基于Archard模型的重载铁路货车车轮磨耗研究
基于Archard磨耗模型的合金钢心轨组合辙叉道岔钢轨磨耗研究
基于Archard磨耗模型的合金钢心轨组合辙叉道岔钢轨磨耗研究刘启宾【摘要】基于 Archard磨耗模型并结合有限元静动力分析方法，对重载铁路合金钢心轨组合辙叉道岔岔区钢轨垂直磨耗特性进行了研究，给出了一种研究钢轨磨耗的新方法。
研究结果表明：受不同断面轮轨接触特性及轮轨力差异的影响，岔区各断面轮轨接触斑内磨耗量的大小及分布存在差异；辙叉轮载过渡区翼轨磨耗严重的机理是轮轨法向接触应力大于翼轨材料硬度的0.8倍导致了磨耗系数的突变，建议将此区域翼轨镶嵌合金钢材料或采用深度爆炸硬化技术处理；轮轨接触应力随行车速度的增加有所增加，随列车轴重的增加而大幅增加，建议有条件的情况下降低C80，C70列车的侧向过岔速度，以减缓道岔的磨耗速率。
%Based on Archard wear model and static and dynamic finite element analysis method,the vertical turnout rail wear characteristics of assembled frog with alloy steel point rail in heavy haul railway was studied and a new method for rail wear research was introduced. T he results showed that the wear amount and distribution of each section in turnout w heel-rail interaction zone are different due to the variance of w heel-rail contact characteristics and wheel-rail interaction force,the mechanism of wing rail severe wear in frog wheel load transition region is that the wheel-rail contact stress is greater than 0. 8 times the wing rail material hardness causing mutation of wear coefficient,which could be avoided by setting alloy steel material for wing rail and using the deep explosion hardening technology in this region,w heel-rail contact stress increases w ith the increasing of vehicle axle loadand vehicle velocity,which means lowing the lateral speed of passing railroad switch for C80 and C70 trains in order to reduce the turnout w ear rate.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P107-111)【关键词】道岔;Archard磨耗模型;钢轨磨耗;合金钢心轨组合辙叉;磨耗量【作者】刘启宾【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安 710043【正文语种】中文【中图分类】U211.5;U213.4;U213.6合金钢心轨组合辙叉道岔是一种心轨采用奥贝氏体钢材，翼轨采用普通钢轨的组合辙叉道岔，相对于高锰钢整铸道岔具有通过能力大、强度高、可焊性好、便于更换等优点，近年来在我国重载铁路及干线铁路上逐步得到推广使用。
重载货车车轮磨耗发展规律及其踏面优化研究
重载货车车轮磨耗发展规律及其踏面优化研究
王广宇;赵瑞杰
【期刊名称】《专用汽车》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】重载货车车轮踏面优化研究的主要目的是为了解决在实际应用过程中出
现的一些问题,如车轮踏面部分存在着严重的磨损、剥离等现象。
因此需要对其外
形以及结构方面进行一定程度上的改进和完善,使得车辆能够更加安全稳定地行驶。
为了能够更好地保证行车安全和提高运输效率,针对重载货车车轮磨耗发展规律以
及相应的踏面优化展开相关研究与探讨,多目标优化设计和遗传算法为车轮踏面优
化设计提供了可行性分析,研究表明,通过对车轮踏面结构的优化,可以减小车轮与车轮之间的受力,减小车轮磨耗,提高列车运行的安全性。
【总页数】3页(P71-73)
【作者】王广宇;赵瑞杰
【作者单位】郑州工业安全职业学院
【正文语种】中文
【中图分类】U469.2
【相关文献】
1.大秦线重载货车车轮踏面圆周磨耗原因分析及改进措施
2.重载货车车轮踏面垂直磨耗原因分析及改进
3.基于轮轨磨耗对30t轴重货车车轮踏面优化研究
4.30 t轴
重重载货车车轮踏面磨耗规律研究5.重载铁路货车车轮踏面磨耗表征方法及其规律分析
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基于实测数据的车辆轮对磨耗模型研究
基于实测数据的车辆轮对磨耗模型研究
丁亚琦;吕晟;王子晗;张枝森;刘伟渭;沈钢
【期刊名称】《城市轨道交通研究》
【年(卷),期】2024(27)6
【摘要】[目的]基于上海轨道交通17号线列车轮对实测数据,研究轮对磨耗规律,
建立轮对轮缘厚度和轮径磨耗模型,以提高城市轨道交通车辆的安全性和维护效率。
[方法]对轮对实测数据进行预处理,消除数据误差;采用曲线拟合和误差分析方法建
立轮缘厚度和轮径的磨耗模型,并以磨耗速率拟合标准差,以及真实值与误差拟合曲
线之间误差值的拟合标准差作为该模型的评价指标,评估轮缘厚度及轮径磨耗模型
的准确性;分别针对1701次和1721次列车进行轮对磨耗模型验证。
[结果及结论]1701次和1721次列车轮对轮缘厚度磨耗速率4次拟合曲线的拟合标准差,以
及真实值与误差拟合曲线之间误差值的6次拟合曲线的拟合标准差均接近于零,验
证了该车辆轮对磨耗模型的准确性,能够精确预测上海轨道交通17号线同一车型不同列车及同一列车不同位置的轮对磨耗情况。
【总页数】4页(P64-67)
【作者】丁亚琦;吕晟;王子晗;张枝森;刘伟渭;沈钢
【作者单位】上海地铁维护保障有限公司车辆分公司;中车青岛四方车辆研究所有
限公司;西南交通大学机械工程学院;同济大学铁道与城市轨道交通研究院
【正文语种】中文
【中图分类】U260.331.1
【相关文献】
1.基于DM6467的车辆轮对磨耗检测算法优化实现
2.基于马尔可夫过程的地铁车辆轮对磨耗建模及其镟修策略优化
3.基于轮对磨耗数据数理统计的轮对镟修策略多目标优化
4.基于实测交通数据的城市桥梁怠速车辆拥堵荷载模型研究
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基于Archard模型的车轮磨耗对车辆动力学性能的影响
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车轮的磨耗 也 相 同.根 据 高 速 线 路 的 特 点,选 择
表 ２ 所示的典型直线和曲线线路工况.
表 ２ 线路参数设置
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重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳仿真研究
重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳仿真研究目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (3)1.3 国内外研究现状 (4)2. 重载货车车轮磨耗理论分析 (6)2.1 车轮磨耗机理 (7)2.2 影响车轮磨耗的主要因素 (8)3. 车轮滚动接触疲劳理论分析 (9)3.1 滚动接触疲劳机理 (10)3.2 影响滚动接触疲劳的主要因素 (11)4. 重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳仿真方法 (13)4.1 有限元分析方法 (13)4.2 车轮材料本构模型 (15)4.3 仿真参数设置 (16)5. 重载货车车轮磨耗仿真实验 (17)5.1 实验设备与材料 (19)5.2 仿真模型建立 (20)5.3 仿真结果分析 (21)6. 重载货车车轮滚动接触疲劳仿真实验 (23)6.1 实验设备与材料 (24)6.2 仿真模型建立 (25)6.3 仿真结果分析 (26)7. 重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳仿真结果对比分析 (27)7.1 磨耗仿真结果对比 (28)7.2 滚动接触疲劳仿真结果对比 (30)8. 重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳仿真优化建议 (31)8.1 材料优化 (32)8.2 结构优化 (34)8.3 制造工艺优化 (35)1. 内容概述本文针对重载货车车轮在使用过程中普遍存在的磨耗和滚动接触疲劳问题，展开了深入的仿真研究。
首先，详细介绍了重载货车车轮的结构特点和材料特性，为后续仿真分析提供了基础数据。
接着，采用有限元分析方法，建立了车轮在实际工作条件下的三维几何模型和力学模型。
通过模拟车轮在实际运行过程中的受力情况，分析了车轮磨耗和滚动接触疲劳的产生机理。
在此基础上，针对不同工况下的车轮性能，探讨了车轮结构优化设计对磨耗和滚动接触疲劳的影响。
结合实验数据对仿真结果进行了验证，为重载货车车轮的磨损控制和结构优化提供了理论依据和参考建议。
本文内容涵盖了重载货车车轮磨耗及滚动接触疲劳的仿真建模、仿真分析、结果验证以及结构优化等方面，对提高车轮使用寿命和降低维护成本具有重要意义。
车轮磨耗预测快速计算方法研究
车轮磨耗预测快速计算方法研究吴梦;江海琳;沈钢【摘要】研究了目前国际上常用的基于Archard磨耗模型的车轮磨耗预测方法,针对其计算时间过长的缺陷,对车轮横移量和蠕滑率的变化规律进行了探索,通过统计分析建立了车轮磨耗快速计算模型,简化了传统的车辆动力学和滚动接触计算的计算量,大大缩短了车辆磨耗预测的计算时间.%The method of wheel wear prediction based on Archard wear model commonly used in the world was researched. Aiming at the defects of long calculation time,the change rule of creepage and lateral displace-ment was discovered. Based on the statistical analysis,a fast calculation model for wheel wear was estab-lished . It not only simplifies the computation load of traditional vehicle dynamics model and rolling contact but also shortens the calculation time.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】5页(P35-39)【关键词】Archard磨耗模型;车轮磨耗预测;统计分析;快速计算【作者】吴梦;江海琳;沈钢【作者单位】同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海 201804;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海 201804;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201804【正文语种】中文随着铁路工业的高速发展，车轮磨耗的问题受到了越来越多的重视.不仅在传统铁路上，近年来新兴的城市轨道交通如地铁、轻轨等和重载运输的车轮磨耗问题都非常严重.近年来，我国每年用在轮轨维护上的费用都超过80亿元[1].并且由于车轮和钢轨的磨损问题引发的运行事故和问题更是枚不胜举，造成的损失难以统计.铁路运输中的安全性和经济性受到车轮与钢轨磨损的重大影响，研究者们尝试了许多的方法来试图减缓车轮的磨耗，如改变轮轨的接触关系、优化轮轨型面匹配、改变轮轨的材料等.因此对车轮磨耗的发展规律进行研究具有工程意义和应用价值[2].目前，对于车轮磨耗的预测通常不能对整条线路条件进行仿真.整条线路的线路条件太过复杂，如果对整条线路进行仿真，计算成本太大，时间太长，且仿真结果的准确性难以保证.往往都是选取部分直线段或曲线段进行仿真计算，然后推广到整个线路，这样的仿真方式很难具有代表性[3].1.1 Archard磨损模型简述目前，国际上虽然对车轮磨耗问题没有非常好的解决方案，但通过长时间国内外许多研究者的探索发现，主要用于计算车辆的车轮磨耗的计算模型有两种，一种是考虑能量耗散的角度，建立相应的磨耗功模型.另一种便是现在摩擦学研究中广泛使用的Archard磨损模型[4]，Archard磨损模型在计算车轮磨耗时取得的效果较其它方法更为贴近实际情况，而Archard磨损模型所需参数及计算过程也更容易实现.在Archard磨损模型中，相对滑动物体的磨耗量与摩擦体的材料硬度成反比，与法向力、滑动量成正比，如式(1):其中，Vwear为磨损的体积；S为单元上的滑动量；K为磨耗系数，其值由单元上的滑动量和正压力决定；N为轮轨法向力；H为摩擦体的材料硬度.1.2 车轮磨耗计算一般过程车轮的磨耗计算模型主要包括三个模块：车辆轨道动力学模块，轮轨接触计算模块，车轮磨耗叠加计算模块[5].由线路和车辆的初始条件建立动力学模型，通过仿真计算，将运动状态中的参数通过基于非赫兹理论的滚动接触计算得到Archard计算公式中需要的正压力和滑动量，这样就可以计算得到接触斑上的磨耗量，通过叠加计算得到整个踏面上的磨耗情况.将车辆轨道动力学模块、轮轨接触计算模块和基于Archard磨损模型建立的数值计算模型集成在一起，可以得到完整的车轮磨耗预测模型，计算流程框图如图1所示，可以看到，在得到一条线路上的线路特征以及车辆参数之后便可以根据预测模型分析磨耗趋势[6].通过实际应用发现，这样的计算方法有一个很大的缺陷：计算时间过长，普通的PC电脑需要11天时间才能计算40 km的长度.而Archard计算公式的计算关键是得到单元格的蠕滑和正压力，为了减少计算时间，应该分析车辆运行过程中在不同线路条件下蠕滑和横移量的变化规律与关系，通过CONTACT滚动接触计算得到接触斑上的蠕滑和正压力情况[7].因此本文将通过统计蠕滑率与横移量的变化规律建立车轮磨耗快速计算模型，利用变化规律计算横移量和蠕滑率再根据上述磨耗计算流程图最终算出车轮的磨耗.2.1 直线段车轮磨耗的快速计算2.1.1 横移量的变化规律以LM型踏面作为车辆车轮外形，钢轨外形采用60 kg/m钢轨.轨道不平顺使用美国5级不平顺谱.利用建立好的动力学模型，经过统计发现，在正常状态下，车辆行驶在直线线路上，一般不会发生轮缘接触的情况.图2为在直线上一号轮对横移量随仿真时间的变化过程，可以看到由于轨道的不平顺，轮对横移量在不停地发生变化，这意味着车辆行驶过程中运行状态的不停改变，但绝大多数时，横移量都在-4 ～4mm之间.图3是将直线仿真长度设为500 m共20组，4个轮对的总横移量的分布情况，可以看到轮对横移量基本不会gt;8mm或lt;-8mm，-4mm～4 mm占到总量的近90%.通过统计分析，可以假设在该轨道不平顺的情况下，车轮在直线段上行驶，横移量yw符合N(0,2.932)的正态分布.通过使用Yw～N(0,2.932) 的正态分布方法，其结果表明在直线线路上行驶时，横移量在-4～4mm之间占到总体的82.78%，在-8.8～8.8mm占到总体的99.73%.根据横移量与轮轨接触位置关系研究，得知当横移量小于8.8 mm时，基本上车轮上的接触点都不会出现在轮缘上.2.1.2 蠕滑率的变化规律图4是车轮的纵向和横向蠕滑率与对应横移量的变化趋势，因为自旋蠕滑力矩很小，对车轮的磨耗影响也很小，故不考虑.由图中可以看出，横向蠕滑率与横移量并没有明显关系，实际上横向的蠕滑率主要受摇头的影响.但纵向的蠕滑情况与横移量有明显关系.在动力学计算中，对接触斑上整体磨耗功的计算同时取决于接触斑上的切向力和滑移量，虽然在小半径曲线时轮缘接触较多，自旋蠕滑率较大，但由于其自旋蠕滑力矩相较纵、横向蠕滑力往往相差了一个量级，因此其合成后的磨耗功较纵、横向蠕滑造成的磨耗功要小，虽然在少数情况下可能会出现自旋蠕滑造成的磨耗也较大的情况，但考虑到这并非通常情况，为方便公式推导和规律总结，在这里不就这种情况进行讨论.通过多项式拟合可以得到：式中，ξx为纵向蠕滑率，yw对横移量，mm.图5是直线上横向蠕滑率的分布情况，可以看到横向蠕滑率随轨道随机不平顺的影响分布与横移量相似，ξy符合N(0,0.00192)的正态分布.2.2 曲线段车轮磨耗的快速计算2.2.1 横移量的变化规律由于缓和曲线的存在，曲线线路的情况更为复杂，而受限于线路条件，曲线半径有很大的不确定性，并且缓和曲线长度和曲线半径并没有恒定的对应关系[8].为了方便计算，不单独对缓和曲线进行仿真，而是将缓和曲线计入曲线线路的一部分.对于曲线线路，本文将其分为三种情况，曲线半径在800 m以内的为小半径曲线，曲线半径800～1600m的为中等半径曲线，半径大于1600 m的视为大半径曲线.对于大半径曲线，其轮轨的接触特性非常接近直线段，不再进行单独讨论.由于直线可视为特殊的曲线(半径为∞)，因此对曲线进行考虑时需要突出其重点因素，即：仅由曲线本身(包括但不限于曲线半径和曲线超高)对轮轨几何及动力学造成的影响，此时不应考虑轮轨不平顺，并视曲线为理想曲线，即采用平衡超高.当然必须指出的是，在实际计算时，必须对光顺曲线进行轨道不平顺谱的叠加，其叠加方法已在直线部分进行介绍，而轨道超高的作用是平衡车辆过曲线时的离心力，超高不足或是过超高实际上可以折算为缩减的或附加的曲线半径值，因此，以下仅就光顺曲线和平衡超高介绍其对轮轨几何和运动参数的影响关系.默认列车以稳态通过，车速为50 km/h，曲线的超高设置使用平衡超高(h=11.8V2/R).动力学计算结果分布规律如图6所示，经过统计发现，对于小半径曲线，车辆在通过时，一般横移量将增大许多，相对较容易产生轮缘贴靠的情况，并造成较为严重的轮缘磨耗问题.综合来说，可以发现在缓和曲线段横移量成稳定趋势增加，到了圆曲线段，横移量保持稳定.图7是不同曲线半径下稳态情况下横移量与纵向、横向蠕滑率的对应关系，为了方便对比，改变了横向蠕滑率的正负号.2.2.2 蠕滑率的变化规律根据图7中横移量与蠕滑率之间的变化关系对，半径和稳态情况下横移量进行多项式拟合可以得到公式：其中，半径R的单位是m，横移量yw单位为mm，kv是速度的修正系数.对稳态情况下横移量和蠕滑率进行多项式拟合可以得到公式：但是在曲线段，行驶速度改变了向心力，对横移量会有很大的影响，因此计算横移量的统计规律时需要考虑速度的修正系数kv.随着速度的增加，横移量基本呈倍数为0.013 2的线性增加关系，但这局限于不发生轮缘接触的情况，当速度增加到一定程度，横移量的增量将会减少.利用上述的快速计算模型来计算上海地铁8号线的车轮磨损情况，上海地铁8号线全长有37.4 km，线路条件十分复杂，小半径曲线较多，车轮磨耗情况较为严重.针对8号线的线路条件，使用本文搭建的车轮磨耗预测仿真模型，对其车轮的磨耗情况进行仿真分析，并实地考察、测量了8号线的实际磨耗情况与仿真结果进行对比，结果如图8所示.由图8可以看出，轮缘磨耗量仿真结果与实测相比，要低于实测数据，大约是其84.7%.但整体的增加趋势较为相近.而踏面磨耗仿真结果与实测相比，在7 万km之前，仿真量要一直高于实测量，在7 万km之后，实际测量结果反超了仿真结果，整体上升趋势较为一致，但对于磨耗过程中快速磨耗期的判断，仿真结果与实际情况有所出入.在磨耗的分布上，轮缘根部和踏面名义滚动圆附近的剧烈磨耗，仿真结果与实测结果一致，但实测结果的磨耗分布在踏面靠外侧要比仿真结果更广.(1)对于直线段运行工况，统计了蠕滑率与横移量变化规律，分析得到了纵向蠕滑率和横向蠕滑率与横移量之间的变化关系，根据此关系建立了直线段纵向和横向蠕滑率的快速计算模型；(2)对于曲线段运行工况，就光顺轨道和平衡超高研究了稳态过曲线(即冲角一定)时，纵、横向蠕滑率与横移量的变化关系，根据此关系建立了理想过曲线时横向、纵向蠕滑率的快速计算模型；(3)对于某一实际线路工况，通过对以上两点分析的组合与叠加，完成了整条线路运行情况下的磨耗分析，指出了文中所提计算模型的优势在于快速和具备一定的精度，而不足存在于其对曲线运行工况下推导的部分尚未完善以及未计入起制动对磨耗造成的影响，为进一步完善该快速算法指明了方向.(4)本文通过常规动力学仿真模拟，统计归纳了接触点分布接触位置与轮对横移量的关系，由此得到了接触点蠕滑率和轮对运动参数的变动关系.通过拟合的思想简化对车轮实际运行工况的计算，将计算车轮磨耗的过程中的重点转移到了对其某一运动学参数的统计，大大减少了整个磨耗预测过程的计算量和时间，最后通过实际线路的应用验证了提出模型的可行性和尚存的不足，为进一步的工作提供了依据.【相关文献】[1]汪群生, 曾京, 罗光兵, 等. 车轮磨耗下车下悬吊系统振动特性研究[J]. 机械工程学报，2016(10):113-118.[2]林凤涛. 高速列车车轮磨耗及型面优化研究[D]. 北京：中国铁道科学研究院, 2014.[3]丁军君, 孙树磊, 戚壮, 等. 基于轮轨蠕滑机理的货车车轮磨耗寿命预测[J]. 摩擦学学报， 2013(3): 236-244.[4]王超, 胡亚辉, 谭雁清, 等. 基于Archard磨损理论的滑动导轨磨损率预测模型研究[J]. 润滑与密封，2014(8): 73-76.[5]干锋, 戴焕云, 高浩, 等. 铁道车辆不同踏面等效锥度和轮轨接触关系计算[J]. 铁道学报， 2013(9): 19-24.[6]JENDEL T. Prediction of wheel profile wear-comparisons with field measurements[J]. Wear，2002, 253(1): 89-99.[7]李霞, 温泽峰, 金学松. 重载铁路车轮磨耗和滚动接触疲劳研究[J]. 铁道学报，2011(3): 28-34.[8]张铁, 张军, 张剑. 不同磨耗阶段轮轨型面匹配下重载货车的动态性能[J]. 大连交通大学学报，2014,35(1): 6-10.。
动车组车轮多边形磨耗发展历程模拟及车轮粗糙度的影响
2
$ = 1J 专 +& &1
1)
根据弹性力学和静电势问题相似的假设,可以将
椭圆接触斑内的压应力看作根据半椭球高度的坐标来
变化,因此接触斑内的压应力分布可以表示为
式中：'（为接触斑内坐标为（l, J的点承受的 压应力；—为轮轨法向力；a、A分别为椭圆的纵、横向半
第6期
宋志坤等:动车组车轮多边形磨耗发展历程模拟及车轮粗糙度的影响
图2车辆/轨道耦合动力学模型
1.2轮轨接触模型
为了研究动车组在运行过程中的高频振动,建立
考虑柔性轨道和柔性轮对的车辆 /轨道耦合动力学模
型,轮轨接触几何计算仍然按照传统的轮轨接触几何
方法一一迹线法「11 -进行计算,轮轨法向接触问题采用
Herta接触理论进行计算,轮轨切向接触问题采用
FASTSIM算法进行计算％
(1.北京交通大学机械与电子控制工程学院#北京100044； 2.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道科学技术研究发展中心#北京100081)
摘 要：将车辆/轨道耦合动力学模型与Archard磨耗模型相结合，建立长期磨损迭代模型#用以模拟动车组运行
时车轮多边形的整个发展历程%模拟动车组以速度为250&300 km/h运行时车轮多边形的发展历程，结果与实际 情况吻合，验证了模型的正确性％使用频率计算公式得出车轮多边形激励频率约为580 Hz,说明在轮对与钢轨之 间存在一个固定的振动频率，这个振动频率促进了车轮多边形的产生和发展％对比分析车轮粗糙度对车轮多边 形的影响，结果表明，提高锭修质量可以减缓多边形的增长速度％
SONG Zhikun1 , REN Haixing1 , HU Xiavyi2 , LID Yuanfu1 , LID WeC # LI Qiang1
重载货运机轮对疲劳与磨耗质量控制研究
引起 的 ，使得轮对 轮辋材料不断减 少 ，这会 改变轮对轮廓外 形 ，
４）对 于失 效的轮对和钢轨要进 厂返修和打磨 ，使 其仍能正
引起轮对名义滚动 圆和等效锥度的变化 ，从 而影 响轮轨接触 的 常工作 ，消除隐患 。以上诸多手段研 究的归根结底的问题还是轮
几何关系 ，恶 化轮轨接触状态 ，轮轨系统 动力 响应也会有相应变 对疲劳和磨耗质量的问题 ，他不仅保 障了运行的安全 ，也能延长
科 技 风 ２０１６年 ７月 下
学 术论 坛
ＤＯＩ：１０．１９３９２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１－７３４１．２０１６１４０８２
重载 货运机 轮对疲劳 与磨耗质量控制研究
窦 志强
中车大 同电力机车有限公 司 山西大同 ０３７０３８
摘 要 ：重载货运机轮 对的质量对保证安全运行具有重要的意义 ，轮对 的质量主要是 由疲劳与磨耗 引起的。结合 国内外轮对疲 劳与磨耗 的分析 ，针对轮 对检修研 究现状 ，提 出了改善轮 对质 量控制的方法 ，对提 高论文质量控制奠定 了研 究基础。
在国 内大部分企业 仍采用人控为主 的粗放式管理模 式 ，个
纹 、不 圆度 。材料剥离一般是 由接触疲 劳 、制动擦伤等原因引起 。 别车辆段开发 了客车轴承 、轮对检修信息系统，在一定 程度 上解
轮轨滚 动接触疲 劳破坏初期表现形式是表面裂纹 ，在循环载荷 决了检修信息 的 自动化管理问题。但该 系统的实时 ｌ生较差 ，质量
开裂 ，外载的持续作用 ，裂纹就会不断扩 展。
２）改善轮对 的加工工艺 ，严格控制热处理过程 中的非金属
１ 轮 对 疲 劳 与磨 耗 分 析
夹 杂 物 和 组 织 相 变 温 度 ；
轮对磨耗现象广泛存在于铁路运输中 ，磨耗 是由轮轨摩擦
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邵 朋 朋 （９ ７ ） ， 苏 连 云 港 人 ， 士 生 （ 回 日期 ：０ １ １ — １） １８ 女 江 硕 修 ２ １ ０ １
轮轨磨 耗 也越 大 ， 因此 ， 轮 评定 的模 型 和指标 ， 目前并 无界 定 。一个 合适 的评定 模 车 轮在钢 轨上 滑动成 分越 多 ， 型 能够有 效 、 准确 的预 测轮 轨 的磨耗 ， 而在 设 计 阶段 轨 磨耗功 主要 反映 出车轮 踏 面和钢轨 头顶 面 的磨耗 。 从 就可 以提 出减轻轮 轨磨耗 的措 施 ， 免某 些 影 响磨 耗 的 避
识 到轮 轨 的磨耗 。 １ 轮 轨磨 耗主 要评定 指标 １ １ 磨耗 评定 模 型与指标 ．
如上所 述 ， 引起 轮 轨磨 耗 的 因素 很 多 ， 轨 磨 耗 的 轮 表现形 式各 异 。针 对不 同的轮轨磨 耗 ， 评定 方 法和 指 其
标也 有所 不 同 ， 主要有 以下 几种 ： （ ）磨耗 功 １
及 减轻 轮轨磨 耗 的措施等 。 轮轨 磨耗 主要 表现在 车轮踏 面与 钢 轨头 顶 面 、 缘 轮 与 钢轨 内侧 面之间 的磨耗 ， 引起 重载 铁路 轮轨 磨 耗 的因 素 很多 ， 主要有 以下 几点 ： （） １ 轴重 的增加 及轮 轨接触 应力 加大 ；
（ ） 大 的 轮 轨 横 向力 ； ２过
上， 目前许 多重 载运 输 国家 货 车轴 重 已在 ３ ５ｔ以上 ， 最 大轴 重 已达 ４ 。车辆 轴 重 的增 加 ， 重量 的加 大 ， ０ｔ 载 以 及列 车编 组 数 量 的增 加 ， 来 的经 济 效 益 是 毋 庸 置 疑 带
模 型来 计算 重载 车 轮 的磨 耗 量 ， 得 更 直 观 、 化 的认 使 量
型 如式 （ ） １。
ｗ 一 ・ （） １
式 中 为轮 轨间 的摩擦 系数 ； ， ｙ 别为 轮轨 接触 斑 Ｔ 分
（ ） 大的轮对 冲角 ； ３过
（） 烈 的轮对 蛇行 运动 ； ４剧
处 的纵 向和横 向蠕 滑 力 ； ， 分 别 为 轮 轨接 触斑 处 的 ｕ 纵 向和横 向蠕 滑率 ； 为 轮轨 问接触 斑 的面积 。 Ａ 上式 中的 是 对 Ｋｅ ｅ 蠕 滑系 数 的修 正 。 ｌ ｒ ｋ
第 ３ 卷第 ２ ２ 期 ２１ ０ ２年 ４月
铁 道 机 车 车 辆
ＲＡＩ ＡＹ ＯＣ ＬＷ Ｌ ＯＭ ＯＴＩ ＶＥ ＆ ＣＡＲ
Ｖｏ． Ｎｏ １ ３２ ．２ Ａｐ． ｒ ２ ２ Ｏ１
文 章 编 号 ：０ ８ ７ ４ ２ １ ）０ — ０ ４ — ０ １ ０ — ８ ２（ ０ ２ ２ ０ ２ ４
基 于 Ａ ｃ ａｄ模 型 的重载 铁路 货 车 车轮磨 耗 研 究 ｒｈ ｒ
邵朋朋 ， 茂海 ， 傅 周 元 ， 亮亮 杨
（ 南交通 大 学 机械 工程 学院 ， 西 四川 成都 ６ ０ ３ ） １ ０ １
摘 要 综 述 了 重 载铁 路 轮 轨磨 耗 的严 重 性 及 引 起 轮 轨 磨 耗 的主 要 原 因 ， 析 了几 种 评 价 轮 轨 磨 耗 的 数 学 模 型 与 分 指 标 ， 对 其 进 行 了 综 合 比 较 。最 后 ， ＳＭＰ Ｃ 系 统 动 力 学 仿 真 软 件 中建 立 两 种 不 同 轴 重 的货 车 模 型 ， 用 并 在 Ｉ Ａ Ｋ 运 Ａｒｈ ｒ 耗 模 型 ， 算 此 两 种 不 同 轴 重 的 重 车 车 轮在 不 同工 况 下 的磨 耗 量 ， 对 其对 比分 析 。 ｃ ａｄ磨 计 并 关键词 轮 轨 磨 耗 ； 型 与 指 标 ； 重 ； 耗量 模 轴 磨
因素 ， 大大提 高重 载铁路 的综 合运输 效 益 。本文 从 减轻 （ ）磨 耗指 数 ２ 国际上 把轮轨 之 问的横 向力 与 轮 轨 冲 角 的 乘 积定
常用 ｗ 来表示 ， 其数学模 型 轮 轨磨耗 的角度 出发 ， 几种 轮轨磨 耗评 定 方法 与模 型 义为轮轨间的磨 耗指数 ， 对
文献 标 志码 ：Ａ
中 图分 类 号 ： ６ ． ３ ． Ｕ２ ０ ３ １ １
随着铁 路货运 的发 展 ， 载运输 技 术在 北 美 、 洲 、 重 澳 南非 、 欧 、 北 独联 体 国 家 和我 国等 国家 和 地 区 得 国际重 载运 产 输协 会 的定义 ， 满足 重载运 输 的车辆轴 重应在 ２ 及 以 ７ｔ
磨 耗 功也称 为磨耗 功率 ， 是指 单位 时 间或 行走 单 位 里程 车轮 踏面 和钢轨 头顶 面之 间的磨 耗 程度 ， 轨 问 的 轮
磨耗 功常 用 ｗ 表示 。在 国际上 ， 轮 轨之 间 的蠕 滑 力 将
与 蠕滑率 的乘 积定义 为磨耗 功 ， 其单 位为 ｋ ・ ｍ， Ｎ ｍ／ 磨 耗 功越大 ， 明轮轨 间 的磨 损越严 重 。磨 耗 功 的数学 模 表
的 。但是 ， 重载 运输 带 来 的 轮轨 磨 耗 问题 也 不 容忽 视 ， 钢 轨 、 轮 的磨 耗损 坏越 来 越严 重 ， 车 车轮 和 钢 轨 的使 用 寿 命缩短 ， 得维 修 成 本 大 幅提 高 。 由此 ， 多 国 内外 使 许 铁 路研究 人员 开 始深 入 的研究 影 响轮 轨磨 耗 的 因素 以
从式 （ ） １ 中可 见 ， 轨 间磨 耗 功 主 要体 现 在 轮轨 间 轮
（） ５ 轮轨 型面及 材质 不匹 配 ；
（ ） 轮热负荷 过 大 ； ６车
（ ） 车操纵等 。 ７列
在研 究减 轻轮 轨磨耗 的 同时 ， 轮轨 磨耗 程 度进 行 对
蠕 滑程度 的大 小 ， 轨 问蠕 滑率 越大 ， 滑越 严 重 ， 明 轮 蠕 表