2.5.2　轮对作用力的特征

作用在轮对上的轮轨作用力可以简单地用轮轨垂向力P、轮轨横向力Q和轮轨纵向力N来表示。垂向力P包括静态轮重Pst和轮轨间的动态冲击力Pd，车辆在正常线路上运行时，车轮垂向动态作用力变化不大，但是，当线路有脉冲激扰时（如轨缝、车轮擦伤等），车轮垂向作用力变化很大，且频率很高。

根据轮轨相互作用理论和实验研究结果表明，轮轨之间的垂向作用力可以用高频作用力P1（大于500Hz）和中低频作用力P2（频率通常在30～100Hz范围内）表示，图2-6为某一货车受到一个轨道脉冲激扰时的响应。

P1力是车辆通过轨道接头等局部不平顺时簧下质量和钢轨质量之间发生高频接触振动而引起的垂向冲击力，由于其频率高、衰减快，因而来不及向车上及轨下传递，P1力直接由车轮和钢轨承受，主要对车轮和钢轨产生强烈作用，对轮轨破损造成不利影响。P2力是由P1力引起的簧下重量在轨道弹性中产生的低频响应力，P2力持续时间比P1力长，能够充分地向轨道下部结构传播，对轨道变形及轨下基础结构的破坏起主要作用。

图2-6　脉冲激扰下的轮轨垂向冲击力响应

国外一些标准规定，在设计速度下，车轮通过总的结合角为0.014rad的轨道接头时对轨道的低频垂直作用力P2应不超过230kN，P2采用式（2-3）求得：

式中：P0——车辆静轮重（kN）；

mu——车辆每个车轮的簧下质量（kg）；

mt——等效的轨道质量（kg）；

2α——总的结合角，2α=0.014（rad）；

v——车辆运行速度（m/s）；

Kt——等效轨道刚度（MN/m）；

Ct——等效轨道阻尼（kN·s/m）。

轮轨横向作用力主要是由车轮法向力的横向分量和横向蠕滑力构成，因此和轮轨接触点位置相关。接触点位于车轮踏面时，轮轨横向力较小，当接触点位于轮缘位置时，轮轨横向力急剧加大，甚至大于轮轨垂向力。

轮轨纵向力主要指轮轨间的纵向黏着力，其最大值为车轮在钢轨顶面上滑动时的轮轨间滑动摩擦力。

轴箱悬挂装置的垂向悬挂力包括弹簧装置的静载荷和垂向振动的动载荷，横向力是弹簧装置产生横向变形时的弹簧反力，纵向力是弹簧装置产生纵向变形时的弹簧反力，因此轴箱悬挂装置横向力和纵向力均为动态作用力。由于轮对和侧架（或构架）间设有止挡，当弹簧变形量小于止挡间隙时，横向力和纵向力线性变化，当弹簧变形量等于止挡间隙时，轮对和侧架（或构架）件将产生刚性冲击，悬挂力急剧加大。