优化轨头廓形 改善轮轨匹配.pptx

优化轨头廓形改善轮轨匹配;我国轮轨匹配面临的问题

轮轨接触不良与滚动接触疲劳

轮轨接触不良与构架横向加速度超限

临界速度与轮轨等效锥度

通过打磨改善轮轨接触

研发新廓形钢轨改善轮轨接触

结论及建议;1.我国轮轨匹配面临的问题;1.1轮轨接触状态

如下图所示，轮轨接触可以按照三个接触区域来进行讨论：

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)。

;轮轨接触在区域A接触，具有轮轨接触应力最小，横向蠕滑率/力很小等特点，是轮轨形面设计所追求的，也是铁路运行所期望的，是轮轨接触的理想状态之一。

;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、单点接触和共形接触，如下图所示。

;1)两点接触

列车在曲线上运行，当轮轨在区域B接触时，通常会产生轮缘力和横向蠕滑，随之导致大的滑动和磨耗，并加速轮缘磨耗，直到轮缘形状与钢轨形状一致为止。

列车在曲线上运行出现两点接触时会加速钢轨的侧磨，也是多年来车轮形面设计所刻意避免的。但两点接触会避免或减少轨距角出现裂纹和剥离掉块。

;2)单点接触

区域B处的单点接触对车辆和轨道的损害最大，在大蠕滑条件下高接触应力会导致钢轨轨距角的疲劳破坏，轻则产生钢轨裂纹，重则造成剥离掉块。伴随出现的大的纵向蠕滑导致钢轨材料的塑性流变，导致车辆蛇行失稳，或引发钢轨交替侧磨。;造成轮轨单点接触的原因主要有以下三个方面：

1）不正确的轮轨形面匹配；

2）钢轨服役后轨头变平，如图a所示；

3）车轮踏面过于凹陷，如图b所示。;3)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。;轮轨接触状态的理想目标

综上所述，无论是高速、重载还是普通铁路，在直线和大半经曲线上运行时，轮轨应在区域A接触，即轮轨接触发生在轨头踏面中心区域。在曲线上运行时，最好是与轮缘形成共形接触。这是轮轨接触的理想状态，也是轮轨形面匹配追求的目标。

;1.2我国铁路轮轨匹配存在的问题

普通铁路轮轨匹配

钢轨形面：我国既有铁路所采用的钢轨断面为50、60和75kg/m，见下图。目前除了大秦等重载铁路上使用75kg/m钢轨、年通过总重小于2500万吨的次重型轨道以及站线等使用50kg/m钢轨外，在主要铁路干线上广泛使用60kg/m钢轨。

;普通铁路轮轨匹配

车轮形面：我国既有铁路运行的车轮形面主要有三种，即用于运行速度低于160公里的机车车轮，客、货车车轮LM形面以及用于运行速度高于160公里的客车车轮LMA形面三者均为磨耗型车轮形面。目前，我国车辆车轮的踏面外形基本情况如下表1-1所示。

;普通铁路轮轨匹配

轨距及轨底坡：我国除昆明局有部分米轨铁路外，均为标准轨距铁路，即轨距为1435mm。我国铁路的轨底坡自1965年起，全部由1∶20改为1∶40。

轮对内侧距：我国铁路车轮轮对内侧距为1353mm。

;高速铁路轮轨匹配

在高速铁路上，全部采用标准轨距，以及60kg/m钢轨，轨底坡为1：40，轮对内侧距为1353mm。

在时速200km～250km的高速铁路上，主要运行三种动车组，即CRH1（车轮形面为中国的LMA）、CRH2（车轮形面为中国的LMA）和CRH5（车轮形面为XP55）。

在时速300km～350km高速铁路上运行的主要有CRH2-300（车轮形面为中国的LMA）和CRH3动车组（车轮形面为改进的S1002，即S1002CN）。

;国内外轮轨匹配基本参数

车轮型面具有一定的锥度，由于存在轮轨游隙，轮对可相对于轨道做横移和摇头运动。轮轨接触几何关系是由5个基本参数决定的，称为轮轨几何五要素，如下图所示。它们是轮轨型面、轨距Lr、轨底坡、轮对内侧距Lw和车轮名义滚动圆半径r0。

;综上所述，国内外铁路主要轮轨关系参数见表1-2。可见，我国高速铁路轨道采用的轨底坡和轮背距均与既有铁路相同，而4种动车组采用了3种车轮形面，其轮轨关系参数与国外高速铁路不完全相同。可以说，我国高速铁路的轮轨关系较国外的更为复杂。;我国铁路轮轨匹配存在的问题

我国既有铁路货车和客车（时速≤160km）用磨耗型车轮踏面LM是根据20世纪80年代我国铁路车轮的实际磨耗情况设计出来的，其出发点是减少车轮的磨耗以及提高曲线的通过性能，其与60轨匹配情况见下图。

;我国铁路轮轨匹配存在的问题