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技术创新与应用研究2025年2月(第3期)

车辆LM型踏面与60轨接触有限元分析

王彦一

（辽宁铁道职业技术学院，辽宁省锦州市，121000）

摘要近年来，因为铁路运输具有载量大、速度快、能耗低、成本小等优点。铁路逐渐成为我国最重要的运输方式，

关系着整个国民经济的发展，但随着车速的提高和轴重的不断加大，各种各样的故障层出不穷，隐患也逐渐增多，

严重影响了行车的安全。其中，轮轨隐患尤为严重。轮对和钢轨是铁路运输的重要组成部分，没有轮轨间的相互

作用就没有列车的安全运行。因此，分析轮轨间作用力，有效降低轮轨安全隐患十分重要。本文严格参照车辆轮

对LM型踏面和60kg/m钢轨真实的几何形状，采用Pro/E建立模型，然后采用有限元前处理软件Hypermesh对建

立的模型进行网格划分，最后采用有限元分析软件Marc进行分析计算。得出了一些轮轨接触的结论。

关键词轮轨关系；踏面；有限元法；接触斑；接触应力

中图分类号：U270.3文献标识码:A文章编号：1002-1221(2025)03-0213-03

铁路是国家重要的基础设施，是大众化的交通工第四，车轮在钢轨上匀速滚动，无横向力，横向速

具，在我国综合交通运输体系中处于骨干地位。现阶段，度为零，摇头角为零。

中国铁路仍处在高速发展的上升期，铁路正向着高速和遵循以上假设，采用Pro/E严格依照车轮、钢轨的

重载方向不断进步，但随之而来的列车故障无时无刻实际几何形状建立模型。LM车轮踏面主要由主圆弧半

不在制约着铁路发展的脚步，其中轮轨隐患尤为严重。径，过渡圆弧半径和轮缘根部圆弧半径组成。60kg/m

列车运行速度越快、自重载重越大，带来的轮轨磨耗就钢轨型式尺寸数据来自中华人民共和国铁道部1993年

越多。影响轮轨寿命的同时，轻则可能带来热轴故障、10月1日实施的铁道标准数据几何形状。

踏面擦伤剥离、钢轨形变、噪声等问题，重则可能造成由于轮对和钢轨的结构都是对称的，载荷也是对称

列车脱轨。为了解决这一问题，最好的办法是从理论的，为减少工作量，在建立模型时，只取一个车轮和

层面研究轮轨接触问题，然后理论联系实际逐一破解。半轴，钢轨也只取单侧。

本文就采用有限元方法，分析车辆LM型踏面与60轨在由于踏面的形状较为复杂，因此我们采用多个圆

不同位置接触的情况，从理论层面研究轮轨接触问题，弧拼凑成踏面外形，所以划分网格较密，钢轨头部位

为处理实际问题打下坚实基础。置因为承受轮对载荷，会产生较为复杂的应力，会发

有限元法是一种数学模拟方法，是一种为求解偏微生较为复杂的变形，为了确保计算结果的准确性，所

分方程边值问题近似解的数值技术，也被称为有限单元以网格划分较密，而轨枕和钢轨底部，由于受力单一，

法。是利用简单的单元作为元素，用有限数量的未知量网格画的较为稀疏。一般按照在轮轨接触点附近处划分

去逼近无限未知量。30-50个1mm*1mm*1mm的网格单元，以确保接触斑能较

在轮轨受力分析中，我们将轮对与钢轨的整体结构为精确地在接触区表现出来，必要时也会增加接触区

用有限单元法分割成有限个简单形状的单元，再将单元的网格数量。但是也应注意网格数目不能过多，以免

的数量逐渐增大以逼近无限，形成一个由有限个单元组造成过长的分析计算时间和影响收敛性。总体上每种

成的组合体，来代替原来的实际结构。通过观察并计算配合的单元总数在4万个左右。

有限个单元在不同接触位置、