铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系

八十年代初期 ： 研究由分段圆弧组成的磨耗型踏面和磨耗型钢轨相互接 触时的几何参数以及各种因素对它们的影响 八十年代中后期： 研究了任意形状的轮轨空间几何约束关系，并提出了一 个具有足够精度、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。
9
轮缘内侧距选取
10
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）
11
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。
12
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。
8
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；
4
轮对的类型和名称，应根据车轴类型和车轮类型确定。
5
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）； 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。
19
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；
20
21
6
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
7
轮对形状尺寸与线路相互关系
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。
13
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。
磨耗型踏面轮轨接触斑
17
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。
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。
18
性能认识差异
• 在车轮横移时，磨耗型踏面车轮的接触角差、 滚动半径差要比锥形踏面车轮的变化大，这使 输入车体的能量减少，车体振动激烈程度降低。 • 在适当运行速度下，与采用锥形踏面的车轮相 比，采用磨耗型踏面的车轮，其转向架蛇行运 动波长短、频率高，而且远离了车体的固有振 动频率。
轮轴检修
铁道车辆1431 杨佳莉
铁道车辆使用的车轴，绝大多数为圆截面实心车轴。
车轴各部分名称及作用
2
车轴
车轴的种类、使用范围、材质及要求
货车用车轴有 RB2.RD2.RD2Y.RE2.RE2A.RE2B型等 25型客车常用车轴有 RD3.RD4.RD3A.RD3A1型等
3
轮轨接触关系发展过程

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பைடு நூலகம்过，并使轮缘力 有所降低。
14
磨耗型踏面（LM）
15
车轮踏面设置要求
防止车轮脱轨 通过曲线时能减少滑行 能顺利通过道岔 直线运行时复原性能好
使踏面磨耗比较均匀
踏面设计目的性问题
16
两种踏面接触面积比较
锥型踏面轮轨接触斑