铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系ppt课件.ppt
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1、1,铁道车辆轮对结构与轮轨接触几何关系,2,主要内容,第一节 轮对结构认识 第二节 轮轨接触状态认识 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,4,1 轮对设计要求,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); 应不仅能够适应车辆直线运行,同时又能够顺利通过曲线和道岔,而且应具备必要的抵抗脱轨的要求; 应具备阻力小和耐磨性好的优点,这样可以只需要较小的牵引动力并能够提高使用寿命。,5,2 轮对形状尺寸与线路相互关系,轮缘 滚动圆直径 轮缘内侧距 车轮踏面斜度,6,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、 滚动圆直径:车轮直径大小,对车辆的影响各有利弊: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,对于地铁车辆还可以减小建筑限界,降低工程成本;但是,小直径车轮可使车轮阻力增加,轮轨接触应力增大,踏面磨耗较快,通过轨道凹陷和接缝处对车辆振动的影响增大。轮径大的优缺点则与之相反。,2 轮对形状尺寸与线路相互关系,7,(3) 轮对内侧距,8,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
3、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;,9,安全通过辙叉,10,顺利通过曲线,11,轮缘内侧距选取,12,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),13,为了使无论哪种踏面形状均能够防止 车轮脱轨,因而车轮都设有轮缘。 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
4、面(踏面带有一定的锥度) 圆弧踏面(磨耗型踏面,踏面带有圆弧),3. 踏面类型,14,车轮踏面外型,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。,15,锥形踏面 (TB),16,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。,采用凹形车轮踏面,不仅可以减缓磨耗,延长使用寿命,而且有利于车辆曲线通过,并使轮缘力有所降低。,磨耗型踏面形成,17,磨耗型踏面(L
5、M),18,磨耗型踏面(LMA),19,轮对内侧距 滚动圆半径 轮缘 轮缘厚度 轮缘角度 轮缘高度 踏面 等效踏面锥度 回转半径差 接触角度差,4. 车轮参数定义,轮轨接触分析,车轮磨耗特性参数 Sh: 轮缘高 Sd: 轮缘厚度 qR: 轮缘形状限度,车轮外形的主要参数,21,磨耗型踏面(XP55),中国标准 ; 中国轨道的典型磨耗型外形SYSZ40-00-00-00 (160 kph) ; S1002欧洲标准外形; XP55 TGV 韩国外形,车轮外形吻合,23,对脱轨安全性要高; 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
6、过道岔; 耐磨性要好,即使产生了磨耗,其形状变化也要小。,5. 车轮踏面设置要求,踏面设计目的性问题,24,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,25,一般地,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,26,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
7、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,性能认识差异,27,车轮踏面形状和接触参数对从钢轨向车上输入的能量影响,28,两种踏面对线路激扰响应比较,速度V=270km/h,波深a=1.0mm,29,与车轮相关的几个参数,车轮踏面锥度 车轮踏面等效锥度(斜度) 重力刚度 重力角刚度,30,等效斜度,31,等效斜度(续),32,锥形踏面车轮滚动圆附近成斜率为0.l的直线段,在直线段范围内车轮踏面斜度为常数。,当轮对中心离开对中位置向右移动横移量yw,那么左右车轮的实际滚动圆半径分别为:,rL=r0- l
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