铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系
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①ຫໍສະໝຸດ Baidu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。
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系
整理ppt
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
整理ppt
2
第一节 轮对结构
整理ppt
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）；
5
0
-5
-10
S1002
SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h
-15
SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h
Comparison between Wheel profiles
-20
XP55
S1002 - SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55
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6
（3） 轮对内侧距
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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；
-25
30
40
50
60
70
80
90
-30
y [mm]
5
100
z [m m]
0
z [m m]
-5
S1002 -10
SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h
SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h
-15
XP55
-20
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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
整理ppt
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。
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8
安全通过辙叉
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9
顺利通过曲线
r0 + y r0 - y
o
R
y
2b
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10
轮缘内侧距选取
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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）
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
整理ppt
23
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
整理ppt
24
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。
整理ppt
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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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) ；
Comparison between Wheel profiles
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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4
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
整理ppt
5
2 轮对形状尺寸与线路相互关系
19
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
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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16
磨耗型踏面（LM）
整理ppt
17
磨耗型踏面（LMA）
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18
4. 车轮参数定义
整理ppt
➢ 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
整理ppt
13
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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14
锥形踏面 (TB)
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15
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。
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。
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；
0
10
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90 100 110 120 130 140
15
10
• XP55 TGV 韩国外形
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。
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系
整理ppt
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
整理ppt
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第一节 轮对结构
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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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S1002
SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h
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SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h
Comparison between 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
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（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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SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h
SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h
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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
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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。
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8
安全通过辙叉
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9
顺利通过曲线
r0 + y r0 - y
o
R
y
2b
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10
轮缘内侧距选取
整理ppt
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）
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
整理ppt
23
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
整理ppt
24
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。
整理ppt
Sh
qR
28.1
9.8
27.9 10.7
28.0 10.8
29.0 11.0
磨耗型踏面（XP55）
整理ppt
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) ；
Comparison between Wheel profiles
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
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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
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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
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
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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。
整理ppt
14
锥形踏面 (TB)
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15
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。
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。
S1002 - SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55
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