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研究生: 涂兆躒
Tu, chao-Li
論文名稱: 輪-軌接觸幾何關係初探
Elementary Investigation of Wheel-rail Contact Geometry
指導教授: 郭振銘
Kuo, Chen-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 70
中文關鍵詞: 軌道型面接觸幾何輪軌接觸點輪軌關係軌道輪對
外文關鍵詞: contact geometrical, rail profile, wheel, rail, wheel-rail contact relation, wheel-rail contact point
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  • 一般研究將軌道與車輛系統視為獨立的部份,為了完整地建立車輛-軌道耦合系統,本研究對於輪-軌接觸幾何關係做了初步的探討,並且建立輪-軌耦合接觸幾何解析方程式。從而獲得接觸幾何關係中最重要的接觸點與接觸角的解。獲得輪-軌接觸點之後,由於接觸點會隨著橫移量形成一空間軌跡線,這一條軌跡線會隨著車軸質心搖頭角運動而有所變化,研究此變化現象並且做討論。
    為了與實際的輪對和軌道應用相符合,本研究以常用的錐形鋼輪,搭配國際標準鋼軌UIC60及日本鋼軌JIS60,進行輪軌接觸點的分析。分析結果顯現,在錐形鋼輪作用下,鋼軌y-z剖面上的接觸點不論鋼輪如何運動皆發生在同一點上,並且得知鋼軌的軌底坡,會直接決定接觸點會發生在鋼軌頭上的位置。

    In general researches, the track system and vehicle system are regarded as independent parts. In order to set up the vehicle–tack coupling system, this research is aimed at the geometric relation of wheel-rail contact and sets up the wheel-rail coupling equation to find out the wheel-rail contact point and contact angle. Contact points form the line with lateral displacement in the space. The line can be called wheel-rail contact trajectory line. Contact trajectory line varies from the motion of axletree centroid. So that, this research analyzes the contact trajectory line variations with the yaw of axletree centroid.
    In order to accord with the real application of wheel and track, this research uses the commonly cone steel wheel, international standard rail UIC60, and Japanese rail JIS60. It analyzes the changes of contact point and angle on these rail types. These results evidence against that contact points almost happen in the same location regardless of wheel movement. The inclination of rail determines the location.

    摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 VII 表目錄 X 圖目錄 XI 符號表 XIV 第一章 導論 1 § 1-1 研究動機與目的 1 § 1-2 問題描述與研究範圍 2 § 1-3 研究步驟與流程 5 § 1-4 文獻回顧 9 1-4-1 輪-軌接觸問題 9 1-4-2 各國鋼軌使用沿革 11 第二章 輪-軌接觸點位置幾何解析解推導 16 § 2-1 簡介 16 § 2-2 輪-軌座標系統、固定座標系統以及其轉換矩陣 17 2-2-1 輪軸座標系統與轉換矩陣 20 2-2-2 鋼軌座標系統 23 2-2-3 輪踏面、鋼軌頭表面形狀函數與接觸點座標系統 24 2-2-4橫移量與接觸角之關係 26 § 2-3鋼軌輪廓幾何參數 28 2-3-1 鋼軌頭斷面形狀函數 28 2-3-2 兩種方法比較與驗證 33 § 2-4 輪踏面接觸點之方程式 37 2-4-1 簡介 37 2-4-2 輪踏面接觸點之計算 39 第三章 輪-軌接觸點計算結果論證與實例分析 43 § 3-1 簡介 43 § 3-2 輪踏面所有可能接觸點之幾何現象 44 3-2-1 橫移量與接觸角之幾何關係 44 3-2-2 錐度與接觸點之幾何關係 47 3-2-3 搖頭角與接觸點之幾何關係 49 § 3-3鋼軌上所有可能接觸點之幾何關係 55 3-3-1 軌底坡與接觸點之幾何關係 56 3-3-2 輪對橫移量對於接觸點幾何關係之影響 59 3-3-3 鋼軌曲率對於接觸點區間之影響 62 第四章 結論與展望 65 § 4-1 結論 65 § 4-2 研究展望 66 參考文獻 67 簡歷 70 表目錄 表格 1鋼軌圓弧分段點與圓心 33 表格 2鋼軌圓弧分段點與圓心 63 圖目錄 圖1- 1 輪軌整體運動示意圖 3 圖1- 2 蠕滑力與蠕滑率定義圖 10 圖1- 3日本鋼軌斷面設計圖 13 圖1- 4日本60kg鋼軌斷面及座標示意圖 14 圖 2- 1 車行座標系統示意圖 17 圖 2- 2輪軸質心起點與平動座標系統示意 18 圖 2- 3輪軸平動、轉角座標示意圖 18 圖 2- 4鋼軌座標示意圖 23 圖 2- 5輪軸質心平動座標與輪軌接觸點座標關係示意圖 25 圖 2- 6軌橫向運動俯視圖 27 圖 2- 7輪-軌接觸縱斷面示意圖 28 圖 2- 8 UIC60kg/m型鋼軌斷面與尺寸圖 29 圖 2- 9三段弧長模擬鋼軌外型 34 圖 2- 10依照調整後數據之四次近似曲線 35 圖 2- 11三段弧線、四次多項式、模擬實測調整數據比較 36 圖 2- 12接觸點法線 38 圖3- 1 輪距、軌距與輪軌間距示意圖 44 圖3- 2 輪踏面剖面圖 45 圖3- 3 側滾角隨橫移運動的變化 46 圖3- 4 第一區(0~60mm)接觸角隨橫移運動的變化 46 圖3- 5 接觸角隨橫移運動的變化 47 圖3- 6 輪軸質心轉動座標下接觸點軌跡圖 48 圖3- 8 車軸質心平動座標下接觸點跡線 50 圖3- 9 TB型右輪接觸跡線示意圖 50 圖3- 10搖頭運動俯視圖 51 圖3- 11搖頭運動側視圖 52 圖3- 12搖頭運動剖視圖 53 圖3- 13 LM型踏面右輪軌跡線 54 圖3- 14輪軌幾何互制參數定義圖 (輪緣間距、軌底坡) 55 圖3- 15軌底坡為1/40時起使接觸點位置圖 56 圖3- 16軌底坡為1/20時起使接觸點位置圖 57 圖3- 17軌底坡為0時起使接觸點位置圖 58 圖3- 18各種質心橫移量接觸點之局部放大關係圖 60 圖3- 19軌頭上接觸幾何位置 60 圖3- 20軌頭上接觸幾何位置 60 圖3- 21鋼軌頭接觸位置放大圖 63 圖3- 22 jis60第一區間接觸點發生區域 64

    1. 翟婉明,車輛-軌道耦合動力學,中國鐵道出版社,2002。
    2. 陳苡亦,浮式道床軌道動態模型之建立,國立成功大學土木工程研究所,碩士論文,2004。
    3. 鄭永長,高速鐵路車輛轉向架之動態反應分析,國立成功大學機械工程研究所,博士論文,2004。
    4. 強士中,晉智斌,高速鐵路橋樑車-橋動力響應研究,兩岸鐵道工程技術與營運管理學術研討會,2005。
    5. 丁國富,張衛華,列車營運動態仿真研究,系統仿真學報 Vol.16 No.8,2004。
    6. Knothe klaus, “Advanced Contact Mechanics - Road and Rail,” Vehicle System Dynamics, Vol. 35, No. 4-5 , 2001.
    7. K.L. Johnson,”Contact Mechanics,” Cambrdge University Press , 1985.
    8. Kaler J.J., “Three-Dimensional Elastic Bodies in Rolling Contact,” Kluwer Academic Publishers, 1990.
    9. 練松良,軌道動力學,同濟大學出版社,2003。
    10. Vijay K. Garg, Rao V. Dukkipati, “Dynamics of Railway Vehicle Systems,” Academic Press Canada, 1984.
    11. De Pater A.D., “The geometrical contact between track and wheelset,” Vehicle system Dynamics, (17) , 1988.
    12. Shabana A.A.,“An Augmented Formulation for Mechanical Systems with Non-Generalized Coordinates:Application to Rigid Body Contact Problems,” Nonlinear Dynamics 24. Nonlinear Dynamics 24: 183–204, 2001.
    13. Shabana A.A., “Development of elastic force model for wheel-rail contact problems,” Journal of Sound and Vibration 269,2004.
    14. Shabana A.A.,” Numerical Procedure for theSimulation of Wheel/Rail Contact Dynamics,” Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control , Transactions of the ASME , Vol. 123, 2001.
    15. 橫瀨景司,車輪軌道間之接觸關係的基本考量,日本機械學會論文集,56卷528號,1990。
    16. 嚴氂,機車車輛輪-輪與輪軌接觸關係的比較,鐵道學報,16卷,1994。
    17. Smith Roy E., J. Kalousek, ”A design methodology for wheel and rail profiles for use om steered railway vehicles”, Wear , 144.
    18. Soto,Y., (1991), ”Design of Rail Head Profile with Full Use of Grinding” Wear, v 144, n 1-2, 1991.
    19. Sato, Yoshihiko, “Historical study on designing Japanese rail profiles”,Wear. Vol. 258, no. 7-8, pp. 1064-1070, 2005。
    20. Y. Sato, “Benefits of heavy rail on high speed railway and design of 75G rail on coordinates, “, Wear, 194, 1996.
    21. 佐藤 吉彥著,徐涌譯,新軌道力學,中國鐵道出版社,2001。
    22. 王其昌主編,高速鐵路土木工程,西南交通大學出版社,2001。
    23. 鄭國雄、張思,軌道工程,大中國圖書公司,1991。
    24. Coenraad Esveld, ”Modern Railway track,” 2nd ed., Duisburg, West Germany : MRT Productions, 2001.
    25. 王午生,鐵道線路工程,上海科技技術出版社,1999。
    26. 張定賢,沈剛,輪對與軌道接觸幾何學研究,中國鐵道科學,第11卷,1990。
    27. 任尊松,車輛-道岔系統動力學,西南交通大學機械研究所,博士論文,2000。

    下載圖示
    2006-07-21公開
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