日本轮轨关系研究现状综述(上)

　万方数据

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图２新旧车轮的最大压应力比较

（６０ｋ０／ｍ钢轨）

图３钢轨侧磨时的最大压应力

（６０ｋ０／ｍ钢轨）

应力分别约为２４００ＭＰａ和３９００ＭＰａ，远大于屈服应力和实测值，钢轨顶面的最大压缩应力则基本上为ｌ１００ＭＰａ，和横压的大小无关。

②弹塑性分析结果：结果表明在横压为３４ｋＮ和６８ｋＮ时的轨侧最大接触应力分别为约９３０ＭＰａ和１７００ＭＰａ，顶面接触应力和横压大小无关，最大为１２５９ＭＰａ。当卸载以后由于塑陛变形产生的残余应力，在顶部亦和横压无关，约为２００ＭＰａ，与实侧值的１００～２００ＭＰａ相一致；在侧部的残余应力较大，相应于横压３４ｋＮ和６８ｋＮ时分别为３７１ＭＰａ和４０７ＭＰａ。

（２）不同车轮踏面的比较。分析结果表明在新品钢轨和车轮接触的条件下，圆弧踏面优于圆锥踏面，其接触应力及磨耗均较小，圆弧踏面为点接触，其最大接触应力小于２点接触的圆锥踏面，后者的侧主应力又大于顶面应力。按２种车轮形状和３种横压条件计算得到的最大压

缩主应力和最大相当应力（图４），轨

侧应力大于轨道顶面的应力，塑性

变形后的残余应力亦随横压而增大，

其值为１５０～３００ＭＰａ。

（３）新品和磨耗品的比较。新

旧车轮和轨道组合时的轮轨接触应

力大于完全为新品或磨耗品的轮轨

接触应力。在车轮和钢轨之一或双

方均为磨耗断面相组合时，分别考

虑６０ｋｇ／ｍ钢轨２、４，７ｍｍ的磨

耗量和运行１０万ｋｍ后的车轮踏面

（圆锥踏面磨耗２ｍｍ，圆弧踏面磨

耗约０．５ｍｍ），在８５ｋＮ轮重和横

压为３４、６８ｋＮ的条件下进行分析

计算。结果表明，当横压为３４ｋＮ

时，不同车轮踏面，新品和磨耗品

的接触应力差别不大；当横压增

大至６８ｋＮ时，圆锥踏面的接触应

力明显大于圆弧踏面・新品和磨

耗品组合的接触应力也有明显增

加，从而对轮轨磨耗的发展有较

大的影响。

（４）轮重影响。当圆弧踏面作

用时轮轨为点接触，在轮轨小于横

压的条件下，其最大压缩应力、剪切

应力和相当应力变化如图５Ｎ示，由

于轮重减少时接触面下移，有接触

面积减少的影响，因此，应力增大。

（５）摩擦系数ｆ和冲角增大的

影响。当轮重小于横压时，随着摩擦

系数ｆ的增加，接触面有上移的倾

向，因此，接触面积增加，导致最大

压缩应力的减少。

（６）车轮上升量的影响。当车

轮上升时，轮轨接触面下移，使接触

面积减少，接触应力增大

２．１．３考虑车轮表面粗糙的应力分析

（１）分析模型。利用有限元方

法进行弹塑性分析，结果表明粗糙

表面较平滑表面的接触应力有显著

增加。在假设具有粗糙表面的车轮

表层材料厚度为２“ｍ，其硬度为车

轮材料５倍的条件下，对平滑平面和

平均粗糙度为０．４肿的表面进行比

较分析，摩擦系数ｆ按０和０．２两种

情况比较。

（２）分析结果。结果表明相当

应力和剪切应力随车轮表面粗糙度

和摩擦系数的增加而增加，因此，有

必要对车轮表面进行光滑处理以减

轻表面应力或在基层和表层之间设

置能经受大应力的中间层（复合层

化），但同时要考虑表面层和基层之

间的结合性。

２．２脱轨安全性的研究——小半

径曲线低速运行的安全性评价方法

２．２．１研究目的和课题

以２００３年３月东京营团地铁日

图４轮轨接触应力

（新的６０ｋｇ／ｍ钢轨）

图５轴重对轮轨接触应力的影响

坝代壤巾轨一交置４／２００９

ＭＯＯＦ．Ｐ，ＮＵＩ诅ＡＮＴＲＡＮＳｆｆ●日◆　万方数据

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日本轮轨关系研究现状综述(上)

作者：王俊彪， 马大炜， 王成国， Wang Junbiao， Ma Dawei， Wang Chengguo 作者单位：中国铁道科学研究院研发中心,北京,100081

刊名：

现代城市轨道交通

英文刊名：MODERN URBAN TRANSIT

年，卷(期)：2009(4)

本文链接：/Periodical_xdcsgdjt200904003.aspx