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轮轨形面和硬度

匹配技术研究;目录;一、轮轨接触状态的理想目标;轮轨接触可以按照三个接触区域(如图1-1所示)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、一点接触和共形接触，如图1-2所示。

;当车辆通过小半径曲线、或轨距发生变化、或轨面出现不连续(如道岔、接头、擦伤)等情况时，轮轨往往会在区域B接触。轮轨在该区域接触，可能使轮轨出现早期伤损以及影响车辆的导向性能和稳定性，是轮轨形面设计力求防止的。; 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防止的。但两点接触会防止或减少轨距角出现裂纹和剥离掉块。; 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，轻那么产生钢轨裂纹，重那么造成剥离掉块(图1-3)。伴随出现的大的纵向蠕滑导致钢轨材料的塑性流变，更危险的情况是导致车辆蛇行失稳，并由此引发钢轨交替侧磨。;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1-4所示；

3〕车轮踏面过于凹陷，如图1-5所示。; 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。

;在一些特殊情况下，轮轨接触会发生在区域C(钢轨和车轮外侧接触区)。这种情况会导致车轮形???外侧产生高的接触应力(图1-6)；或者在远离车轮边缘接触，将导致车轮踏面外侧出现假性轮缘。这两种情况经常同时发生，此时将产生如图7所示的接触状态，从而出现大的接触应力和纵向蠕滑，恶化车轮导向性能，加速轮缘磨耗。

;;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，即轨顶踏面中心区和车轮踏面中心区接触。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。

;一、轮轨接触状态的理想目标;一、轮轨接触状态的理想目标;一、轮轨接触状态的理想目标;一、轮轨接触状态的理想目标;一、轮轨接触状态的理想目标;;;钢轨形面：德国高速铁路，初期铺设UIC60钢轨〔60E1〕。2003年后，德国研制了具有新轨头形面的钢轨断面〔60E2〕，并在高速铁路上铺设使用。

车轮形面：德国铁路也采用S1002磨耗型车轮踏面。

;;;钢轨形面：我国既有铁路采用的钢轨轨型为50、60和75kg/m。轨头形面均不相同。其中，50kg/m钢轨的轨头由R300和R13等圆弧组成，60kg/m钢轨轨头由R300、R80和R13等圆弧组成，75kg/m钢轨由R500、R80和R15等圆弧组成。;我国车轮形面：

我国铁路早期使用的车轮形面为锥型踏面TB车轮，上个世纪80年代，开展了磨耗型车轮踏面的研发工作，随后，大局部采用磨耗型LM车轮踏面。;;;;我国在高速铁路上，主要运行4种动车组，即CRH1、CRH2、CRH3和CRH5。

其中，CRH1〔庞巴迪原型车〕和CRH2〔日本原型车〕，车轮形面采用我国的LMA；

CRH3(德国原型车)车轮形面为S1002G;

CRH5〔法国原型车〕车轮形面为XP55。XP55车轮实际上是一个锥形车轮，具有5.5%的锥度，适合在1：20轨底坡的铁路上运行使用。;;;;国别;国外高速铁路轮轨匹配良好：;我国轮轨匹配存在的问题：;我国铁路采用1：40轨底坡，在刚铺设使用的新钢轨上，轮轨接触光带不在设计的轨头踏面中心。图3-1为已运行近1年〔2007年4月开通，2008年1月测量〕的西环线钢轨光带〔钢轨未打磨〕。;在既有线上，由于轴重较大，一般情况下轮轨可以自然磨合，钢轨使用后轨面光洁，不会出现滚动接触疲劳伤损〔RCF〕，见图3-2〔成渝线〕。;三、轮轨匹配不良带来的危害;图3-3既有线插入钢轨的光带，说明轮轨接触发生在轨距角;图3-475kg/m钢轨使用两个月，出现明显的剥离掉块;直线上铺设硬度较高的钢轨时，轮轨间不能通过自然磨耗而磨合，由于轮轨不匹配，造成轮