轮轨接触力学
工业用钢轨与列车车轮接触力研究
工业用钢轨与列车车轮接触力研究引言工业用钢轨与列车车轮之间的接触力是铁路运输中的重要研究领域。
准确了解和控制接触力对于确保列车的安全、提高运输效率和降低维护成本具有关键意义。
本文将对工业用钢轨与列车车轮的接触力进行研究，并探讨影响接触力的因素以及现有的解决方案。
一、工业用钢轨与列车车轮接触力概述工业用钢轨与列车车轮的接触力是指沿轨道行驶的列车车轮与钢轨之间所产生的作用力。
在运输过程中，接触力的大小直接影响了列车的牵引力、制动力和转向能力。
准确了解并控制接触力，能够提高列车的安全性、可靠性和运输效率。
二、影响接触力的因素1. 车轮和轮轴的材料与几何形状：车轮和轮轴的材料和几何形状对接触力具有重要影响。
不同材料的车轮会对接触区域的形变和应力分布产生影响，进而改变接触力的大小。
2. 钢轨的几何形状和表面状况：钢轨的几何形状和表面状况也会影响接触力。
轨道的几何形状（包括凹槽、螺旋曲线等）会引起车轮端面的变形，从而影响接触力的分布。
3. 轮轨间的垫片：在车轮与钢轨之间安装垫片能够减小接触力的大小。
垫片的设计和材料选择对接触力的控制起着重要作用。
4. 轨道的弹性和刚度：弹性对接触力的分布和大小有重要影响。
刚度的变化会导致接触力分布的不均匀，从而影响列车的运行性能。
5. 气动力与动力学因素：列车行驶过程中，空气动力学因素和动力学因素也会影响接触力。
例如，列车在高速行驶时会产生空气动力学压力，从而影响接触力的大小。
三、现有解决方案1. 材料和几何形状优化：通过改变车轮和轮轴的材料和几何形状，可以调节接触区域的形变和应力分布，从而控制接触力的大小。
此外，对于钢轨的几何形状和表面状况的优化也能够改善接触力。
2. 垫片设计和选择：合理选择和设计垫片能够减小接触力的大小。
垫片的材料选择应符合弹性和刚度的要求，从而实现对接触力的控制。
3. 轨道维护与管理：定期进行轨道的维护和管理对于保持合适的几何形状和表面状态至关重要。
高铁列车的轮轨关系与动力学性能研究
高铁列车的轮轨关系与动力学性能研究引言高铁列车作为一种现代化的铁路交通工具，其快速、稳定、舒适的特点受到了广泛的认可和青睐。
在高铁列车的运行过程中，轮轨关系和动力学性能是至关重要的研究领域。
轮轨关系包括了轮轨之间的相互作用以及对运行安全和稳定性的影响，而动力学性能则关系到列车的加速度、制动性能等关键参数。
本文将围绕高铁列车的轮轨关系与动力学性能展开深入研究，探讨现有技术水平下的相关问题，并提出改进措施和建议。
一、轮轨关系的基本原理与特点1.轮轨接触力的分布特点轮轨接触力是指轮轨之间的力量作用，直接影响到列车的牵引、制动和转向性能。
在高铁列车运行过程中，轮轨接触力的分布呈现出一定的规律，通常在列车重心附近较大，在两端相对较小。
了解轮轨接触力的分布特点对于提高列车的运行效率和安全性具有重要意义。
2.轮轨几何关系的影响轮轨几何关系是指轨道道岔、弯道等结构对轮轨之间关系的影响。
在高速铁路中，采用超高铁路设计标准，轨道线路平整度高，曲线半径大，有利于减小列车与轨道之间的动态载荷，提高运行平稳性和舒适性。
二、动力学性能分析及影响因素1.牵引性能与动力系统高铁列车的牵引性能直接关系到列车的运行速度和能耗。
目前，高铁列车多采用电力牵引系统，通过电机等设备提供动力，实现列车的高速运行。
优化动力系统结构和控制算法，提高列车的牵引性能，是提升高铁列车整体运行效率的重要手段。
2.制动性能与制动系统高铁列车的制动性能对于列车的安全性至关重要。
在高速运行中，制动系统需要具有快速、灵活的响应能力，能够确保列车在紧急情况下快速停车。
目前，高铁列车多采用电磁制动和气动制动相结合的方式，实现较好的制动效果。
3.转向性能与转向系统高铁列车的转向性能对于列车的运行平稳性和舒适性有着直接的影响。
转向系统需要具有较高的精度和稳定性，确保列车在高速运行过程中能够稳定行驶。
目前，高铁列车通常采用转向架和轮对组成的方式，保证列车的转向性能符合设计要求。
高速列车车轮与轨道接触力研究
高速列车车轮与轨道接触力研究随着科技的不断进步和交通设施的快速发展，高速列车作为现代社会中一种重要的交通工具，越来越多地被应用于人们的生活中。
而高速列车的安全行驶离不开车轮与轨道之间的有效接触力。
本文将就高速列车车轮与轨道接触力的研究进行探讨。
首先，我们需要了解何为车轮与轨道接触力。
简而言之，接触力是指车轮与轨道之间相互作用的力量。
确保能够维持良好接触力对高速列车的安全行驶至关重要。
这不仅关乎列车的平稳性，还涉及到列车的牵引、制动和悬挂系统等方面。
在研究接触力时，科学家首先需要考虑的是车轮和轨道的材料特性。
一般来说，车轮和轨道都由金属材料制成，如钢铁或铸铁。
这些材料通常具有良好的导电性和导热性，同时拥有足够的强度和硬度，以承受列车运行时产生的巨大压力和冲击力。
其次，有关接触力的研究还需要考虑车辆的速度和负载情况。
高速列车的运行速度普遍较快，这就需要车轮和轨道之间的接触力能够承受高速运动时引起的中心离心力和摩擦力。
另外，列车的负载也会影响接触力的大小。
负载过大容易造成车轮与轨道之间的剪切力增大，从而降低接触力。
此外，接触力研究还需要考虑列车的行驶轨迹以及轨道的几何结构。
车轮与轨道之间的接触力与列车的行驶轨迹有密切关系。
例如，当列车行驶在弯道上时，车轮与轨道接触力的变化会影响列车的稳定性和行驶速度。
而轨道的几何结构，如轨道的质量、曲率和轮轨间距等，也会直接影响接触力的大小和分布。
为了保证高速列车的运行安全和舒适性，研究人员通过模拟实验和计算分析等方法来研究车轮与轨道接触力。
他们使用先进的传感器和测量设备来获取和记录实际运行中的数据，然后利用数学模型和计算机仿真来分析和预测接触力的变化规律。
通过这些研究，他们可以进一步优化车辆和轨道的设计，以提高列车的安全性和运行效率。
尽管对车轮与轨道接触力的研究已经取得了显著的进展，但仍然面临一些挑战。
例如，高速列车在长时间高速行驶中会产生较高的车轮磨损，这可能导致接触力减小甚至失效。
高速列车运行的轮轨力学与磨损分析
高速列车运行的轮轨力学与磨损分析随着科技的不断发展，高速列车已经成为现代交通运输的主要选择之一。
高速列车的快速行驶离不开良好的轮轨力学性能和磨损控制。
本文将对高速列车运行的轮轨力学和磨损进行深入分析，以便更好地理解其运行机理和优化性能。
一、轮轨接触力分析高速列车的运行离不开轮轨之间的接触力。
接触力是由于轮子对铁轨的压力产生的，它直接影响着列车的运行稳定性和能耗。
接触力的大小与列车的重量、列车速度、曲线半径、轮轨几何结构等因素密切相关。
通过合理调整这些参数，可以优化接触力分布，减少不必要的能耗，并提高列车的运行效率。
二、轮轨磨损分析随着高速列车的长时间运行，轮轨之间的磨损不可避免。
轮轨磨损会导致铁路线路的不平整以及轮轨几何结构的变化，进而影响列车的安全性和舒适性。
因此，对轮轨的磨损进行分析和控制是非常重要的。
（一）轮轨磨损机理分析轮轨之间的磨损可以归结为两种主要机理：疲劳磨损和磨粒磨损。
疲劳磨损是由于重复受力引起的金属疲劳，而磨粒磨损是由于轮轨接触面的摩擦和磨粒的作用引起的。
（二）轮轨磨损影响因素分析轮轨磨损受多种因素的影响，其中包括轮轨材料的性能、车轮与轨道之间的压力分布、列车的运行速度、弯道半径和列车的车型等。
不同的因素对轮轨磨损的影响程度不同，因此需要综合考虑这些因素，制定合理的轮轨维护和磨损控制策略。
三、轮轨力学分析模型建立为了更好地研究轮轨力学性能和磨损特性，需要建立相应的力学分析模型。
常见的轮轨力学分析模型有弹性模型、弹塑性模型和非线性摩擦模型等。
通过建立适合实际情况的模型，可以预测轮轨之间的接触力分布以及磨损情况，为轮轨维护提供科学依据。
四、轮轨磨损控制策略探讨基于轮轨力学和磨损分析结果，可以制定一系列的轮轨磨损控制策略，以延长轮轨的使用寿命、提高列车的运行效率和保证乘客的出行安全。
例如，定期轮轨维护、优化列车运行参数、采用新型材料等措施都可以有效控制轮轨磨损，并减少对环境的影响。
结论高速列车的运行是一个复杂的机理过程，轮轨力学和磨损是其中重要的因素。
第14周 轮轨接触几何关系与力学原理
步骤②
xc xo2 lx Rw tg w Rw 2 2 2 yc yo2 l l tg l 1 l 1 tg w yw x y w z x 2 1 lx zc zo2
R l l tg 1 l
w 2 x 2 x z
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轮缘 滚动圆直径 轮缘内侧距 车轮踏面斜度
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。 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。
第三节
轮轨接触状态认识
钢轨轨头外形 轮轨接触状态 轮轨接触几何参数
50kg/m钢轨外型尺寸
60kg/m钢轨外型尺寸
UIC54 钢轨外型
UIC60 钢轨外型
10 0
z/mm
-10 -20 -30 -40 -40
R50 R60
-20
0 y/mm
20
40
一点接触 踏面接触
两点接触 踏面接触 轮缘接触
sp 回转蠕滑率：
w1 r1 v
微量弹性变形 微量弹性滑动 蠕滑
蠕滑率
3、蠕滑力：
切平面 弹性滚动体 正压力 接触处 切平面法线方向 切向力
纵向蠕滑力 横向蠕滑力 回旋蠕滑力矩
轮轨接触蠕滑力示意图
介于纯滚动和纯滑动之间 蠕滑率较小时：线性关系 比例系数—蠕滑系数
蠕滑率较大时：非线性关系 极限值—摩擦力
轮轨接触计算范文
轮轨接触计算范文轮轨接触计算是机车车轮与铁轨之间接触力的计算。
轮轨接触力是机车行驶过程中极为重要的参数之一，它直接影响列车的运行安全、运行速度和经济效益。
准确地计算轮轨接触力十分重要，可以在一定程度上提高列车的行驶效率和运输能力。
轮轨接触力通常包括两个主要的分量：切向力和法向力。
切向力是车轮在转弯时发生的，它的作用是提供列车前进的动力。
而法向力则是车轮垂直于地面的力，它主要的作用是提供列车的牵引力和制动力。
轮轨接触力的计算通常涉及机车车轮和铁轨之间的接触应力、接触区域、接触力分布以及滚动阻力等参数。
其中，接触应力是车轮与铁轨接触的最顶点的应力，它会直接影响到列车行驶的平稳性和稳定性。
接触区域则是指车轮和铁轨之间接触的面积，接触力的大小与接触区域的大小成正比。
接触力分布则是指车轮和铁轨之间接触力在接触区域内的分布情况，它对列车的行驶舒适度和稳定性有重要影响。
滚动阻力是车轮在铁轨上滚动所产生的阻力，它对列车的能耗和行驶速度有较大的影响。
轮轨接触计算通常使用有限元分析、解析计算和实验测量等方法。
其中，有限元分析是一种基于连续介质力学原理的数值计算方法，它可以通过对接触区域进行离散化，利用数值计算方法求解接触应力、接触区域和接触力分布等参数。
解析计算则是基于理论公式和经验公式进行轮轨接触力的计算，它通常适用于简化的轨道系统模型。
实验测量则是通过安装传感器或者测量仪器对列车轮轨接触力进行直接测量，获得实际的接触力数值。
轮轨接触力的计算对于机车运行安全和运输效益具有重要意义。
准确计算轮轨接触力可以帮助铁路公司优化列车的运行参数和调整列车的运行策略，提高列车的运输能力和效率。
此外，合理控制轮轨接触力还可以减少列车对铁轨的磨损和损坏，延长铁轨的使用寿命，降低运输成本和维护成本。
总之，轮轨接触计算是机车运行过程中非常重要的一项工作。
准确计算轮轨接触力可以提高列车的运行效率和安全性，对于铁路运输的发展具有重要意义。
轮轨接触力学PPT精选文档
试凑逼近法和迹线法 轮轨接触几何约束条件为：①轮、轨刚体，表面上点不相互嵌入；
②左右轮轨同时接触，不可脱离；③轮、轨上接触点的空间位置相 同；④接触点处，轮、轨具有公切面。
12
3.6.1 试凑逼近法——适用于实测廓形（离散点数据 ）
锥形踏面
LM踏面
侧 滚 角
0.008 (rad.)
0.006 0.004
=0.00 =1.00
0.008 rad
0.006 0.004
=0.00 =1.00
0.002
y (mm)
0.000
G
0 2 4 6 8 10 12
0.002
y (mm)
0.000
G
0 2 4 6 8 10 12
滚 动 圆 半 径
十一 三维弹塑性滚动接触有限元建模简介 十二 轮轨接触载荷与伤损研究简介 十三 快速接触算法开发 十四 接触问题杂谈 十五 轮轨试验台简介
2
1、接触力学与轮轨接触
1) Contact is everywhere.
2) Rolling contact is used in transportation due to low resistance.
接触斑内点： h0+hE=0
8
3.4 一点、多点接触
侧磨
9
3.5 我国轮轨廓形——车轮
CRH2系动车使用LMa车轮廓形； CRH3系动车使用S1002CN(欧洲S1002改进型)； 机车多用JM3。
LMA
S1002CN
JM3
10
3.5 我国轮轨廓形——钢轨
高速列车车轮与轨道的接触力分析与优化
高速列车车轮与轨道的接触力分析与优化随着科技的进步和交通运输的发展，高速列车成为现代社会中不可或缺的交通工具之一。
而高速列车的安全与舒适性在很大程度上取决于车轮与轨道之间的接触力。
因此，对高速列车车轮与轨道的接触力进行分析与优化是至关重要的。
一、高速列车车轮与轨道接触力分析1. 轮轨接触模型高速列车车轮与轨道的接触力可以使用轮轨接触模型来描述。
该模型考虑了轮轨间的压缩变形、弹性回复以及滑移等因素，从而可以计算出接触力的大小和方向。
2. 接触力的组成接触力通常分为垂直力和水平力两个分量。
垂直力是指车轮与轨道的垂直压力，其大小取决于列车的重量和轮轨之间的弹性变形；水平力是指车轮与轨道之间的摩擦力，其大小与列车的行驶速度以及轮轨之间的滑移有关。
3. 影响接触力的因素接触力的大小受到多种因素的影响，包括列车质量、列车速度、轮轨间的几何形状和材料特性等。
合理地分析这些因素对接触力的影响，可以帮助我们优化列车的设计和轨道的维护。
二、高速列车车轮与轨道接触力的优化1. 车轮与轨道的几何形状优化通过优化车轮和轨道的几何形状，可以改变接触力的分布，减小轮轨间的滑移，从而提高列车行驶的平稳性和舒适性。
例如，采用倒角设计可以减小接触力的峰值，降低磨损和噪音。
2. 轮轨材料的选择与处理选择适当的轮轨材料可以改善接触力的性能。
例如，采用高硬度和低摩擦系数的材料可以减少摩擦力，提高列车的能效；对轨道表面进行涂层处理可以降低摩擦系数和磨损。
3. 接触力的在线检测和监测为了有效地进行接触力的优化，我们需要实时地监测列车的运行状况和接触力的变化。
通过安装传感器和监测系统，可以收集列车行驶过程中的数据，帮助我们及时发现问题并采取相应的措施进行调整和优化。
4. 轨道的维护与保养良好的轨道维护和保养可以保持轨道的平整度和轮轨几何形状的一致性，减小接触力的波动和不均匀性。
定期检查轨道的磨损情况，及时修复和更换损坏的轨道部件，对于减少接触力的变化和提高列车运行的稳定性具有重要意义。
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轮轨接触动力学报告
—关于轮轨接触动力学的思考
年级：2013级
专业：载运工具应用工程
姓名：刘新龙
学号：13217021
关于轮轨接触动力学的思考
提高机车运行速度和加大牵引能力是当今世界铁路发展的趋势,而达到这一目的就必须深入轮轨关系的理论研究,改善机车的粘着利用水平。
轮轨关系则是机车车辆、轨道系统中最基本、最复杂的一个问题,是特殊的、典型的三维滚动摩擦接触问题。
接触理论始于1882年, 由H. Hertz发表的经典论文《论弹性固体的接触》。
他提出了椭圆接触面的假设, 把三维接触问题简化为弹性无限半空间问题。
Hertz的研究成果为接触理论奠定了坚实的基础, 但Hertz理论仅局限于无摩擦表面及理想弹性固体, 对于轮轨这样复杂的三维滚动接触问题显然是不能准确求解的。
近几十年来,国内外在轮轨滚动接触问题的理论研究和实验研究方面都取得了很大进展,但随着铁路技术的不断提高,使用解析解法解决轮轨关系问题的局限性也愈加突出。
在高速和重载的要求下,轮轨的波磨问题、疲劳损伤问题变得更加严重,而这些问题的产生都与轮轨间作用力有着直接的关系。
因此,在现有轮轨滚动接触理论的基础上,使用有限元方法以精确模拟轮轨的几何形状及其相互接触关系,将是今后解决轮轨关系问题的主要途径。
不断增长的运输量, 要求铁路必须在保证安全的前提下, 增加货物列车的重量, 提高客运列车的速度和运行品质。
因此, 新型机车车辆的设计、制造和线路的建设与维护, 都迫切需要预知轮轨之间的动力作用特性。
而现在人类已经能够准确地模拟一个飞行体在宇宙空间的运动并进行精确控制, 但却不能精确摸拟铁路轮轨的相互作用。
可见轮——轨关系及车辆——线路相互作用仍然是铁道车辆动力学的中心课题。
机车车辆或者列车与铁道线路是一个整体系统, 在这个系统中, 它们相互关联, 相互作用。
因此在研究机车车辆动力学性能时, 不能简单地视线路为外激干扰。
换言之, 线路也并不存在独立于列车的激扰特性。
引起系统产生振动和其它动力作用的是钢轨和车轮的滚动面上实际存在的不平顺和其它几何技术特性,当然还有列车中车辆与车辆之间, 机车与车辆之间的相互作用。