1、1第三章轮对结构与轮轨接触几何关系2主要内容第一节轮对结构及其对动力学性能的影响第二节轮轨接触状态及影响因素第三节轮轨接触几何关系求解第四节道岔区轮轨接触几何关系3第一节轮对结构及其对动力学性能的影响车辆在线路上运行,车辆与轨道之间的联系通过轮轨接触,将车辆和轨道联系起来。轮轨关系在一定程度上决定了铁道车辆的运行特性。轮对有一根车轴和两个相同的车轮组成。轮轴接合部位采用过盈配合。41轮对设计要求z 应该有足够的强度,以保证在容许的最高速度和最大载荷下安全运行( 减轻轮对重量和具有一定的弹性 );z 既能够适应车辆直线运行,又能够顺利通过曲线和道岔,且应具备必要的抵抗脱轨的要求;z 应具备阻力小
2、和耐磨性好的优点,可减少牵引动力并能够提高使用寿命。/F mvt= 52轮对形状尺寸与线路相互关系z 轮缘z 车轮名义直径z 轮对内侧距z 车轮踏面斜度对车辆系统性能影响的轮对外形和尺寸主要有:6(1)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。2轮对形状尺寸与线路相互关系7(2 )车轮名义直径:钢轨在离轮缘内侧70mm 处所测量得的直径。2轮对形状尺寸与线路相互关系8(2 )滚动圆直径 :车轮直径大小,对车辆的影响各有利弊:优点: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。缺点: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
3、对车辆振动的影响增大。2轮对形状尺寸与线路相互关系92轮对形状尺寸与线路相互关系(3)轮对内侧距轮对上左右两车轮内侧面之间的距离,通常是1353mm。10轮对内侧距保证轮缘与钢轨之间有一定游(间)隙,可以: 减少轮缘与钢轨磨耗; 实现轮对自动对中作用; 有利于车辆安全通过曲线; 有利于安全通过辙叉;轮缘与钢轨之间的游(间)隙太小,可能会造成轮缘与钢轨的 严重磨耗 ;轮缘与钢轨之间的游(间)隙太大,会使轮对蛇行运动的 振幅增大 ,影响车辆运行品质;11安全通过辙叉12顺利通过曲线bRbRyryr+=+00(4)车轮踏面斜度车轮踏面具有一定斜度,可减少运行阻力,减轻轮轨间的磨损,利于避免脱轨发生。
4、踏面:车轮外廓部分。13轮缘内侧距选取14轮轨间隙计算标准轨距: 1435mm轮对内侧距: 1353mm轮缘厚度: 32mm(单侧), 64mm(双侧)国内轮轨间隙: 9=(1435-1353-64)/2 (mm )欧洲轮轨间隙: 5.5=(1435-1360-64)/2 ( mm)15车轮踏面几何形状是影响行车安全和运行平稳性的重要因素。3. 车轮踏面类型与作用16 为了使无论哪种踏面形状均能够防止车轮脱轨,车轮都设有轮缘。 踏面锥度是使轮对具有复原功能和转向功能的根本原因,也是引起蛇行运动的根源。 圆筒踏面(踏面为没有锥度的平坦圆筒、日本轨检车上,有利于轨道高低变形的测定) 圆锥踏面 (踏
5、面带有一定的锥度,早期采用) 圆弧踏面 (磨耗型踏面,踏面带有圆弧)3. 车轮踏面类型与作用17锥形踏面(TB)TB449-197618锥形车轮踏面和钢轨头部的接触面积很小,接触应力很高,因此在车轮运用初期,局部位置的磨耗很快,使踏面不久即呈现凹陷。当磨耗范围逐渐遍及整个踏面并与轨头的轮廓外形相吻合后,接触应力就明显减小,表面又经过 冷硬 处理,以后的磨耗减慢,踏面外形也相对稳定。此时的踏面形状接近于磨耗型踏面 。磨耗型踏面形成19磨耗型踏面(LM)20磨耗型踏面(LMA)高速客车CRH1CRH221车轮参数车轮磨耗特性参数 Sh: 轮缘高 Sd: 轮缘厚度 qR: 轮缘形状限度车轮磨耗特性参
6、数 Sh: 轮缘高度Sd: 轮缘厚度qR: 轮缘形状限度车轮外形SdSh qRL3 = 10 mmL3 = 12 mm(Standard China)中国标准SYSZ40-00-00-02A (200 kph) 32.6 32 28.1 9.8SYSZ40-00-00-00 (160 kph) 33.2 32 27.9 10.7S1002 32.5 - 28.0 10.8XP55CRH5 32.6 - 29.0 11.0车轮外形的主要参数23磨耗型踏面(XP55)几种车轮踏面外形比较Comparison between Wheel profilesS1002 - SYSZ40-00-00-02
7、A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55-30-25-20-15-10-50510150 1020304050607080901010120130140y mmzmmS1002SYSZ40-00-00-00 for 160 km/hSYSZ40-00-00-02A for 200 km/hXP55 中国标准; 中国轨道的典型磨耗型外形SYSZ40-00-00-00 (160km/h) ; S1002欧洲标准外形; XP55 法TGVA ,韩KTX 中国标准; 中国轨道的典型磨耗型外形SYSZ40-0
8、0-00-00 (160km/h) ; S1002欧洲标准外形; XP55 法TGVA ,韩KTXComparison between Wheel profilesS1002 - SYSZ40-00-00-02A for 200 km/h (China) - SYSZ40-00-00-00 for 160 km/h (China) - XP55-20-15-10-50530 40 50 60 70 80 90 100y mmz mmS1002SYSZ40-00-00-00 for 160 km/hSYSZ40-00-00-02A for 200 km/hXP55车轮外形吻合25 对脱轨安全性要
9、高; 对中性能强; 运行稳定性要好(不发生蛇行运动); 曲线通过性能要好(曲线通过时产生的横向力要小); 能够顺利通过道岔; 耐磨性要好,即使产生了磨耗,其形状变化也要小。车轮踏面设置要求26锥型踏面轮轨接触斑磨耗型踏面轮轨接触斑两种踏面接触面积比较27一般地,在曲线通过方面采用磨耗型踏面有利,而在抑制蛇行运动、车体振动方面锥形踏面有利。实际上, 现阶段 研究结果表明,在抑制车体蛇行运动和提高稳定性方面,磨耗型踏面有时 也能够取得良好的效果。对踏面动力学性能认识差异28 在车轮横移时,磨耗型踏面车轮的接触角差 、滚动半径差 要比锥形踏面车轮的变化大,这使输入车体的能量减少,车体振动激烈程度降低。 在适当运行速度下,与采用锥形踏面的车轮相比,采用磨耗型踏面的车轮,其转向架蛇行运动波长短、频率高,而且远离了车体的固有振动频率。车轮踏面形状对高速动车运动特性的影响国外内燃机车藤本裕日本 1999年第2期圆弧踏面与锥形踏面性能差异29第2种变化 锥形踏面第1种变化圆弧踏面能量输入率0.200.150.100.050.0速度V=270km/h ,波长 =40m,波深a=1.0mm不同踏面形式对车辆系统能量输入的影响30不同踏面形式对轨道激扰的响应速度V=270km/h ,波长 =40m,波深a=1.0mm