列车轮轨接触几何参数
铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系 1
铝合金
质量轻，耐腐蚀，但强度较低。
其他合金材料
如镍合金、钛合金等，具有特殊 性能，但成本较高。
02
轮轨接触几何关系
轮轨接触几何模型
点接触模型
假设轮轨接触点处的曲率中心与接触点重合，适用于 小变形和弹性接触。
面接触模型
考虑轮轨接触面的形状和曲率变化，适用于大变形和 塑性接触。
混合接触模型
结合点接触和面接触的特点，考虑轮轨接触的复杂性 和非线性特性。
垂直反力
车轮垂直于轨道方向产生的力，与轨道承受的重 量和轮轨接触点的分布有关。
轮对与轨道的相互作用模型
弹性接触模型
将轮轨接触视为弹性接触，通过 弹性力学理论描述轮轨接触点的 应力分布和变形。
有限元模型
利用有限元方法模拟轮轨接触和 应力分布，考虑了材料的非线性 特性和复杂的边界条件。
轮对与轨道的相互作用的影响因素
铁道车辆轮对结构与 轮轨接触几何关系
目录
• 轮对结构 • 轮轨接触几何关系 • 轮对与轨道的相互作用 • 轮轨接触的磨损与损伤 • 轮对与轨道的设计优化
01
轮对结构
轮对的组成
01
02
03
车轮
包括轮缘、踏面和轮毂， 是直接与轨道接触的部分， 承受车辆重量和传递制动 力。
车轴
连接车轮的轴，通过轴承 支撑车轮转动，传递牵引 力和制动力。
通过建立动力学模型，模拟列车运行过程 中轮对与轨道的动态响应，预测和解决潜 在的振动和稳定性问题。
实验设计法
优化算法
通过实验手段获取轮对与轨道在实际运行 中的性能数据，为设计提供依据和验证。
利用数学优化算法，如遗传算法、粒子群 算法等，对轮对与轨道的结构参数进行优 化，实现轻量化和性能提升。
新型轻轨列车轮轨接触的数值分析
新型轻轨列车轮轨接触的数值分析饶瑞;邹锦华;池春【摘要】对于采用钢套橡胶轮的新型轻轨列车,其轮轨之间的力学行为有别于钢轮-钢轨、汽车轮胎-地面的力学行为.运用Ansys有限元程序,采用柔-刚面接触单元,模拟新型车轮与刚性钢轨之间的接触问题,分析轮缘橡胶的变形规律,建立橡胶变形与作用荷载之间的函数关系.引入等效刚度系数,将轮缘橡胶等效为三向弹簧,简化新型轻轨列车系统的力学模型.%The mechanical behavior of wheel-tract system in the new light train with rubber felloe is different to that with steel wheels. Also, it is not the same with the mechanical behavior of wheel-ground system of vehicle. Numerical analysis has been conducted to study the mechanical behavior of the new wheel-tract system based on a parameterized rigid-flexible wheel-rail contact model. Deformations of three dimensions of the wheel have been obtained. An equivalent stiffness is introduced to reflect the relationship between the rubber deformation and load. Through this equivalent stiffness, the mechanical model of wheel-tract system in the new light train with rubber wheels can is simplified by treated the rubber wheel as a tri-axial spring.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)023【总页数】4页(P5723-5726)【关键词】钢套橡胶轮;轨道;接触【作者】饶瑞;邹锦华;池春【作者单位】广州大学—淡江大学工程结构灾害与控制联合研究中心,广州510006;广东工业大学土木与交通工程学院,广州510006;广州市市政工程设计研究院,广州510060【正文语种】中文【中图分类】U213.4交通拥挤正迅速成为制约我国城市发展的重要问题之一。
柔性轮对的轮轨接触参数分析
根据 轮轨接触几何约束关系 ， 用解 析方法 推导 了柔 性轮对 与
钢轨 接触几何 的约束 方程 组 ， 对该 约束 方程 组进 行求 解 ， 得
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：ｅ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｓ ｅ ｔ ；ｗｈ ｅ ｅ ｌ — ｒ ａ ｉ ｌ ｃ ｏ ｎ ａｃ ｔ ｔ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ； Ｔｉ ｍｏ ｓ ｈ ｅ ｎ ｋ ｏ ｂ ｅ ａ ｍ Ｇｒ ｅ ｅ ｎ ’ Ｓ Ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
中 图分 类 号 ： Ｕ２ ７ １ ． ９ １
在 对铁 路 车 辆 动 力学 性 能 进 行仿 真 时 ， 常常 假 设轮 对 和钢轨 是 刚体 ， 然 而 这 只适 用 于 频 率小 于 ２ Ｏ
Ｈｚ 的情 况 ． 轮 对 的弹性 变形 会 导致 车轮 踏 面 外形 和 何 参 数 及 接触 点 位 置 产 生一 定 的 影 响． 尽 管 与整 个
目前 主要 有 ３种 建 模 方 法 用 于 轮 对 结 构 柔 性 的 建 模： 集 中质 量 块 法 ［ 、 连 续 法［ ］ 和 有 限 元 法［ 引． 文献
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ １ ｆ ｌ ｅ ｘ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｓ ｅ ｔ ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ
摘要 ： 只考虑轮对弯 曲振动下 的结构柔 性 ， 建立 了把车轴 考
虑成铁木 辛科 梁的柔性轮对简化模 型 ， 用格 林 函数 求解其 在 稳态谐波 力作用下 的运动 方程 ， 从 而求 出车 轮倾 斜角 位移．
ｅ ｘ ｃ ｅ ｅ ｄ ｓ ５ ｍｍ ， ｔ ｈ ｅ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ・ ｒ ａ ｉ ｌ ｃ ｏ ｎ ａｃ ｔ ｔ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｎ ｔ ｌ ｙ ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｓ ｅ ｔ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｆ ｌ ｅ ｘ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ￣ ｔ ｅ ｈ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅｎ ｂ ｅ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ ｔ ｏ ｗｈ ｅ ｅ ｌ － ｒ ａ ｉ ｌ ｃ ｏ ｎ ａｃ ｔ ｔ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
几类轮轨接触几何关系的研究
几类轮轨接触几何关系的研究作者：张全付凯兵李婉清来源：《科技资讯》2021年第26期摘要：高速鐵路的发展带来了新的挑战，轮轨的磨耗增加，不仅增加维修成本，而且也影响了列车的安全性。
因此，对轮轨几何关系的研究尤为重要。
影响高速列车轮轨几何关系的因素很多。
该文以中国铁路的LMA踏面、日本新干线JR-ARC踏面和欧洲标准S1002踏面以及钢轨断面为例，对踏面曲线函数进行研究，比较3种轮轨关系的几何参数差异，分析踏面曲线。
关键词：高速铁路车辆动力学轮轨接触几何关系车轮踏面中图分类号：U211.5 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）09（b）-0025-03Study on Several Kinds of Wheel Rail Contact Geometric RelationsZHANG Quan FU Kaibing LI Wanqing（Changchun Normal University， Changchun， Jilin Province， 130000 China）Abstract： The development of high-speed railway has brought us new challenges. The increase of wheel rail wear not only increases the maintenance cost， but also affects the safety of the train. Therefore， it is particularly important to study the wheel rail geometric relationship. There are many factors affecting the wheel rail geometric relationship of high-speed train. Taking LMA tread of China railway， JR-ARC tread of Shinkansen in Japan， S1002 tread of European standard and rail section as examples， this paper studies the tread curve function， compares the geometric parameter differences of three wheel rail relationships， and analyzes the tread curve.Key Words： High speed railway; Vehicle dynamics; Wheel rail contact geometry; Wheel tread高速铁路的发展给人们的生活带来了便利，缩短了城市之间的距离，但也带来了很多复杂问题。
轮轨型面及系统参数对轮轨空间接触几何关系的影响
钢 轨 配 备 使 用 时 的 接 触 几 何 状 态 ， 论 了轮 对 摇 头 、 底坡 、 距 、 顶 面 高 差 及 钢轨 翻 转 耐 接 触 几 何 参敷 的 响 。鳍 果 讨 轨 轨 轨 表明 ， 同类型踏面与钢轨之间的接触几何状态存在较大差异且上述诸群响因素必项在接触几何关未中予以考虑。 不
触点在踏面与钢轨 上变 化范围较 小， 尤其轨头 上左 右 侧接触点几乎集 中于一点， 因此 造成车轮踏面 与钢轨 轨头 局部 磨耗非 常严重 ； 当轮对 横移量达 到 ９ ７ ． ｍｍ 时． 踏面与轮缘各存在一点与钢轨同时接 触． 即所谓车
我国铁路机车车辆上使 甩的车轮踏面形式有标准
想 来处理轮轨空阊接触几何关 系， 目前 已得到 了较 好 的应用 ］ 。其基本思路是在求轮轨接 触几何 关系时 ，
可以暂时抛 开轨 面的形状 ， 由轮对的 位置 （ 仅 摇头 角
一
系进行 比较研究 。 为了达到 比较 目的 ， 车轮名义直径统 取 为 ９５ １ ｍｍ。 轮对摇头角为 ０， 。轮壕 内侧距 为１３ ３ ５ 接触 点在 ３ 种路面与轨头上随轮对横向移动量 的
转等因素对轮轨接 触几何参数的影响 。
ｌ 不 同类 型车轮踏 面与不同类 型钢轨接 触几
何 关 系 的 比 较
１ １ 同种钢轨与不同类型 车轮踏 面接触几何 关系的 ．
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。
【2021年整理】铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系 (1)
rL=r0- l yw rR=r0+ l yw
rR rL
2 yw
e
rR rL 2 yw
精品课件，可编辑，欢迎下载，
2021最新整理
32
等效斜度
1.2
磨 耗 踏面
0.8
锥形 踏面
l e
0.4
0.00
4
8
12
yw/mm
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16
33
轮对重力刚度
W l - Nl
-20
XP55
S1002 - SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55
-25
30
40
50
60
70
80
90
100
-30
y [mm]
5
z [mm]
0
z [mm]
-5
S1002 -10
2021最新整理
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
S1002 - SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55
(
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) tg(L
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高速列车轮轨接触特性研究
高速列车轮轨接触特性研究随着科技的不断发展，高速列车成为现代交通的重要组成部分。
高速列车的安全性和舒适性是设计和运营的关键考虑因素之一。
而高速列车的轮轨接触特性研究，对于确保列车的平稳运行和减少轨道磨损具有重要意义。
首先，我们来探讨高速列车的轮轨接触特性。
高速列车的轮轨接触是指列车车轮与轨道之间的接触状态。
这种接触是通过轮轨之间的力传递和摩擦力来实现的。
在高速行驶中，列车车轮与轨道之间的接触是一个复杂的物理过程，涉及到多个因素的相互作用。
首先，轮轨接触特性受到列车速度的影响。
高速列车的速度通常超过每小时300公里，这意味着车轮与轨道之间的接触时间非常短暂。
这种高速运行状态下，轮轨接触的动力学特性变得非常重要。
列车车轮与轨道之间的接触力和摩擦力会随着速度的增加而增加，这对于确保列车的稳定性和安全性至关重要。
其次，轮轨接触特性还受到轨道几何形状的影响。
轨道的几何形状包括轨道的曲率和超高等参数。
这些参数会影响列车车轮与轨道之间的接触力分布和摩擦力。
例如，在曲线轨道上，列车车轮与轨道之间的接触力会发生侧向力的偏移，这可能导致列车的侧向力和侧向力矩增加，进而影响列车的稳定性。
此外，轮轨接触特性还受到轮轨材料的影响。
列车车轮和轨道通常是由金属材料制成的，如钢铁。
这些材料的物理性质和磨损特性会影响列车车轮与轨道之间的接触力和摩擦力。
例如，当车轮和轨道表面出现磨损时，接触力和摩擦力可能会减小，这可能导致列车的运行不稳定和轨道的磨损加剧。
最后，轮轨接触特性的研究还涉及到列车运行环境的因素。
列车运行环境包括温度、湿度、气压等因素。
这些因素会影响列车车轮和轨道之间的接触力和摩擦力。
例如，在高温环境下，车轮和轨道的热膨胀系数不同，可能导致接触力和摩擦力的变化，进而影响列车的运行稳定性。
综上所述，高速列车轮轨接触特性的研究对于确保列车的平稳运行和减少轨道磨损具有重要意义。
轮轨接触特性受到列车速度、轨道几何形状、轮轨材料和列车运行环境等多个因素的影响。
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轮轨接触几何参数
轮轨接触几何参数（wheel-rail contact geometry parameters）由轮轨接触几何关系所确定的轮对和钢轨上的一系列几何量。
主要包括下述11种参数。
车轮名义直径由于车轮踏面具有斜度，各处直径是不相同的，根据规定，车辆在离轮缘内侧面70mm处（车辆）或73mm处（机车）测量得到的直径为名义直径，该圆称为滚动圆。
车轮名义直径的大小影响机车车辆的性能。
中国客车标准轮径为915mm，货车标准轮径为840mm，内燃机车标准轮径为1050mm，电力机车标准轮径为1250mm。
车轮滚动接触半径车轮在钢轨上滚动时接触点处的车轮半径（图中的r1和r2）。
由于轮对沿钢轨向前滚动时，会一面相对钢轨横向移动、一面又绕通过其质心的铅垂轴转动，车轮和钢轨的接触点位置是在不断变化的，车轮滚动接触半径也是在不断变化的。
轮轨接触角过轮轨接触点的公切线与车轴中心线的夹角（图中的δ1和δ2）。
在车辆运行过程中它是一个不断变化的量。
车轮踏面曲率半径轮轨接触点处车轮踏面横断面外形的曲率半径（图中的R1和R2）。
对于锥形踏面车轮，车轮踏面曲率半径为无穷大。
轨头截面曲率半径轮轨接触点处轨头横断面外形的曲率半径（图中RT1和RT2）。
轮对侧滚角如果轮对离开轨道中心线位置而相对于轨道横向移动时，由于车轮踏面具有锥度，轮对左右车轮的滚动接触半径具有差别，这样车轴中心线相对于其原来的水平位置会产生一个夹角，此夹角即定义为轮对侧滚角（图中的φW）。
轮对横移量由于车轮踏面有锥度，轮对沿轨道向前运动时总是会伴随轮对相对轨道中心线横向移动，此移动量即为轮对横移量（图中的yw）。
轮对摇头角由于车轮踏面锥度的存在，轮对沿轨道向前运动时除了伴随轮对相对轨道中心线横向移动外，轮对还会绕通过其质心的铅垂轴转动，转动的角度即为轮对摇头角。
轮缘内侧距轮对两轮缘的内侧面间的距离即为轮缘内侧距（图中的b），对于标准轨距，轮缘内侧距为（1 353±2）mm。
轨距两根钢轨头部内侧间与轨道中心线相垂直的水平距离，并规定在轨顶下16mm处测量。
世界上大部分国家均采用1435mm的标准轨距，即准轨。
大于1435mm的称为宽轨，国外有1 676mm、1 524mm的轨距。
小于1 435mm的称为窄轨，如1 067mm、1 000mm等。
轨底坡由于车轮踏面是有一定锥度的，且车轮均是外侧直径小内侧直径大，为了使车轮和钢轨合理配合并具有好的轮轨接触几何关系，轨道要设置轨底坡（一般轨底坡定为1：40），使轨头内倾，以适应车轮踏面的形状。
yw(mm) r1(mm) r2(mm) R1(mm) R2(mm) RT1(mm) RT2(mm) Φw(度)
0 419.70 419.70 ∞∞300.00 300.00 0.0000
表2 LM踏面车轮与60kg钢轨配合时的轮轨接触参数
表1和表2分别是TB踏面车轮与50kg钢轨和LM踏面车轮与60kg钢轨两种标准轮轨的接触几何关系（车轮名义直径840mm，轮缘内侧距1 353mm，轨距1 435mm,轨底坡1：20）。