火车车辆工程论文

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浅谈铁路工程技术研究论文

铁路工程技术论文范文一：浅谈铁路工程技术与发展

摘要：铁路工程技术，主要表现为施工技术，施工技术管理包括技术基础工作、施工过程技术管理工作、技术开发与技术总结四大部分。本文以铁路的工程技术、材料及铁路的发展做出的探讨。

关键词：工程技术工程标准 高铁发展

中图分类号：K826.16 文献标识码：A文章编号：

1.铁路工程技术标准的确定

因为铁路科学技术在不断地发展，铁路工程技术标准也在逐步更新。铁路工程技术标准主要有以下几点：⑴轨距：铁路轨道两股钢轨头部内侧之间的最短距离。铁路工程技术标准规定：标准轨距为1435毫米。轨距大于或小于标准轨距的分别称为宽轨距和窄轨距。⑵坡度：铁路区段内在规定的行车速度下对机车牵引重量起限制作用的坡度，即一个一定类型的机车，牵引一定重量的列车在上坡道上能够以“计算速度”运行的最大坡度，称为该线的限制坡度。⑶曲线半径：铁路平面的中心线，由直线和曲线(圆曲线及缓和曲线)组成。曲线设置在两相邻直线间。列车以一定速度通过曲线时，为了列车的安全，曲线最大外轨超高和未被平衡的离心加速度应受限制。当列车以求得的“平衡速度”通过曲线时，能够保证列车安全、稳定的圆曲线半径的最低限值，称为铁路的最小曲线半径。⑷限界：为了保证机车车辆的安全运行和铁路建筑物不受损害,需要规定几种横断面的轮廓尺寸,以约束机车车辆的构造外型尺寸和建筑物设备的位置，这种规定称为铁路限界。⑸到发线有效长：到发线是站线的一种，是供列车到达或出发使用的线路。到发线供列车停留而又不妨碍邻线行车或调车的长度，称为到发线有效长。一条铁路线路的到发线有效长应根据这条铁路的等级、输送能力和所处的地形，并考虑与相邻区段到发线有效长的配合等因素决定。⑹洪水频率：根据数理统计原理，推算一定大小的洪水在任何一年会发生的概率，常以分数 1/T来表示。⑺标准活载：在铁路桥梁和线路建筑物设计中，要考虑各种可能产生的外力作用，其中主要外力之一就是列车的活载。但是铁路上使用的机车车辆类型繁杂，车列组合形式也不尽相同，因此需要制定一种有代表性的车列组合，作为设计的依据，这种特定车列组合所形成的活载，就称为标准活载。

2.桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计标准

为统一铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计标准，贯彻国家有关法规和铁路技术政策，使设计符合安全适用、技术先进、经济合理，以下的要求： 材 料：⑴混 凝 土――混凝土强度等级可采用C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、 C60。钢筋混凝土构件当采用HRB335级钢筋时，桥跨结构混凝土强度等级不宜低于C30。其它结构混凝土强度等级不宜低于C20。预应力混凝土主要承重结构的混凝土强度等级不宜低于C40。管道压浆用水泥浆强度等级不宜低于M35，并掺入阻锈剂。混凝土的骨料选择及碱含量应符合《铁路混凝土工程预防碱―骨料反应技术条件》(TB/T3054)的规定。混凝土中的氯离子含量不得大于0.06%，在有腐蚀性环境下的桥涵结构应采取耐腐蚀措施。 ⑵钢筋 ――铁路桥涵混凝土结构可采用下列类型的普通钢筋和预应力钢筋：①普通钢筋宜采用Q235和HRB335钢筋，其技术条件应符合现行国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》(GB13013)和《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》 (GB1499)的规定。承受疲劳荷载的桥涵结构(≤0.5)， HRB335钢筋的化学成分6MnC+应小于或等于0.5%。 ②预应力钢丝应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢丝》 (GB5223) 的规定。③预应力钢绞线应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》 (GB5224)的规定。④预应力粗钢筋可采用预应力混凝土用高强度精轧螺纹钢筋。 注：⑴普通钢筋系指用于钢筋混凝土结构中的钢筋和预应力混凝土结构中的非预应力钢筋。⑵严禁使用经高压穿水处理过的HRB335级钢筋。

3.中国高速铁路关键技术

⑴接口设计：高速铁路技术是轨道，桥梁，路基，通信，信号，电力，牵引，供电，环保等专业技术高度集成的创新性工程体系。系统中各专业的技术创新, 都将对桥梁技术的发展起到促进作用。在高速铁路的大系统中统筹考虑桥梁技术发展,综合考虑专业之间的接口以及设计、 施工、 运营、 养护维修技术。

⑵运营养护：随着高速铁路陆续建成, 在提高建设质量的前提下,特别急需系统完善运营及养护维修技术,进而形成我国高速铁路桥梁运营养护维修的技术与管理体系。

⑶高速铁路应用技术:随着材料和加工技术的进步, 目前我国桥梁支座已经形成了多种材料系列化定型产品,同时也形成了系列化设计、 加工、 安装、 养护维修方面的技术规程。为满足高速铁路桥梁更高的刚度需求、 适应某些区域沉降地区特点、 预留建成后沉降的调整条件,我国已研发了满足调高需求的可调高盆式橡胶支座。

⑷高性能混凝土材料应用技术：结合我国环境特点和材料、 工艺、 装备水平, 高速铁路工程多采用高性能混凝土材质。高性能混凝土是选用优质原材料, 掺加矿物细掺料和高效外加剂,采用现代技术制作的混凝土,具有低水胶比配制特点,能满足结构耐久性、 体积稳定性等要求。目前我国已初步掌握高性能混凝土工作机理、 材料控制标准、 工艺等主要技术,系统制定了设计、 施工、验收规范规程。

4.现代铁路发展动向综述

从一开始起铁路优于其他交通运输工具的地方是速度较快和每列列车装载较多。现代铁路又在高速及重载方面有新的发展。

⑴提高速度

法、意、联邦德国、英、苏、美等国铁路都用不同的方法致力于提高旅客列车速度。在技术上，采用传统轨道将旅客列车速度提高到250公里/时左右已成为可能。此外，德、日、法等国正在探索磁浮式铁路，试验时速已突破500公里。

⑵增加载重量

指的是：①增加货运车辆载重，在原有桥梁与轨道荷载潜力范围内提高车辆轴重与增加轴数，货车载重可达100吨。②增加列车中车辆数目，列车编组为100～150辆，最多达200辆，用机车5～8台分挂于列车各部，列车长为1800～4000米，列车货物载重1～2万吨。③发展循环专用列车或单元列车，即为一个特定用户专编车型一体化的直达列车，在两固定站(如矿区、港口等)之间循环运行。重载长大列车的运输成本在美国比普通货运列车约降低1/3～1/4，在货运量大的线路上有明显的经济效益。

⑶新的课题

现代铁路的发展给铁路工程提出了不少新问题，例如：客运和货运线路标准之间的巨大差别;加修第二线的最佳时间;站坪长度、坡度、曲线的优化设计;轨道结构的强度与稳定性等，都有待于深入研讨。

总结

新技术的发展是高速铁路发展的需要,如何处理技术参数标准和高速之间的统一和矛盾是今后铁路研究的重要课题。铁路建设工程管理是一项综合的管理过程，它涉及的专业知识面广，专业种类多，具体管理内容多，各方协调关系复杂，如何科学地把握好工程管理中各个环节，使之不出问题或出了问题后能妥善、尽快及时地解决，是铁路管理工作应着重考虑的地方。

参考文献：

中华人民共和国铁道部. 新建时速 300 ~ 350公里客运专线铁路设计暂行规定 (上、 下 ) [ S ] . 北京: 中国铁道出版社, 2007

林峰.公路路基施工问题探讨[J].四川建材，2007，6.

李萍.浅谈公路路基施工技术要点[J].青海交通科技，2007，5.

铁路工程技术论文范文二：铁路工程中轨道铺设施工技术

摘要：铁路工程在我国的交通业之中，具有十分重要的作用，直接推动着我国经济的发展，因此需要保证其质量，铁路工程之中，轨道铺设技术是其十分重要的组成部分，基于此，本文探讨了铁路工程之中轨道铺设相关技术。

关键词：铁路工程;轨道铺设

中图分类号：TU74文献标识码： A

引言

铁路轨道的施工对整个铁路建设工程来说具有重要意义，铁路轨道施工是一项非常系统的工程，需要事前严谨规划、合理设计。铁路轨道施工质量的好坏直接关系到铁路工程能不能正常投人运行。在文章中，笔者从正线铺设道床的施工工艺出发，系统探讨了铁路轨道施工的工艺。

1、道床预铺底碴

底碴是铁路道床的重要组成部分，位于道床道碴层和路基基床表层之间，起着传递、分散列车负荷的作用，并防止底碴和路基颗粒之间互相渗透，既防止了渗水过度，也起到了防冻保温的作用。使用的道碴应进行品种、外观的检验，质量必须符合现行《铁路碎石道床底碴》的规定。碴面平整度不得大于10 mm。道岔前后各30 m范围内应做好顺坡并碾压。

2、轨排拼装

轨排在铺架基地设单线往复式轨排生产线拼装，轻轨锚固及轨排拼装采用固定式锚固拼装作业线拼装，轻轨锚固采用反锚方法，利用熔锅熬制硫磺砂浆，拼装由散枕、翻一道枕、上锚固板、翻二道枕、灌浆锚固、翻三四道枕、匀枕、散扣件、布轨、预上扣件、扣件紧固、质量检查、吊轨排等工序组成。

3、机械架梁

施工前先做好施工调查，做好架梁准备，对填土质量、桥头地形、地貌情况、墩台施工质量等进行调查复核。了解梁片的技术标准、生产日期、直曲线梁标识、几何尺寸的验收，避免不合格桥梁的出现。架梁的主要工序包括：复测桥跨及墩台支撑垫石几个尺寸、桥梁准备、桥头路基加固、架桥机定位、桥梁换装、喂梁、吊梁、落梁、安装支座、焊接连接板、铺桥面轨、梁肋及支座锚栓孔灌注混凝土、桥梁接缝处理、封锚、桥面板等。

4、底碴摊铺作业的道碴摊铺设备

在底碴摊铺过程中，为了确保因路基基层床表层轨道作业不当而影响道碴的平顺性和均匀性，选用国内合资的Titan423型摊铺机铺设底层道碴，该道碴摊铺设备具有经济实用的特点，另外，在底碴摊铺工序中，也可以采用平地机和压力机等机械设备，通过人工配合作业的方式来设底碴摊铺，但是，这种人工配合作业的方式在施工过程中难以控制，难以保证摊铺质量。针对某铁路客运专线轨道工程施工，其主要采用Titan423型摊铺机改造后的设备来进行底碴摊铺施工，其主要通过改造摊铺机系统中的刮板输送带，即改变刮板输送带的节距，并加上一层橡胶垫板，提高刮板输送带的结构强度。

5、轨道铺设机组配置

由于国内外出现了各种各样、不同种类的铺轨机组，目前，轨道铺设施工主要有群枕法、单枕法等铺设方法，这就要求不同的铺设方法应采用不同的轨道铺设机组配置，而轨道铺设中使用最多的是单枕法，针对单枕法的机组配置，主要包括瑞士马蒂萨公司生产的TCM60行铺轨机组、美国HTT公司制造的NTC性铺轨机组和国内生产的PC500型铺轨机组，第一，对于TCM60型机组铺轨机组，其最高布整速度可以达到15根/min，2.2km/(12h)，由于履带走行器宽度与轨枕长度相同，并且钢轨与轨枕同车装运，不仅能保持道碴平整度，也能提高车辆利用率，缩短钢轨铺设时间，但是，由于布设的`轨枕容易倾斜，则容易造成轨枕倾翻;第二，对于PC500型铺设机组，其最高布整速度也可以达到15根/min，2.2km/(12h)，由于垂直布设轨枕，布枕准确，钢轨与轨枕同车装运，车辆利用率高，钢轨铺设时间段，能够是实现一次铺设长500m钢轨，该铺设机组性能好，价格低廉实惠。该铁路客运专线轨道工程施工主要采用TCM60型铺设机组设备进行轨道铺设。

6、补碴、MDZ机组作业中的机组配置

针对MDZ作业机组，其主要进行线路维护作业，采用MDZ作业机组配置进行线路维护作业，不仅可以提高轨道铺设质量，也可以提高轨道铺设的平顺性和密实度，针对某铁路客运专线轨道工程，其主要采用SPZ-200型双向道床配碴整形车、WD-320型动力车、08-32型自抄平起拨道捣固车等MDZ作业机组，其都是基于集机、电、液、气于一体化的大型线路机械，第一，SPZ-200型双向道床配碴整形车是一体化的自行式大型线路机械，主要对道床进行抛碴、清扫轨枕;第二，WD-320型动力车可以将道碴重新排列，其工作原理是通过激振装置产生的垂直静止压力，使道碴发生相应的变化，从而提高道碴的密实度和精度，进而提高线路作业效率;第三，08-32型自抄平起拨道捣固车，目前，已被升级为09-32型自抄平起拨道捣固车，其具有作业效率高、操作方便的特点，在补碴、MDZ作业中，该配套技术不仅可以进行起道、抄平等作业，也可以进行枕端道喳夯实作业，通过ALC自动导向技术来实现现场作业的实时监控，即控制主车的作业速度和降低车体冲击次数，从而提高作业的准确度。

7、钢轨的焊接

施工中使用u75v的热轨性能更好，并且价格合理，适合在地铁施工中推广。我国的钢轨焊接工艺分为气压焊、接触焊和铝热焊三种。气压焊运用电流通过电阻时产生的大量热量进行钢轨焊接，并经过一定的顶锻加工达到焊接所需的效果。接触焊的焊接效率相对更高，焊接的质量也更好，是目前世界范围内广泛使用的焊接方式。铝热焊的施工环境比较差，焊接后钢轨接头的质量没有保障，焊接后接缝处的极限强度只能达到母材的70%，所以一般地铁轨道施工焊接中不采用这种方式。但针对轨道交通中既有线钢管和续建部分钢管的焊接，使用铝热焊具有明显的优势。铝热焊的焊接工艺相对简单，比较适合流水性较强的作业。在进行铝热焊施工作业时，首先要对氧气瓶、加热的工作压力等进行严格控制，以此保障焊接的顺利实施和焊接的质量。

8、站线人工铺轨的施工工艺分析

8.1、站线人工铺轨施工前的准备

站线人工施工前的准备主要包括三方面的内容，具体如下:第一，根据工程施工组织的计划以及工期的安排，精心组织轨料和轨枕的进场;施工所需要的施工设备应当由卡车运抵施工现场。第二，在铺轨之前，应当根据信号专业设计的标准进行信号的测定，从而合理确定绝缘接头所处的位置。第三，在铺轨之前，应当准备好施工的材料和施工的用具，检查施工机械和施工机具的性能是不是完好等

8.2、施工工艺分析

人工铺设。从站线的一段岔尾部开始铺设，根据铁路信号绝缘接头的位置来确定非标轨的具体长度;使用单轨车把钢轨沿着正线均匀散布到位，然后用合乎工艺标准的抬轨钳用人工的方式抬人承轨槽，并与之进行连接

轨枕位置用白漆标杆在一侧钢轨内侧，而在曲线地段标于外股钢轨轨的内侧，而另外一侧则用方尺进行定位如果一侧钢轨扣件上的太紧，则需要进行相应的调整，然后再进行温度的计算轨道线路达到施工标准之后，应用机车进行压道处理，然后再进行沉落和整修道床，以便使道床的断面符合相关的设计要求;轨道的配件必须齐全，做到钢轨、坡脚线和渣肩线三线平行。

此外，在上渣整道过程当中，应该对轨道线路的方向、水平以及标高、接头错才、超高等进行仔细检查，发现问题应立即整改。

9、轨道床裂缝的修补

一般对影响轨道床整体强度、危及列车行车安全的裂缝需要提前停止地铁运营，封闭修补区域，掺入早强剂并用混凝土浇筑来修补裂缝，保证尽快恢复地铁运行。但这种方法对轨道运行的影响比较大，目前多运用“封口注胶”的方法来修补裂缝。首先对裂缝表面进行处理，去除混凝土表面的灰尘和杂物，然后将封口胶粘在裂缝的中心部位，注入胶体前先检查裂缝的状态，保持注入器和孔的间距为20一25厘米。之后将裂缝密封并让封口胶自然固化，为后续工作做准备。封口胶固化后注入灌注胶，等灌注胶固化后清理混凝土表面。

10、结语

铁路助推中国经济快速发展，同时随着中国经济社会的快速发展，铁路工程的建设规模和投资规模将会大幅度增加在铁路工程建设中，轨道的铺设是重中之重，在文章中，结合自身的实际经验，系统分析了铁路轨道施工的工艺，主要有铁路正线道床的铺设工艺、站线人工铺轨的施工工艺等。希望文章有助于提高铁路轨道施工工艺水平。

参考文献

[1]程木珍.浅谈铁路工程中轨道铺设施工技术应用[J].科技信息,2011,05:734+762.

[2]石永军.浅谈铁路工程中轨道铺设施工技术[J].技术与市场,2012,06:228.

[3]薛淑红.海南东环城际铁路轨道工程施工技术方案研究[D].西南交通大学,2013.

[4]屈文波.城市轨道交通工程多种轨道结构施工技术研究[D].西南交通大学,2013.

铁道车辆论文

国际铁道车辆系统动力研究新进展

瑞士Bombar山er公司，研究了采用耦合轮对机车转向架的曲线通过和稳定性优化问题。众所周知，在传统的车辆设计中，曲线通过和稳定性是一对矛盾。研究人员曾采用多种方法试图同时提高这2种基本性能，该文针对机车轮对要传递牵引力的情形，开发了一种轮对交叉耦合机构，可以分离轮对导向和牵引力传递功能，并在瑞士联邦铁路公司460系列机车上成功应用，其车轮旋削周期较以前延长3倍一4倍。
美国运输技术中心(TTCl)H．Wu研究了货车转向架心盘摩擦对曲线通过和横向稳定性的影响，并对目前采用的心盘润滑材料进行了评价。主要结果如下：(1)在正常的车辆和轨道状态下，心盘润滑条件对轮轨横向力影响很小；
(2)对于采用滚动接触旁承(RSB)的货车而言，心盘摩擦因数对车辆横向稳定性有重要影响，为了降低货车蛇行危险，心盘摩擦因数最小不能低于0．3；
(3)常接触旁承(CCSB)可以有效地改善货车横向稳定性，于采用常接触旁承的货车来说，心盘摩擦对车辆失稳速度影响很小；
(4)仿真结果显示，常接触旁承较滚动接触旁承平均提高蛇行失稳速度约16km凡；(5)聚酯作为心盘摩擦材料具有良好的应用前景。
此外，澳大利亚昆士兰中央大学的Y．Handoko等利用VAMPIRE软件首次研究了非对称制动力对货车曲线通过性能的影响。他们简单地采用正负摇头力铁道车辆 第42卷第1期2004年1月矩来模拟非对称制动力的作用。结果表明，货车通过曲线时若施加负的摇头力矩将增大冲角和轮轨横向力，不利于曲线通过。
2车辆运动稳定性研究进展
车辆非线性运动稳定性属于理论性很强的研究领域，甚至涉及浑沌、分叉等深层次概念。近2年国际上对此专题的研究仍以理论研究为主，但出现了一些新观点，如曲线上的运动稳定性、轨道体系对车辆运动稳定性的影响等。
丹麦工业大学H．True等在转向架非线性运动稳定性及分叉研究的基础上进一步分析了具有干摩擦悬挂阻尼货车轮对的动力学稳定性问题。
澳大利亚F．Xia和丹麦工业大学H．Tme研究了三大件式货车转向架的动力学问题，其主要特点是考虑了楔块二维干摩擦特性(以前均简化为一维问题)，计算出了三大件式货车转向架的线性和非线性临界速度分别为102．6km凡和73．8km凡。计算结果说明三大件式货车转向架呈现浑沌运动。
澳大利亚Y．Q．Sun等强调在货车蛇行运动稳定性计算中考虑轨道离散支承模型的重要性。结果表明，考虑粘弹性轨道模型计算得出的蛇行失稳临界速度要低于不考虑轨道模型(即“刚性”轨道)之值，一般低10％以下。值得指出的是，这一工作早在2年前已由中国西南交通大学完成[：，引。他们采用车辆—轨道耦合动力学方法求解车辆临界速度，其结果是，采用中国的铁路参数，车辆临界速度差异在8％以下(考虑实际轨道弹性结构时临界速度更低)，结果是类似的。该项研究结果对经典的车辆动力学计算方法(不考虑轨道结构弹性)中车辆临界速度的计算提出了质疑。因为经典方法会过高地估计车辆运行稳定性，因而是偏于危险的。
德国DLR的J．Arn01d等探讨了考虑车轮弹性对铁道车辆运行性能的影响，认为轮对结构弹性会导致较刚性轮对更大的横向振幅，因而也会影响到整车的运行性能。
波兰华沙技术大学K．noinski等认为，考虑铁道车辆在曲线轨道上的运动稳定性是必要的。而在此之前人们研究车辆运动稳定性问题一般是针对直线轨道上车辆自激振动横向稳定性，曲线轨道(半径及超高等)被认为是一种外界激扰源而抑制了自激振动，因此该文必将引起一定争论。
德国G．Schupp从理论上讨论了机械系统数值分叉分析方法在铁道车辆运动稳定性中的应用可能性。

3．2国外应用情况
纽约地铁l 080节新车厢，每年补充200节新车厢；美国、加拿大、南非等国重载货物列车数千辆；美英国道比AEA铁路技术公司J．R．Evans等针对近年来英国铁路愈来愈严重的轮轨滚动接触疲劳(RCF)问题，从车辆动力学角度分析RCF产生的原因及防止途径。首先开展了准静态曲线通过仿真分析，给出了车辆悬挂设计、轮轨踏面、润滑及车速等因素对轮轨滚动接触疲劳的影响关系；其次，进行了动力学仿真分析，这更有助于确定引起RCF的接触条件，并可分析轨道几何不平顺对RCF的影响。
南非SPOORNET的R．Frohling等从理论分析和运用经验方面介绍了大轴重(30t)条件下车轮踏面磨耗及滚动接触疲劳问题。该项研究主要是结合在瑞典运营的新型货车UNO所出现的车轮磨耗严重及踏面剥离损伤问题而开展的理论分析工作，最后提出了对车轮型面重新设计的方案。
此外，法国J．B．Ayabse和H．C1＼011et对半赫兹条件下轮轨接触斑的求解方法进行了研究。英国I．Persson等采用遗传算法对铁路车轮型面进行了优化，并认为该方法可以用于钢轨断面优化及轮轨型面匹配研究。
4 车辆系统动力学其他领域研究进展
在本届国际会议上尚有其他一些与车辆系统动力学相关的论文进行了宣读、交流，主要包括车辆悬挂(主动)、弓网动力学及车辆空气动力学等几个方面。相对而言，这些方面的论文数量较少，但也展示了铁路车辆系统动力学研究中的一些新问题。
4．1 车辆悬挂
日本M．Adac山为了同时提高车辆曲线通过性能和运动稳定性，在车辆二系悬挂中增加了辅助弹簧(横向弹簧)，采用VA朋PIRE软件进行了动态仿真，结果显示，该措施可以减小高速曲线通过时车体稳态横向加速度。
中国西南交通大学邬平波等采用柔性车体模型并
考虑半主动悬挂研究了客车的动力学响应。车体模型考虑了一阶垂弯、一阶横弯和一阶扭转模态，车辆其他部件仍视为刚体。计算比较了刚体和柔性车体模型下车体的垂向、横向平稳性指标，并利用滚动振动试验台进行了半主动悬挂试验。
日本H．nunashima等试图采用二系主动悬挂来改善A(>T(自动轨道运输)车辆的乘坐舒适性。采用Ho控制理论实现横向力的主动控制，仿真结果显示A(订车辆乘坐舒适性可以得到明显提高。
4．2 弓网动力学
瑞典P．Harell等针对多受电弓受流情形，研究了接触网区段叠合(图8)对弓网动力学的影响，此项研究此前未见报道。接触网叠合区
意大利S．Bru山等讨论了受电弓—接触网系统的中频、高频动态相互作用，主要分析了弓网接触力与离线之间的关系、吊杆对接触力的影响以及接触导线不规则磨耗的成因等问题。
4．3 空气动力学
意大利F．Cheli等采用数值仿真和风洞试验的方法研究了给定风场下作用于铁道车辆车体上的空气动载荷及其相应的车辆响应。
日本铁道综合技术研究所M．Suzuh等采用运行试验和数值分析方法研究了列车在隧道中运行时车辆振动与空气动作用力的相互作用，以及减轻空气动力所导致的附加振动的对策。
5 车辆系统动力学研究展望
综上所述，近2年来国际上铁道车辆系统动力学研究进展显著，特别是在提高车辆曲线通过性能、提高车辆运行稳定性和解决

车辆微道相互作用实际问题等方面研究十分活跃，研究出许多新方法和新技术。结合这些研究进展，笔者认为今后在以下方面将会引国际铁道车辆系统动力学研究新进展 翟婉明起普遍关注并得到进一步发展：
(1)随着列车向快速化及高速化方向发展，综合解决车辆直线运动稳定性和曲线通过性能的方法、途径和技术措施将会继续成为广大铁路研究人员研究的热点之一。
(2)主动控制技术是改进铁路机车车辆运行品质的有效方法，在铁路发达国家已得到广泛应用。然而，随着铁路运输与航空、公路运输竞争的进一步激化，不断提高列车运营速度并同时提高乘坐舒适性已成为现代铁路追求的目标。而实现这一目标的手段在很大程度上便是采用先进的主动控制技术。因此，这一领域发展前景广阔。
(3)轮轨接触理论研究已日臻完善，而轮轨运输系统中由于轮轨滚动接触而产生的问题越来越多。因此，如何合理运用轮轨系统动力学(车辆做道系统动力学)理论研究解决这些实际问题(如轮轨不规则磨耗、滚动接触疲劳问题)，必将成为本领域研究的一个重要方面，而要解决不规则的轮轨磨耗难题，需要发展同时考虑车辆俄道高频相互作用和损伤机制的综合模型。
(4)车辆微道相互作用研究已越来越能反映铁路中的各种实际因素，今后将进一步走向实际工程应用，如高速(快速)铁路桥头过渡段轨道设计、大轴重货车对线路的动力作用研究、轮轨磨损及轨道沉陷预测、车辆榇道动态相互作用脱轨研究及安全评判标准确定等。
(5)高速列车运行过程中(特别是通过隧道时)空气动力效应对车辆振动性能的影响问题已日益受到人们的关注，是进一步改善乘坐舒适性(包括降低噪声)不可回避的研究课题。
(6)动力学仿真技术已在国际车辆系统动力学研究与应用领域得到十分广泛的应用，发挥了极大效用。各种车辆动力学仿真软件日益成熟。我国应注意这一趋势，组织开发各种大型通用动力学软件，为机车车辆动力学性能优化提供科学工具。与此同时，必须重视仿真软件的试验验证，只有经过广泛验证的软件才能用于指导生产实际。

谁那里有铁道工程的毕业论文急需（5000字）

铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗
摘要:阐述了铁道机车车辆轮轨摩擦磨损的现状;研究了内燃机车车轮、闸瓦和钢轨的消耗数
量及相应的维修费用;指出了采用适当的新技术之后,在节能降耗方面会产生显著的经济效益。
关键词:车轮;轮缘;钢轨;摩擦磨损;铁道机车车辆;节能;降耗
　　众所周知,铁路运输是基于轮轨相互作用产生
的黏着牵引力和黏着制动力以实现列车运行的,轮
轨间因摩擦磨损在铁路运输中消耗的能量和能源
很多,耗资也很大。
随着铁路运输向高速、重载发展,因摩擦磨损
所致的事故风险也在增加。轮轨接触面形成的各
种损伤,不但缩短了轮轨的使用寿命,在严重磨损
后还会导致轮对和钢轨失效,危及行车安全。在这
方面,即使在高速铁路成功应用的国家,也曾付出
过惨重代价。例如:1998年,由于轮轴的疲劳断裂
而导致德国ICE高速列车脱轨,造成101人死亡,
84人重伤,直接经济损失约2亿马克。
与此同时,合理利用资源,实行节能降耗,是我
国的一项基本战略决策。为了节约能源,降低铁路
运输成本和机车车辆的制造与修理费用,对机车车
辆轮轨的摩擦磨损状况,需引起高度的重视。应当
采取相应的技术措施,努力将这种磨损造成的损失
降低到最小程度,以达到降耗增效的目的。
1　铁路钢轨的磨耗
据铁路工务部门统计,我国铁路有20%~30%
的路段钢轨磨损率大于国外严重磨损率指标,有
60%的曲线段钢轨因波磨造成严重损伤。摩擦磨
损带来的损失很大。
1.1　钢轨损伤的形态
铁路轮轨作用关系复杂,钢轨磨耗损伤的形态
主要有钢轨的压溃、侧磨、波磨、剥离等,这些占钢
轨总损伤量的80%以上。随着铁路机车车辆的重
载与高速化,轮轨间的摩擦磨损也日趋严重,如钢
轨的压溃与波磨迅速增长,且发生较为普遍(参见
图1)。
1.2　钢轨的年消耗量
据资料记载:“十五”期间,我国铁路钢轨用材
每年基本维持在110万t左右,除新线建设之外,其
中用于既有线路大修和维修消耗的钢材约为70~
80万t/年。
据铁道部安检司调查,2003年因钢轨损伤而更
换所需的材料及人工费用约为50亿元。其中,因
钢轨压溃、侧磨、波磨等导致的损伤,占钢轨总损伤
量的80%以上,即40亿元左右。
2　机车车辆车轮的磨损
车轮是铁路机车车辆的重要走行部件。在列
车运行中,车轮滚动会使车轮踏面和轮缘发生磨
耗,而车轮在钢轨上滑动也会造成踏面损伤。
2.1　车轮损伤的形态
据失效分析统计,铁道机车车辆车轮损伤的主
要类型有轮缘磨耗、轮辋疲劳裂纹、热损伤、车轮踏
面剥离和崩裂等(参见表1和图2)。因磨耗造成车
轮部件失效的主要原因是轮轨接触应力集中、制动
热应力疲劳、累积塑性流动变形、夹杂物应力集中、
内部缺陷应力集中等。
2.2　车轮的消耗
目前,我国铁路机车、客车和货车约有500万
个车轮在运营中。这里所讲的车轮消耗,主要是指
磨损后车轮的维修和更换
以2006年为例,全路的机车、客车和货车就消
耗新轮63·1万只,平均以0·5万元/只计算,所需费
用约为31·55亿元。
在为完成中国工程院下达的“摩擦磨损与工程
应用咨询项目”时,笔者曾于2006年11月赴北京
铁路局丰台机务段进行过“铁路机车车辆关键零部
件摩擦磨损”的现场调研。从丰台机务段调查了解
到:以DF4型机车为例,由于车轮维修或全部更换,
该段平均每台机车每年所需人工费和材料费分别
为3·3万元和42·4万元,这尚不包括因修理或更换
时机车的停运损失。有关该段DF4型机车的旋轮
与换轮费用参见表2和表3;若按2005年全路机车
保有量17 500台推算,仅机车车轮的维修费用就近
5·8亿元。
2.3　制动闸瓦的消耗
在机车车辆制动系统的摩擦制动中,主要有踏
面闸瓦制动和盘形制动。我国目前除新造的提速
客车和厂修改造的25型客车采用盘形制动外,其
他的机车车辆都是采用踏面制动,这对车轮的磨耗
是比较严重的。铸铁闸瓦相比合成闸瓦,可以获得
较高的黏着系数且摩擦系数稳定,但是磨耗快,成
本较高。以丰台机务段DF4、DF4D型机车为例,在1
个大修期内,每台DF4型机车需更换闸瓦8次,
DF4D型机车需更换闸瓦10次。因此,每台机车的
换瓦费用分别为1·2万元和1·5万元。按该段现
有DF4型机车35台和DF4D型机车23台计算,这些
机车在1个大修期内换瓦的总费用为76·5万
3　降低轮轨磨耗的技术措施
我国《铁路节能技术政策》第11·1条指出:“应
注意抗磨减阻材料的推广使用。在全世界生产的
能量中,约有30%~40%的能量是消耗在与摩擦有
关的场合;我国与摩擦有关的能源消耗约占1/3 ~
1/2。任何减轻摩擦、降低磨损的措施,都会直接或
间接地节约能源。”
针对目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重、修理费
用高的现象,如果进一步推广应用淬火钢轨、轨面
打磨、磨耗型车轮、径向转向架和安装轮轨润滑装
置等现有的成熟技术,不但可以明显改善轮轨摩擦
磨损的现状,而且可以节约能源和原材料,大大降
低消耗,取得显著的经济效益。
3.1　采用淬火钢轨与维护
钢轨波磨问题是轮轨相互作用过程中极其复
杂的系统问题,根据不同的线路或区段,合理地选
择钢轨,有助于预防钢轨的波磨。例如:淬火钢轨
就很少发生波磨,因为它有较高的强度和硬度。因
此,建议在轨道波磨区段采用屈服强度较高的钢
轨。此外,轨面打磨也是主要防护手段,轨面打磨
可减小车体的振动和车轮对钢轨冲击力所造成的
磨损。实践表明,它可延长波磨轨寿命50%以上。
从调查得知,若采用淬火钢轨、侧面涂油和适时的
钢轨打磨等技术,仅钢轨材料一项每年就可节约费
用20亿元左右,因减磨而节约的能耗费用也是很
大的。
3.2　采用磨耗型车轮踏面
车轮磨损失效的形式主要有踏面磨耗到限和
轮缘磨耗到限。铁道部对机车车辆车轮踏面的使
用与维修都有相应的标准,如《DF4型内燃机车段
修规程》第3·11·6·8条中规定:踏面磨耗深度不大
于7 mm;而采用轮缘高度为25 mm的磨耗型踏面
时,踏面磨耗深度不大于10 mm。磨耗达到或超过
这些标准,就会危及行车安全。
早期的车轮踏面为锥型踏面。锥型踏面在使
用初期磨损很快,当磨损到一定程度后,磨损速率
开始减缓,踏面形状趋于稳定。通过长期观察和试
验发现,如果在车轮踏面设计时就采用磨耗型的车
轮踏面廓形,可有效地减轻轮轨接触应力,迅速降
低轮轨磨耗,有效延长轮轨使用寿命。
四方车辆研究所在对北京、广州、济南等铁路
局的机车车轮外形轮廓实测的基础上,设计了小半
径曲线区段使用的JM磨耗型车轮踏面。长期的运
用结果表明,应用该外形设计后,与原锥型踏面车
轮相比,轮缘减磨可达30%~70%.一些铁路局根据各自所管辖线路的特点,也分
别研制了多种形式的车轮踏面。如上海铁路局研
发的ST系列磨耗型踏面,就取得了很好的减磨效
果(参见表5)。
表5　上海铁路局DF11型0072号机车车轮磨耗数据对比
由表5可知,采用ST-2型踏面后,机车每万公
里的轮缘磨耗率从0·304 mm降至0·190 mm,降低
了38%,车轮踏面剥离的故障也明显减少。
据有关资料分析:机车车辆若采用磨耗型车轮
踏面,每台机车每年可节约费用1·5万元。
3.3　采用径向转向架
传统的机车转向架,因传递牵引力和保证直线
上走行性能的需要,各轴基本上是被约束成相互平
行的。在通过曲线时,这种刚性定位的轮对与钢轨
之间会形成明显的冲角,从而使轮、轨都产生严重
的磨耗。曲线半径越小,磨耗越严重。为降低轮、
轨的磨耗,近年来国内外开展了机车径向转向架研
究,并取得了很好的效果。两种不同转向架通过曲
线时的运行示意图见图3。
　
再举几个例子,以说明装用径向转向架后轮缘
的磨耗情况。
戚墅堰机车有限公司生产的首台装用径向转
向架的DF8B型7001号机车,在上海铁路局进行的
线路运用考核结果表明:与同轴重、装有传统转向
架且带轮轨润滑装置的DF8B型机车相比,前者的轮
缘磨耗仅为16%。【下转第8页】
【上接第4页】
　　资阳机车有限公司对径向转向架机车与传统
转向架机车在曲线上的冲角也进行了对比测试。
测试结果表明:仅就径向转向架冲角减少的程度而
言,轮缘磨耗至少降低了45%。
大连机车车辆有限公司生产的DF4D型径向转
向架机车,在柳州至怀化区段的客、货运牵引数据
表明,与装用传统转向架相比,机车车轮的轮缘磨
耗下降了74%。
据有关资料分析:若采用径向转向架技术,每
台机车每年可节约费用5·8万元。
3.4　安装轮轨润滑装置
润滑对减磨起着十分重要的作用。我国《铁路
节能技术政策》第3·6条强调指出:“内燃机车和电
力机车要加装新型轮轨自动润滑装置,减少磨耗和
阻力,降低机车能耗。”
以丰台机务段为例,安装轮轨自动润滑装置取
得了较好的效果。该段有118台机车在安装了铁
道科学研究院研制的华宝2号轮轨润滑装置后,使
每台机车的旋轮公里数由10万km延长至18万
km,车轮寿命由30万km延长至80万km。
除机车因车轮寿命延长产生的巨大社会效益
和经济效益之外,每台机车每年可节省旋轮(或换
轮)费用1万元。丰台机务段的118台机车,每年
可直接节省旋轮(或换轮)费用118万元。按全路
17 500台机车推算,每年可直接节省旋轮(或换轮)
费用1·75亿元。其投入产出比为1∶20。事实说
明:通过安装轮轨自动润滑装置,对轮轨进行润滑
后,不但可以减缓轮缘的磨耗,而且经济效益十分
可观。
4　结语
综上所述,在铁路运输中,机车车辆轮轨的摩
擦磨损已成为相当严重的问题。大量的钢轨与车
轮磨损,不但增加了材料的消耗,提高了修理成本
而且降低了运输的效率,增加了能源的消耗。为此
提出以下建议。
(1)从设计、制造到运输、修理,所有与此相关
的人员,对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况,都应当
高度重视,并采取相应的对策。
(2)对目前已被证实具有良好减磨效果的措
施,应进一步加大推广应用力度。例如:对钢轨进
行适当的热处理和打磨,开发新型闸瓦,扩大磨耗
型踏面车轮、径向转向架和轮轨润滑装置的装车应
用等。
(3)在今后的技术引进或产品自主创新的研
发中,应更加重视对产品的摩擦副及磨损件标准的
研究。与此同时,应寻求和开发更适应轮轨摩擦副
的新材料、新技术、新工艺,以延长关键摩擦磨损件
的使用寿命,进而达到节能、降耗和增效的目的。