30t轴重重载列车轮轨法向接触应力分析

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30 t轴重重载铁路轨道刚度研究

30 t轴重重载铁路轨道刚度研究李子睿;李炜红;司道林;刘海涛;王敏【摘要】重载铁路轨道的刚度由钢轨、支点间距和轨下支承刚度共同决定，合理的轨道刚度对延长轨道结构的使用寿命、减少现场养护维修工作量、提高线路的经济效益有着重要的实际意义。

本文结合大秦线重载铁路扣件弹性垫层的使用情况，探讨了在30 t列车轴重作用下，不同钢轨类型及不同道床支承状态所对应的弹性垫层刚度范围。

分析认为：30 t轴重重载铁路轨道宜使用68 kg/m 钢轨或75 kg/m 钢轨；对于新建重载有砟轨道线路弹性垫层刚度选取范围为120～160kN/mm；对于既有有砟轨道重载改造线路弹性垫层刚度选取范围为100～140 kN/mm；对于刚性道床重载无砟轨道线路弹性垫层刚度选取范围为40～60kN/mm。

【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】3页(P135-137)【关键词】重载铁路;轨道刚度;弹性垫层刚度【作者】李子睿;李炜红;司道林;刘海涛;王敏【作者单位】中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081;中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京 100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081【正文语种】中文【中图分类】U213.2+111 国内外重载铁路刚度研究轨道刚度由钢轨、扣件间距及轨下支承刚度共同决定。

在钢轨类型和扣件间距一定的情况下，支点刚度过大，列车通过时会引起扣件节点承受的垂向荷载过大，加速扣件伤损;反之，支点刚度过小，列车通过时轨道变形过大增大了行车阻力。

所以，合理的轨道刚度对延长轨道部件的使用寿命、降低现场养护维修工作量和运营成本意义重大。

世界各国根据各自的使用经验选取不同的弹性垫层刚度指标，目前没有成熟的设计理论和确定的弹性值，弹性垫层的刚度指标均是在理论分析的基础上，经过大量试验和长期实践确定的。

30t轴重重载列车轮轨法向接触应力分析

轴重30t重载线路钢轨接头夹板抗弯刚度研究

通过表 1 可以看出同样轴重情况下，既有全断面
接头夹板的抗弯刚度由所用材料的弹性模量和夹板的水平轴惯性矩来决定，夹板材料的弹性模量为 2. 1 × 105 MPa，考虑到材料成本和生产工艺，通过提高夹板的水平轴惯性矩来提高接头夹板的抗弯刚度。
首先考虑没有接头仅有 75 kg / m 钢轨母材，受到 375 kN( 30 t 轴重) 垂向力的情况; 其次将夹板的抗弯刚度比分别从既有的 31% 提高到 50% ，60% ，80% ， 90% 直至 100% ，计算结果如表 2 所示。将计算结果在同一坐标系下画出来，如图 5 ～图 8 所示。
收稿日期: 2012-06-25; 修回日期: 2012-08-20 作者简介: 张欢( 1986— ) ，男，辽宁锦州人，硕士研究生。
图 1 台阶示意图
图 2 错牙示意图
同一接头，在车轮相同速度的情况下，轮重垂直力 P 越大，则台阶值 z 越大，通过轨缝 λ 越大，迎轮轨轨端形成的冲击荷载 P1 越大。冲击荷载 P1 是引起轨头破损、螺栓孔裂纹和接头轨枕裂纹的主要原因，同时将导致道床较大的振动加速度，致道砟破碎、道床沉陷、边坡坍塌。
585. 6 192. 5 0. 727
轴重 30 t 既有全断
面夹板
1. 529
1. 021 217. 6
328. 8 156. 3 0. 553
变化幅度
－ 12%
－ 15% － 4%
－ 44% － 19% － 24%
为了比较直观地看出标准双头式夹板与既有全断面夹板受力及变形的区别，将钢轨接头处支点反力计算结果在同一坐标系下画出来，如图 4 所示。
铁道建筑
2012 年第 11 期
Railway Engineering

大轴重货运交流传动电力机车轮轨接触研究

力机车轮轨接触研究
侯耐，黄成荣，邹文辉，陈喜红，向阳
（１中国南车集团株洲电力机车有限公司，湖南株洲４１２００１；２中国铁路总公司运输局机务部，北京１００８４４）
表５载荷工况３轮轨接触计算结果
表６载荷工况４轮轨接触计算结果
３结论
（５）通过对工况１和工况２的比较可知，ＥＲ。材质
通过上述分析可知：（１）由于车轮屈服极限小于钢轨屈服极限，轨头
９Ｏ
铁路重载机车技术论文集
第３３卷
增大１６ＭＰａ左右，而ＥＲ。材质ｖｏｎ — Ｍｉｓｅｓ应力仅增大
２ＭＰａ左右。
表３载荷工况１轮轨接触计算结果
表４载荷工况２轮轨接触计算结果
ｖｏｎ
—
车轮的最大ｖｏｎ — Ｍｉｓｅｓ应力受牵引力的影响相对较小，但要确定是否更适合大轴重机车，还有待进一步的研
应变
换轨将给列车的正常运行带来很大的麻烦和经济损失，
所以通常情况下，轮轨材料选择的准则是牺牲车轮寿命
图１轮轨材料模型表１钢轨特性
而保证钢轨的寿命。但是轮轨作为一对摩擦副，其使用性能是轮轨系统的综合表现，并且轮轨的耐磨性能与抗疲劳性能表现为相互竞争和制约的耦合关系。

30t轴重重载铁路轨道结构技术创新与发展

３０ｔ轴重重载铁路
轨道结构技术创新与发展
张志方：中国铁路总公司科技管理部，高级工程师，北京，１００８４４
摘
要：论述国内外重载铁路总体现状和国
内外重载铁路轨道结构现状及发展，以及新
建山西中南部铁路通道概况。从有砟轨道、
根据对５０ｔ轴重重载铁路轨道结构体系的技
道结构技术体系。
术创新实践，提出加强对科研成果的总结和
凝练，通过优化形成完善的５０ｔ轴重重载铁
１国内外重载铁路轨道结构现状及发展
１．１国内外重载铁路总体现状
表３国内外重载铁路混凝土轨枕主要参数
ＣＨＩＮＥＳＥＲＡＩＬＷＡＹＳ２０ ’ ４国３
基苎
一１３—
埋铁座抵抗横向荷载，以增大扣压件扣压力、提高扣压时速１６０ｋｍ以下重载铁路和客货混运铁路上主要使用固件弹性为技术发展方向。世界各国重载铁路逐渐使用优定型辙叉，岔枕和铁垫板的联结多采用预埋铁座和ｅ型质道砟延长道床寿命和维修周期，并规定不得采用石灰弹条结构。岩道砟，同时采用级配较宽的道砟产品，以利于颗粒间的咬合。我国大秦重载铁路重车线采用７５ｋｇ／ｍ钢轨的１２号和１８号道岔，大包铁路采用６０ｋｇ／ｍ钢轨的１２号和ｌ８号
块式无砟轨道的弹条型扣件适用于现浇枕式双块式或长枕埋入式无砟轨道的wj12型扣件并进330t轴重重载铁路轨道结构技术创新行了全面系统设计试制和试验研究提出了弹性原铁道部于2011年系统安排了30t轴重重载铁路支承块式无砟轨道用混凝土支承块暂行技术条件线桥隧科研计划课题轨道结构方面科研课题主要有弹性支承块式无砟轨道用微孔橡胶垫板暂行技术条30t轴重重载铁路有砟轨道关键技术研究30t轴件弹性支承块式无砟轨道用橡胶套靴暂行技术重重载铁路隧道内无砟轨道关键技术研究30t轴条件双块式无砟轨道用双块式轨枕暂行技术条重重载铁路道岔技术研究和30t轴重重载铁路钢轨件长枕埋入式无砟轨道用混凝土轨枕暂行技术技术体系及标准的研究2013年中国铁路总公司科技条件弹条vii型扣件暂行技术条件wj12管理部加强组织协调全力推进技术攻关为在山西中型扣件暂行技术条件等无砟轨道相关技术条件

高速重载滚动轴承接触应力和变形的有限元分析

一６２～机械设计与制造ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ第１０期２００８年１０月文章编号：１００ｌ一３９９７（２００８）１０—００６２—０２高速重载滚动轴承接触应力和变形的有限元分析蒋立冬１应丽霞２（１哈尔滨第七Ｏ－－研究所传动研究室，哈尔滨１５００３６）（２哈尔滨工程大学机电工程学院，哈尔滨１５０００１）Ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ０ｆｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄａｎｄｈｅａｖｙ．ｄｕｔｙｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｂｙＦＥＭＪＩＡＮＧＬｉ－ｄｏｎｇＩ，ＹＩＮＧＬｉ－ｘｉａ２（１ＨａｒｂｉｎＮｏ．７０３ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｈａｒｂｉｎ１５００３６，Ｃｈｉｎａ）（２ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｉｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）【摘要】建立了高速重载滚动轴承接触应力和变形的三维分析模型，在对模型的边界条件进行合理假设的条件下，采用ＡＮＳＹＳ软件对滚动轴承的接触应力和变形进行了分析计算，编制了参数化计算程序，方便、直观地得出了轴承内、外圈以及滚动体不同部位的应力和变形。

计算结果与赫兹理论解具有较好的一致性，表明模型的建立以及约束条件的设置准确、合理。

计算结果为滚动轴承的设计和优化提供了依据，计算方法也便于工程应用。

关键词：滚动轴承；有限元分析；接触应力和变形【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ３Ｄｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄａｎｄｈｅａｖｙ－ｄｕｔｙｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ．Ｗｉｔｈｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓｏｆｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂｅａｒｉｎｇａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｃｏｄｅｓａｒｅｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎ—ｔｕｔ‘ｔｔ＋ｏｎｔ‘ｓｔｔ。

30t轴重重载铁路有砟轨道道床结构设计分析

30t轴重重载铁路有砟轨道道床结构设计分析发布时间：2021-06-11T09:38:17.360Z 来源：《基层建设》2021年第6期作者：荣啸天[导读] 摘要：从发展重型国际铁路的角度来看，重型铁路运输一般通过增加车轴的重量和扩大列车编组的组成来提高运输能力和效率。

国能朔黄铁路公司肃宁分公司河北省沧州市 061000 摘要：从发展重型国际铁路的角度来看，重型铁路运输一般通过增加车轴的重量和扩大列车编组的组成来提高运输能力和效率。

由于重型列车的重量和长度增加，机车车辆车轮的重量增加，轨道载荷显着增加，轨道结构的破坏性性能高于传统轨道，离线轨道结构和基础设施的要求更高。

道床作为轨道结构的重要组成部分，构成轨道框架的基础。

道路提供了对水平轨道和垂直轨道的阻力，并保持了轨道的稳定性；提供轨道灵活性，以减轻和吸收车轮轨道上的冲击和振动；提供良好的排水性能。

如果床的结构不合理，很容易损坏平台和床，以及钢轨、横梁、紧固件等。

，从而缩短了轨道构件的寿命并增加了维护和保养工作量。

因此设计重型铁道床非常重要关键词：重载铁路；30t轴重;有砟轨道；道床设计；现场试验引言铁路基本技术政策要求，新建重轨设计时速不得超过100公里，轴重不得小于30吨，列车牵引质量万吨级及以上。

为研究开发30吨重铁路的公共工程技术，结合中国南铁通道工程建设，中国铁道总公司组织中国铁路研究院和中国铁道第二研究院对国内外铁路轨道的现状进行了研究，系统对30吨重铁路、叉车等进行了关键技术研究。

提出了30吨重轨和无轨轨道设计的主要参数，开发了新型重轨垫、紧固件、重叉、非轨结构部件，制定了相应的临时技术条件，初步建立了30吨轴轨轨道结构技术体系。

1、国内外重载铁路总体现状由于运行条件和技术设备水平不同，世界各地的铁路都有不同形式的重型列车运输。

对外重轨运输的主要特点是：轴大、组长、体积大、密度小，我国现有重轨运输的主要特点是运输量大、组长大、密度大、速度快、轴重小。

轮轨接触弹塑性应力应变分析

１．引言轮轨关系是车辆、轨道系统中最基本、最复杂的一个问题，轮轨接触应力的计算则是研究轮轨关系的基础，它是进一步研究车轮在轨道上的运行性能及轮轨表面损伤等问题的理论依据。

轮轨接触应力的理论计算，过去大多采用解析解和数值解，即将轮轨视为两个无限弹性半空间。

可是随着铁路向高速重载方向发展，使用解析解和数值解来解决轮轨关系问题的局限性也愈加突出。

这些解析解和数值解根本无法精确模拟车轮踏面与钢轨的真实几何形状。

文献［１］用ＳｕｐｅｒＳａｐ５软件包计算了钢轨内的弹性应力场，但是，文献［１］把接触荷载假设为一集中荷载，没有反映真实的轮轨接触行为。

由于在文献［２］中，张焱利用Ｋａｌｋｅｒ三维弹性体非Ｈｅｒｔｚ接触理论确定轮轨接触斑上的作用力作为钢轨外力输入，使其仍避免不了局限于半空间的假设。

列车是在不同的情况下运行的，轮轨的接触状态也是时刻不一样的。

本研究运用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件建立真实尺寸和边界条件的模型，讨论轴重、枕木支撑位置对轮轨接触弹塑性应力／应变场的影响。

２．计算模型分析按照货车轮对和轨道的实际尺寸建立计算模型。

我国货车标准轮径为８４０ｍｍ，采用这种轮径和ＬＭ磨耗形踏面建立模型，轨道选择６０ｋｇ／ｍ标准钢轨。

以６０ｋｇ／ｍ钢轨铺设的无缝线路为背景，采用轨枕间距为５５ｃｍ，取出长为６０ｃｍ的一段钢轨进行计算。

考虑到轮轨接触部位受力比其它部位大，因此只取对接触影响较大的下半轮建立模型。

为了更好的模拟轮轨接触的加载，轴与轮分别建立两个模型，它们之间的力通过接触方式传递。

轮、轨、轴的材料均采用双线形模型（如图１），弹性模量Ｅ＝２０．６×１０４ＭＰａ，泊松比为０．２８，强度极限为８８３．０ＭＰａ，应变强化模量Ｅｐ＝２．１×１０４ＭＰａ［３］。

模型对于铁轨与枕木之间的连接用固定约束模拟，另外为限制车轮的横向移动对其横向位移也加以限制。

图１材料的双线性模型图２整体模型的网格划分３．划分网格生成有限元模型对模型进行网格划分，本研究中的模型采用六面体单元网格。

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；修回日期：收稿日期：１２１２０２０７４５２０１２０１－－－－）基金项目：国家自然科学基金（５１３７８３９５ —），，，作者简介：杨新文（男甘肃武威人副教授，博士。１３９７：ａｉｌｘｉｎｗｅｎａｎｔｏｎｉ．ｅｄｕ．ｃｎＥ－ｍ＠ｙｇｇｊ
第３７卷第６期２０１５年６月
铁道学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＲＡＩＬＷＡＹＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．６ｅ０１５Ｊｕｎ２
（）文章编号：１０２０１５０６９１００８３６００１０７－－－
３０ｔ轴重重载列车轮轨法向接触应力分析
杨新文，顾少杰，练松良
（）同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海２８０４０１因此精确计算轮轨接触点与接触应力非常重要。摘要：轮轨接触应力对轮轨磨耗和滚动接触疲劳影响较大，本文基于重载铁路轮轨标准型面，利用改进的轮对轴向切片投影法，准确找到轮轨多点接触。引入弹性压缩量，找到接触斑，利用一种精确计算轮轨接触应力的方法求得轮轨法向接触应力，并考虑轮轨摇头角和侧滚角的影响。结果表明：该方法在寻找轮轨多点接触与计算轮轨接触应力时结果较为准确、直接和全面；轮轨接触斑随着轮对横移和摇头角变化，呈现非椭圆形状；一侧车轮轮缘和轨距角处接触，曲率半径较小，轮轨法向接触应力最。在轮对横移量为０～３ｍｍ时，，摇头角的而另一侧轮轨的法向接触应力均小于２大值可达３０００ＭＰａａ００ＭＰ４摇头角的增加使右轮轨接增加使右轮轨接触斑面积减小，相应的接触应力增大；在轮对横移量为４～９ｍｍ时，触斑面积增大，相应的接触应力减小；摇头角的增加对左轮轨接触状态有利，但影响不明显。关键词：重载列车；轮轨接触；多点接触；接触应力／：中图分类号：Ｕ３６３．４２；Ｕ２１１．５文献标志码：Ａｄｏｉ１０．３９６９０．２０１５．０６．００３２１．ｉｓｓｎ．１００１８－ｊ
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