
轮对宽度必须与轨距相配合。为使机车车辆安全通过轨 道,所有轮对都应有标准的宽度,只容许很少的制造公差。
§4轮轨接触几何关系
§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。
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y [mm]
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z [m m]
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z [m m]
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S1002 -10
SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h
SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h
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XP55
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y [mm]
5. 车轮踏面设置要求
➢ 对脱轨安全性要高； ➢ 对中性能强； ➢ 运行稳定性要好（不发生蛇行运动）； ➢ 曲线通过性能要好（曲线通过时产生的横向力
采用凹形车轮踏面，不仅可以减缓磨耗，延长使 用寿命，而且有利于车辆曲线通过，并使轮缘力 有所降低。
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磨耗型踏面（LM）
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磨耗型踏面（LMA）
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4. 车轮参数定义
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➢ 轮对内侧距 ➢ 滚动圆半径 ➢ 轮缘 ➢ 轮缘厚度 ➢ 轮缘角度 ➢ 轮缘高度 ➢ 踏面 ➢ 等效踏面锥度 ➢ 回转半径差 ➢ 接触角度差
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系
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1
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
轮对结构认识 轮轨接触状态认识 轮轨接触几何关系求解 道岔区轮轨接触几何关系
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2
第一节 轮对结构
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3
1 轮对设计要求
应该有足够的强度，以保证在容许的最高速 度和最大载荷下安全运行（减轻轮对重量）；
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Sh
qR
28.1
9.8
27.9 10.7
28.0 10.8
29.0 11.0
磨耗型踏面（XP55）
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车轮外形吻合
• 中国标准 ;
• 中国轨道的典型磨耗型外形SYSZ40-00-00-00 (160 kph) ；
Comparison between Wheel profiles
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3. 踏面类型
➢ 圆筒踏面（踏面为没有锥度的平坦圆筒、日 本轨检车上，有利于轨道高低变形的测定）
➢ 圆锥踏面（踏面带有一定的锥度） ➢ 圆弧踏面（磨耗型踏面，踏面带有圆弧）
❖ 为了使无论哪种踏面形状均能够防止 车轮脱轨， 因而车轮都设有轮缘。
❖ 踏面锥度是使轮对具有复原功能和转向功能的 根本原因，也是引起蛇行运动的根源。
① 轮缘：轮缘是保持车辆沿钢轨运行，防止车轮 脱轨的重要部分。
② 滚动圆直径：车轮直径大小，对车辆的影响各 有利弊：轮径小可以降低车辆重心，增大车体 容积，减小车辆簧下质量，缩小转向架固定轴 距，对于地铁车辆还可以减小建筑限界，降低 工程成本；但是，小直径车轮可使车轮阻力增 加，轮轨接触应力增大，踏面磨耗较快，通过 轨道凹陷和接缝处对车辆振动的影响增大。轮 径大的优缺点则与之相反。
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车轮踏面外型
车轮踏面几何形 状是影响行车安 全和运行平稳性 的重要因素。
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锥形踏面 (TB)
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磨耗型踏面形成
锥形车轮踏面和钢轨头部的接触面积很小，接触 应力很高，因此在车轮运用初期，局部位置的磨 耗很快，使踏面不久即呈现凹陷。
当磨耗范围逐渐遍及整个踏面并与轨头的轮廓外 形相吻合后，接触应力就明显减小，表面又经过 ‘冷硬’处理，以后的磨耗减慢，踏面外形也相 对稳定。此时的踏面形状接近于磨耗型踏面。
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0
-5
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S1002
SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h
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SYSZ40-00-00-02en Wheel profiles
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XP55
S1002 - SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55
S1002 - SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55
• S1002欧洲标准外形；
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• XP55 TGV 韩国外形
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6
（3） 轮对内侧距
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轮对内侧距
保证轮缘与钢轨之间有一定游（间）隙，可以： ❖ 减少轮缘与钢轨磨耗； ❖ 实现轮对自动对中作用； ❖ 有利于车辆安全通过曲线； ❖ 有利于安全通过辙叉；
轮缘与钢轨之间的游（间）隙太小，可能会造成 轮缘与钢轨的严重磨耗；
轮缘与钢轨之间的游（间）隙太大，会使轮对蛇 行运动的振幅增大，影响车辆运行品质；
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轮轨接触分析
车轮外形的主要参数
车轮外形
SYSZ40-00-00-02A (200 kph) SYSZ40-00-00-00 (160 kph) S1002 XP55
Sd
L3 = 12 mm
L3 = 10 mm
(Standard China)
中国标准
32.6
32
33.2
32
32.5
-
32.6
-
车轮磨耗特性参数 • Sh: 轮缘高 • Sd: 轮缘厚度 • qR: 轮缘形状限度
实际上，现阶段研究结果表明，在抑制车 体蛇行运动和提高稳定性方面，磨耗型踏 面有时也能够取得良好的效果。
应不仅能够适应车辆直线运行，同时又能够 顺利通过曲线和道岔，而且应具备必要的抵 抗脱轨的要求；
应具备阻力小和耐磨性好的优点，这样可以 只需要较小的牵引动力并能够提高使用寿命。
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2 轮对形状尺寸与线路相互关系
轮缘 滚动圆直径 轮缘内侧距 车轮踏面斜度
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2 轮对形状尺寸与线路相互关系
要小）； ➢ 能够顺利通过道岔； ➢ 耐磨性要好，即使产生了磨耗，其形状变化也
要小。
踏面设计目的性问题
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两种踏面接触面积比较
锥型踏面轮轨接触斑
磨耗型踏面轮轨接触斑
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对踏面动力学性能认识差异
一般地，在曲线通过方面采用磨耗型踏面 有利，而在抑制蛇行运动、车体振动方面 锥形踏面有利。
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安全通过辙叉
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顺利通过曲线
r0 + y r0 - y
o
R
y
2b
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轮缘内侧距选取
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轮轨间隙计算
标准轨距：1435mm 轮对内侧距：1353mm 轮缘厚度：32mm（单侧），64mm（双侧） 国内轮轨间隙：9=（1435-1353-64）/2 （mm） 欧洲轮轨间隙：5.5=（1435-1360-64）/2 （mm）