铁路车轮与钢轨的强度及硬度匹配(2003年).
列车车轮与轨道硬度匹配分析
列车车轮与轨道硬度匹配分析摘要：车轮与钢轨的摩擦是最大的，每年投入的轮轨材料费用都是占有比较高的，因此，如果能够减少轮轨磨损，随之减少维修过程中的人力物力投入，具有重要意义。
本文主要对列车车轮与轨道硬度匹配度进行试验研究。
关键词：列车车轮；硬度；匹配前言材料包括金属及非金属材料均有软材料磨损硬材料的现象，但是对某些材料在一定的硬度范围内，耐磨性和硬度之间呈直线关系。
另外硬度的测试是检验轮轨质量及匹配方便易行的手段。
1、试验材料及方法钢轨试验样品取自轨头。
淬火钢轨样品只是在轨头紧靠踏面处取样,以保证试验样品为原有的淬火组织。
车轮样品取自轮箍。
粗加工之后8400C淬火,以不同温度回火获得不同硬度,再加工成所借样品的尺寸。
试验用耐磨轨,普通轨及轮箍的化学成分列于附表。
试验在M一200型摩擦磨损试验机上进行。
按照轮缘和轨侧间的潜滑率(蠕滑率)在1一8%之间。
故耐磨轨试验样品的潜滑率设计为7.7%,接近于最大值。
轮轨间存在潜滑,相当于车轮有少量空转,即车轮样品线速度高,因而装于试验机下轴。
试验机下轴转速为200转/分,上轴转速为181转/分。
试验时所加负荷为75公斤,计算出最大接触应力为510N/mm2,这个应力相当于11.5吨的静载轴重下,轮轨接触面积为300mm2时的平均接触应力的1.4倍(即最大接触应力)。
但是轮缘和轨侧间最大接触应力远高于轮轨踏面间的接触应力,因此又采取减薄试验样品的方法来提高接触应力至730N/mm2。
所以在耐磨轨的试验中,试验了两个应力水平(510及730N/mm2),用以表征钢轨踏面和轨侧相对车轮的磨损。
轮缘轨侧磨损的特点之一是,磨屑脱落到道床上,即磨屑不参与磨损过程,故上、下样品均附加刷子连续不断地清除磨屑。
为了模拟列车运行中蛇形运动造成的横向滑动,轮轨样品间有水平轴向往复运动。
10mm 厚样品的横向往复滑动量为0.70mm，5mm厚样品的为0.35mm,每分钟往复211次。
高速铁路车轮与钢轨型面匹配分析
铁路机车车轮研究报告总结
铁路机车车轮研究报告总结
该研究报告主要是针对铁路机车车轮进行的研究，总结以下几点：
1. 车轮材料选择：研究报告提到，目前常用的铁路机车车轮材料主要有钢铁和铸铁两种。
钢铁车轮具有较高的强度和耐久性，适合用于高速铁路和货运列车。
而铸铁车轮则相对较轻，适用于城市轨道交通等低速列车。
2. 车轮磨损机理：研究报告指出，车轮的磨损主要受到轮轨接触力的影响。
长时间的运行和过重的负荷会导致车轮表面的磨损，进而影响列车的运行安全和乘车舒适度。
3. 车轮磨损检测：为了及时发现和修复磨损的车轮，研究报告提出了一些车轮磨损检测方法。
例如，利用声波传感器和激光测距仪等设备，在列车行驶过程中对车轮进行监测和测量，及时发现磨损情况。
4. 车轮磨损修复：研究报告还介绍了一些车轮磨损修复的方法。
例如，通过车轮磨削、钢珠强化等方式，恢复车轮的表面光滑度和强度，延长车轮的使用寿命。
综上所述，该研究报告对铁路机车车轮的材料选择、磨损机理、磨损检测和修复等方面进行了综合研究和总结，有助于提高铁路运输的安全性和效率。
EN_12663：2003铁路应用_铁道车辆车体结构要求(中英文对照版)
Introduction 前言
The structural design of railway vehicle bodies depends on the loads they are subject to and the characteristics of the materials they are manufactured from. Within the scope of this European Standard, it is intended to provide a uniform basis for the structural design of the vehicle body. 铁道车辆车体结构设计取决于其承受的载荷和其使用的材料特性。在本欧洲标准的范围内， 试图提供一个统一的车体结构设计基础。 The loading requirements for the vehicle body structural design and testing are based on proven experience supported by the evaluation of experimental data and published information. The aim of this European Standard is to allow the designer freedom to optimize his design whilst maintaining requisite levels of safety. 车体结构设计和试验的载荷要求是基于试验数据评估支持的已证实的经验和已出版的信息。 本欧洲标准的目的是允许设计者自主的优化其设计，同时保持必须的安全水平。 This European Standard defines no specific arithmetical techniques in order not to affect the developments in analysis methods and permit innovative developments by vehicle designers and operators. Changes due to advances in scientific knowledge and technology will be taken into account at suitable intervals through revisions and/or supplements. 本欧洲标准不定义特殊的计算技术， 以不影响分析方法的发展； 允许车辆设计者和运用者革 新发展。由于科学知识和技术的进步发生的变化将在适当的阶段通过修订和/或补充的方法 加以考虑。
轮轨形面和硬度匹配技术研究
一、
轮轨接触状态的理想目标
•什么是轮轨接触状态的理 想目标？
金属及化学研究所
一、轮轨接触状态的理想目标
1.1 轮轨接触状态
轮轨接触可以按照三个接触区域(如图1-1所示) 来进行讨论：
(1) 轨顶和车轮踏面中心接触区(区域A)； (2) 钢轨轨距角和车轮轮缘根部接触区(区域B)； (3) 钢轨和车轮外侧接触区(区域C)。
金属及化学研究所
一、
轮轨接触状态的理想目标
• 一般，需要通过较小曲线半径铁路的车 轮，需要较大的等效锥度。如我国LM车 轮形面的等效锥度就较大。但从动力学 角度讲，锥度越大，车辆的临界速度越 低。因此，对高速铁路而言，车轮形面 的等效锥度不能太大。
金属及化学研究所
一、
轮轨接触状态的理想目标
• 基于此，我国设计的高速铁路的客车车 轮形面LMA，其等效锥度比LM小，但是由 于LMA锥度变化小，曲线通过性能稍差， 不适合在半径太小的线路上运行。
金
1.3 区域B接触
共形接触
在一定条件下，当轨距角与轮缘磨合到一个共同 形面的时候就会发生共形轮缘接触。显然，在轨 距角部位形成与轮缘共形接触，与其他接触状态 相比，接触应力最低，这种接触状态是轮轨形面 设计所追求的，也是铁路运行所希望出现的。
金属及化学研究所
一、
轮轨接触状态的理想目标
1.3 区域B接触
当轮轨在区域B接触(钢轨轨距角和车轮轮缘根 部接触区)时，有三种形式：即两点接触、一点 接触和共形接触，如图1-2所示。
两点接触
单点接触
共形接触
图1-2 区域B接触时的三种形式
金属及化学研究所
一、
轮轨接触状态的理想目标
1.3 区域B接触
高铁动车组的钢轨与轮对磨损分析
高铁动车组的钢轨与轮对磨损分析摘要：高铁动车组作为现代快速铁路交通的重要组成部分，其安全和运行效率对于乘客和铁路运输系统的发展至关重要。
钢轨和轮对是高铁动车组的关键部件，它们之间的磨损可能会影响列车的性能和安全。
本文针对高铁动车组的钢轨与轮对磨损进行了详细分析，通过分析磨损机制、影响因素以及磨损检测和防护措施，为高铁动车组的运营和维护提供了参考和指导。
1. 引言高铁动车组以其高速、高效和高安全性而受到广大乘客的青睐，然而，长期高强度的运行对其关键部件产生了一定的磨损。
其中，钢轨和轮对作为承载车辆负荷的重要组成部分，其磨损对列车的安全和运行效率具有重要影响。
2. 钢轨与轮对的磨损机制钢轨与轮对的磨损主要包括疲劳磨损、磨粒磨损和热磨损。
疲劳磨损是由于钢轨和轮对长时间高频次的应力循环作用下引起的，它会导致材料的塑性变形和表面裂纹的产生。
磨粒磨损是由于沿轨道行驶的车辆和轨道之间的颗粒物摩擦产生的，这些颗粒物会附着在轮对和钢轨的表面，进一步加剧磨损。
热磨损主要发生在高速运动下的摩擦接触面，由于摩擦而产生的高温会导致表面材料的热疲劳和变形。
3. 影响因素分析磨损过程的发展受到多个因素的综合影响。
首先，列车的运行速度、负荷和频次会直接影响磨损的程度。
高速运行和超载会加剧磨损的情况。
此外，轨道的几何形状和表面质量也会对磨损产生重要影响。
一方面，轨道的几何形状应符合设计标准，避免出现异常磨损。
另一方面，轨道表面质量的差异会导致不均匀的磨损。
此外，气候条件和环境因素也会对磨损产生一定的影响，如高温、湿度和污染物等。
4. 磨损检测与评估磨损的检测和评估是高铁动车组运营和维护的关键环节。
传统的磨损检测方法主要依赖人工巡检和测量，存在效率低下和准确性难以保证的问题。
近年来，随着传感器技术和无损检测技术的发展，磨损检测得到了极大的改善。
例如，声发射技术可以监测车轮与钢轨之间的摩擦声音，通过分析声音特征可以判断磨损程度。
此外，图像处理和机器学习等技术也可以用于磨损检测和评估。
高速铁路轮轨硬度匹配试验研究
高速铁路轮轨硬度匹配试验研究张银花;周韶博;周清跃;刘丰收;李闯;张关震【摘要】针对我国高速铁路出现车轮磨耗相对较大的问题,对国内外高速铁路轮轨硬度匹配关系的研究及应用现状进行分析,并在实验室进行3种硬度车轮与3种硬度钢轨的对磨试验,对比分析硬度不同的车轮与钢轨对磨时的轮轨磨损、变形和接触疲劳伤损等.结果表明:适当提高车轮的硬度即提高轮轨硬度比以减轻车轮磨耗较大的问题已成为国际上通行的做法;9组轮轨磨损试验中,轮轨硬度比为0.95∶1～1.15∶1时轮轨总磨耗量较小,轮轨硬度比大于1∶1时,轮轨变形和表面接触疲劳伤损较轻,轮轨硬度比为1.15∶1时轮轨总磨耗量最小,且接触疲劳伤损也最轻;随着车轮硬度的提高,不但车轮的磨耗减小,而且其抗变形能力也显著增加.建议动车组车轮与U71MnG钢轨的硬度比控制在1∶1以上,以解决我国高速铁路车轮磨耗较大的问题.%The wheel wear volume is relatively high in China's high-speed railway.To solve this problem,the research and application status of wheel-rail hardness matching relationship of high speed railway at home and abroad was analyzed.Rolling-sliding friction tests of three kinds of wheel samples with different hardness over U74,U71MnG and U75VG rail samples were also done in laboratory.The wheel wear,deformation and contact fatigue damage behavior of wheel/rail samples with various hardness ratios were compared and analyzed.Results show that the appropriate improvement of wheel hardness,that is,the improvement of wheel-to-rail hardness ratio has become an international practice to alleviate the problem of larger wheel wear.In the 9 groups of wheel/rail wear tests,when the wheel-to-rail hardness ratio is in the range of 0.95 ∶1～1.15 ∶ 1,the total wear of wheel/rail is relatively low.When thewheel/rail hardness ratio is greater than 1 ∶ 1,the wheel/rail deformation and surface contact fatigue damage are lighter.When the wheel/rail hardness ratio is 1.15 ∶ 1,the total wear amount of wheel-rail is the smallest,and the contact fatigue damage is also the lightest.With the increase of wheel hardness,not only the wheel wear is reduced,but also its resistance to deformation is significantly increased.It is suggested that the hardness ratio of EMU wheel and U71MnG rail should be controlled over 1 ∶ 1 to solve the problem of larger wheel wear of high speed railway in China.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】7页(P1-7)【关键词】高速铁路;轮轨关系;磨耗;车轮;钢轨;硬度匹配【作者】张银花;周韶博;周清跃;刘丰收;李闯;张关震【作者单位】中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京 100081;中国铁道科学研究院金属及化学研究所,北京100081【正文语种】中文【中图分类】U211.5;U213.42作为我国运营时间最长的高速铁路，京津城际铁路开通运营已8年多。
BS EN 13260：2003 中文版 铁路应用-轮对和转向架轮对-生产要求
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ww 本出版物发行后的修改发布情况
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日期
内容
©BSI 2003 年 6 月 26 日
ISBN 0 580 42152 X
欧洲标准 NORME EUROPÉENNE EURPÄISCHE NORM
除版权法允许情况之外，未经英国标准允许不得复制。
BSi
英国标准
特许复制：王宾，ISO/中国标准资料交流中心，2003 年 11 月 17 日，复制不受限制，（C）BSI
BS EN 13260:2003
国家标准前言
本英国标准是 EN 13260:2300 正式的英文版。
受铁道车辆材料 RAE/3 技术委员会的委托，轮对和车轮分委员会 RAE/3-1 负责起草该标准。联合国参加了该分委会的起草工作。其代 表负有以下责任：
英国标准
BS EN 13260:2003
特许复制：王宾，ISO/中国标准资料交流中心，2003 年 11 月 17 日，复制不受限制，（C）BSI
铁路应用—— 轮对和转向架轮对—— 生产要求
本 EN 13260:2003 欧洲标准已获得英国国家
标准地位
www ICS 45.040
2 标准性参考资料···························································································································6
3 生产定义·······································································································································6 3.1 部件的组装································································································································6 3.1.1 概述·········································································································································6 3.1.2 车轴轮座和车轮轮毂孔 ·········································································································6 3.1.3 压装图·····································································································································7
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◇丁韦黄辰奎高文会陈辉
摘要：研究表明，铁路车轮的硬度低于钢轨时，
车轮与钢轨的打滑现象就套增加，车轮就容易产生擦
伤、剥离等缺陷。
车轮与钢轨的硬度匹配要求为ｌ２：ｌ
至１．４：１。
我国目前ＰＤ３或ＢＮｂＲｅ钢轨的硬度为３００ＨＢ
左右，因此车轮轮辋表面的实际硬度也应相应提高。
关键词：铁路车轮钢轨强度硬度匹配
１车轮与钢轨母材性能ｕ厶ｂ
目前我国铁路用辗钢车轮的化学成分和力学性能的
标准要求及实测结果，见表１和表２。
在车轮的化学成分中，碳含量为：ｏ．５５％一Ｏ．６５％，另外还有一定的Ｍｎ（锰）和ｓｉ（硅）。
车轮的抗拉强度要求≥９１０ＭＰａ，延伸率要求≥１０％，硬度为２６５ＨＢ～３２０ＨＢ，常温ｕ型冲击功≥１６Ｊ。
车轮钢的金属显微组织为珠光体＋少量铁素体（Ｐ＋少量Ｆ）。
钢轨的金属显微组织与车轮基本相同，也是Ｐ＋少量Ｆ。
但铁素体量比车轮要更少～些。
车轮标准中没有屈服强度指标。
从车轮实际测量结果看：抗拉强度为１００２ＭＰａ，与钢轨强度相当，屈服强度为６１５ＭＰａ，比ｕ７１Ｍｎ钢轨（未淬火）要高１００ＭＰａ左右。
与钢轨匹配较为理想，但比ＰＤ，钢轨（未淬火）略低，见表３。
表面布氏硬度为２８３ＨＢ（ｓ１０／３０００），接近标准允许值的下限。
这一结果，高于ｕ７ｌＭｎ钢轨（未淬火），低于Ｐｎ钢轨（未淬火）。
因此，目前的车轮硬度与ＰＤ３钢轨的匹配有待进一步合理化。
表１
车轮化学成分（％）标准要求Ｏ５５～Ｏ６５Ｏ１７一Ｏ３７０５０—０．８０≤００３５≤００４０
实际测量Ｏ６１０．３１０６８Ｏ０１４＜０瞄表２车轮力学性能
巧诹盛丽瓣蒡喜醺黼Ｒ。
／ＭＰａＲＤ０２／ＭＰａＡ／％３０００３０００……标准≥９１０≥１０２６５～３２０２７０—３４ｌ≥１６实际９８５１８２７５３０
型量！Ｑ２Ｑ§！ｊ！Ｚ２２±２坠２§表３钢轨母材试验结果如ｋｇ／ｍ标准≥８８２≥４９０≥８／≥２６０尘！坐塞澍＿！塑！堕ｌ！：ｉ！！！！堡
６０ｋｇ／ｍ标准≥９８０／≥８４一１０４≥２８０曼壁塑塑查壁堂篁堡
车轮硬度小于钢轨钢轨钢轨时，车轮接触钢轨车轮磋度大于钢车轮硬度小于锢时．钢轨表面的变轨，不易打滑轨，易打滑形小，而车轮的变图１车轮与钢轨接触方式形大，车轮接触面对打滑影响被压平，见图１右。
在这种情况下车轮与钢轨接触面接近平面，车轮与钢轨只能靠表面的粗糙程度来防止打滑，因此，轮一轨容易打滑。
俄罗斯在上个世纪８０年代曾经出现过车轮报废激增的现象。
产生这一现象的主要原因是由于在上个世纪８０年代的中期，俄罗斯大量使用强度级别较高的Ｐ６５重型钢轨，其中７６％一８０％为全长淬火轨。
这些钢轨的硬度比原来提高了２０％，甚至更多，实际测量结果为３１７ＨＢ。
这样钢轨的硬度超过了车轮，使轮轨之间的粘着性下降，出现轮一轨打滑现象。
从我国钢轨使用情况看，目前较为常用的钢轨为
ｕ７ｌＭｎ，硬度≥２６０ＨＢ，实际值在２７０ＨＢ左右，比车
轮的硬度略低。
但随着我国铁路提速、重载线路的发展，钢轨的强度级别不断提高。
上个世纪９０年代以
后。
大量推广使用强度级别较高的ＰＤ，和ＢＮｂＲＥ（抗拉
强度级别为９８０ＭＰａ）钢轨。
据１９９７年的报道，路网
主要干线以及高速铁路，将使用抗拉强度在９００Ｍｎ～
１１００ＭＰａ的高强度钢轨。
从２００３年开始，铁道部运输局已停止采购强度级别较低的ｕ７４钢轨，预计在今后的几年，ＰＤ，和ＢＮｂＲＥ钢轨的使用将会进一步增
加。
ＰＤ，和ＢＮｂＲＥ的硬度在２８０ＨＢ以上，实际测量结
果硬度在３００ＨＢ左右，耐磨性明显优于ｕ７４和ｕ７１Ｍｎ
钢轨。
在这种情况下，车轮的硬度已经低于钢轨．与使
用ｕ７４和ｕ７１Ｍｎ相比较，容易出现打滑现象。
而随着Ｐｎ和ＢＮｂＲＥ钢轨的进一步普及，目前车轮一钢轨的硬度匹配很难达到最佳，车轮的打滑现象也会进一步增
■囫田目匣，ＭＡＴＥＲｔ＾ＬｓＥＮＧ｜ＮＥＥＲ｜ｗＧ，
加。
由丁打滑，造成车轮的表面擦伤和剥离量增加，报废量也随之增加。
上海系车辆段对１９９６年４月～１９９９年１２月的统计表明，货车轮对的主要故障是踏面的擦伤剥离，达到段修总数的５３７４％～６５９７％，并呈上升趋势，另外，车轮强度低于钢轨，会使车轮轮缘过早磨耗到限。
关于打滑造成擦伤和剥离的原因，有报道认为车轮在打滑的过程中，车轮与钢轨的摩擦产生大量热量，使车轮表面局部瞬时产生高温，温度超过相变点（奥氏体转变点），然后迅速冷却，使这部分金属由于发生马氏体转变而脆化，在随后的接触应力作用下，脆性的表面出现剥离。
由此可见，随着钢轨强度的不断增加，车轮的强度也应不断增加。
通过实验发现，当钢轨硬度达到３５０ＨＢ时，车轮硬度从２８０｝ｌＢ提高到３５０ＨＢ～３７０ＨＢ，则车轮的磨耗可以减少１７％以上，而钢轨的磨耗几乎不变。
根据俄国的研究及实验，车轮与钢轨的最佳硬度比例为１．２：１至１４：１。
就目
前我国现状，对于车轮以及车轮焊补来说，要保证焊补后仍然有良好的轮轨匹配，硬度不应低于钢轨表面硬度，即不低于３００ＨＢ，这样才相对合理。
值得提出的是，一些研究认为车轮和钢轨之间的打滑与各自的抗拉强度关系密切，我ｎ１认为更直接的影响应为屈服强度，因为材料的局部塑性变形形态经图１左、右比较是导致打滑产生的根本原因。
当然，抗拉强度在一定程度上也可以反映耐磨性的高低，但敏感程度比屈服强度要低得多。
对于车轮和钢轨这样的高强度钢，屈服强度往往无法测量，一般采用“规定非比例伸
长应力”代替屈服强度，由此，使这一指标的应用受到了较大限制。
３对策随着铁路的不断发展，钢轨的硬度正在不断提高，
为此必须提高车轮硬度。
目前的车轮轮辋表面硬度标准
要求是２７０ＨＢ一３４ｌＨＢ，但由于实际测量值只有２８０ＨＢ左右，接近下限。
考虑到目前ＰＤ３和ＢＮｂＲｅ钢轨的硬度为３００ＨＢ左右，因此建议将车轮标准的最低硬度要求提高到３００ＨＢ以上。
目前，车轮因擦伤、剥离而报废的情况日益增加，因此应当加强该方面的研究工作，进一步加强对车轮擦
伤、剥离机理的研究，制定减少车轮擦伤、剥离的相关措施，减少车轮的伤损。
进一步加强车轮轮辋及轮缘修复方法的研究，如旋修或焊修，特别是焊修，过去我国在该方面的研究工作深度和广度都与国际水平有较大差距。
通过有效的维修，可在最大范围内修复已产生缺陷的车轮。
参考文献：
ｌＴＢ／Ｔ２８１７一１９９７铁道车辆用辗钢整体车轮定货技术条件２ＴＢ／Ｔ２３４４一１９９３
４５—７５ｋ／ｍ钢轨供货技术条件
３ＭⅡⅡＡⅢｏ朐Ｋ．提高铁路轮对耐磨性的可能途径国外内燃机
车．１９９８．２
４王树青铁路钢轨全长淬火技术的现状及发展铁科院金化所２００２年学术括动周论文集，２００２，１２
５丁韦．高强耐磨钢轨顶表面缺陷的修复中国表面工程，１９９９，ｌ６周清跃钢轨的材质与性能２００３年全路钢轨技术与质量研讨会资料，２００３
７卢祖文加快优质高强度钢轨研制适应提速重载运输需要铁遭物资科学管理，１９９７，４
８郑威生关于车轮擦伤剥离的若干问题与对策．铁道车辆，２００ｌ，
２
９龚积球对机车车轮运用中几个问题的分析及对策内燃机车，１９９６．６
ｌｏＨｎｎＡⅢｏ肿Ｋ车轮硬度的提高国外铁道车辆，２００ｌ，３８（３）收稿日期：２００３－０９－１７
作者单位：丁韦，黄辰奎，高文会，陈辉，铁道科学研究院金属厦化学研究所。
０曼坠挪年第６期总ｉ２７期第２ｌ卷。