车轮踏面裂纹分析

针对城轨列车车轮踏面存在的宏观裂纹,采用化学分析、硬度测试、金相观察等方法对踏面裂纹成因进行分析。车轮踏面裂纹为列车制动引起的热裂纹。车轮踏面制动时的高热区域表层组织会产生相变,形成马氏体组织,脆硬的马氏体组织在轮轨接触应力、制动热应力和组织应力的相互作用下极易碎裂萌生裂纹,裂纹在轮轨接触应力的持续作用下逐渐扩展,最终发展为宏观裂纹。建议城轨列车采用盘型制动,为了减少车轮的热裂敏感性,适当降低车轮的碳含量,选用ER8车轮,降低热裂纹产生的概率。     

铁道科学研究院2005年科技成果简介(续四)

31 机车车辆车轮剥离原因分析及改进对策的研究 在大量现场统计分析的基础上，结合实际运用的特点，对典型样品进行车轮剥离的失效分析，指出机车车辆车轮剥离有4种类型：制动剥离、接触疲劳剥离、局部擦伤剥离、局部接触疲劳剥离。在同一失效车轮上可能存在上述剥离类型的1种或几种。制动剥离一般发生在踏面闸瓦制动的车轮上，是车轮踏面热机械损伤的主要表现形式，研究表明，它主要以制动热裂纹和马氏体碎裂2种形式出现。接触疲劳剥离指的是在轮轨接触应力作用下导致轮轨接触面表层金属塑性变形及疲劳裂纹萌生和发展的破坏方式。     

列车车轮踏面制动温度循环试验与温度场仿真分析

在分析货物列车踏面制动方式下车轮踏面热振裂纹和车轮热疲劳裂纹产生机理的基础上,以国内碾钢车轮材料为对象进行踏面制动温度场试验,重点研究制动过程中摩擦热源向转动车轮踏面表面传热的关系,模拟车轮旋转周期内闸瓦摩擦生热和对流换热交替变化的规律,建立车轮制动过程瞬态温度场三维有限元模型,改进以整体输入热流和对流换热的简化模式为基础的传统理论的热应力计算方法。通过在摩擦制动动力试验台进行的制动试验,证明计算模型从宏观和细节方面比较完整地反映了车轮踏面制动热温度场的实际工况。为确定车轮踏面制动极限和作用方式、列车制动距离等技术规范提供计算依据。     

车轮踏面热裂纹的发生机理及对策

<正>车轮踏面热裂纹是在部分使用闸瓦/踏面制动的车辆上,车轮踏面全周发生的呈阶梯状的表面裂纹,为除去裂纹,要频繁地实施镟修作业,而产生踏面热裂纹的原因及条件并不明确。此前,就利用踏面热裂纹的定置试验再现热裂纹产生及破损安全性的验证作过相关报告,此次,在这一结果的基础上,综合实施了数值仿真、材料调查以及实体车轮验证试验,确认     

基于热—机耦合的大轴重车轮踏面制动热负荷仿真分析

重载列车车轮踏面制动是一个复杂的动态接触热—机耦合问题。文章利用有限元分析软件ABAQUS建立了重载车轮踏面制动的瞬态热—机耦合有限元模型,对单闸瓦踏面制动过程进行了紧急制动工况的数值仿真,并利用重载货车车轮制动热负荷试验结果对模型进行验证。利用该模型分析了不同工况下重载车轮紧急制动过程中的热负荷及热应力情况,为研究大轴重车轮踏面制动热负荷极限和热损伤问题提供了理论技术支持。     

基于车轮踏面损伤深度预测车轮旋修量的研究

介绍了根据车轮踏面热裂纹及擦伤而扩展的裂纹深度,预测适宜的车轮旋修量的方法。     

弹性车轮踏面裂纹产生机理研究及解决措施探讨

有轨电车运行条件复杂、恶劣,运用过程中偶尔出现车轮踏面裂纹问题,给行车安全带来隐患。文章通过分析弹性车轮踏面裂纹形貌、显微组织、力学性能、化学成分等内容,探讨了踏面裂纹产生机理,提出造成踏面裂纹的直接因素为车轮在运用过程中出现滑行,轮轨接触表面产生高温,易导致车轮踏面表层出现脆硬的马氏体白层,并伴有微裂纹,在轮轨力反复作用下,微裂纹扩展形成宏观疲劳裂纹。针对此原因,梳理了车辆控制逻辑并分析了车载监控数据,确定了车辆运行中频繁使用紧急制动且撒砂系统动作延时设置不合理是导致车轮滑行的根本原因,制定了撒砂系统动作不延时、车辆运用过程中非必要不采取紧急制动进行减速或停车等措施。经运用验证,上述措施可有效解决此类车轮踏面裂纹的产生。     

制动装置的开发

本文介绍了制动装置的开发情况，并就目前应用的锻钢制动盘、新干线用C／SiC陶瓷制动盘等进行了介绍。阐述了车轮踏面热裂纹的再现试验，制动装置和车轮的摩擦因数的推测方法等。     

重载列车紧急制动过程车轮踏面疲劳裂纹萌生寿命预测

基于Abaqus软件,建立闸瓦-车轮-轨道三维有限元模型,设置车轮钢材料的接触属性和材料属性,对重载列车紧急制动过程进行热力耦合仿真;基于损伤参量的疲劳裂纹萌生寿命预测模型,分析重载列车整个紧急制动过程中车轮踏面瞬态温度分布、径向和切向应力分布以及弹性和塑性应变分布,并通过计算车轮踏面损伤参量判断疲劳裂纹萌生位置,预测不同轴重和不同闸瓦压力对车轮踏面疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明:重载列车紧急制动时,车轮踏面上制动温度越高则相应热应力、热应变也越大,尤其当踏面最高温度超过100℃时,热负荷对裂纹萌生的影响更加显著;车轮踏面上裂纹萌生更多的是由剪应力和剪应变引起,轮轨接触斑内是最先萌生裂纹的区域;轴重为30 t、闸瓦压力为21 kN、初速度为100 km·h~(-1)时损伤参量最大为3.801 1,最大循环制动次数仅有236次。     

货车车轮轮辋裂纹扩展特征分析

通过进行有限元计算和车轮轮辋材料疲劳裂纹扩展试验,研究了货车车轮轮辋裂纹扩展的主要控制因素和扩展规律。结果表明,轮辋深部裂纹尖端Ⅰ型应力强度因子为负值,即裂纹为闭合型;裂纹扩展主要受Ⅱ、Ⅲ型及其复合应力强度因子控制。在Ⅰ型(负值)应力强度因子及裂纹面间的摩擦力共同作用下,裂纹尖端的Ⅱ、Ⅲ型应力强度因子幅值较低,裂纹不易发生偏折或分叉,一般会沿着轮辋踏面切线方向扩展,直至扩展到踏面。     

铁路车轮轮箍踏面制动剥离研究

目前国内铁路车轮轮箍（以下简称车轮）在运用中会出现各种各样的损伤现象，其中尤以车轮踏面制动剥离最为突出，通过对近几年剥离车轮的检验方法和研究，观察到踏面制动剥离这类热损伤情况占了绝大多数，本文在进行材料学和金相学分析的基础上，根据其宏观和微观表现特点，对该种剥离类型进行机理上的分析与探讨。     

时速100 km 地铁车辆踏面制动热负荷分析

建立了地铁车辆时速100 km时的车轮热负荷计算模型,叙述了计算过程和评定方法.基于均布热源法,采用ANSYS软件分别计算了仅空气制动连续2次紧急制动和仅空气制动正常运营制动2种条件下新轮(840 mm)和磨耗到限车轮(770 mm)的踏面制动热负荷,并进行了强度校核.结果表明,磨耗到限车轮连续2次紧急制动、新轮正常运营制动满足车轮踏面损伤要求,新轮连续2次紧急制动和磨耗到限车轮正常运营制动不满足车轮踏面损伤要求.     

地铁车辆车轮踏面异常磨耗原因分析

地铁车辆车轮踏面异常磨耗随速度提高使其运营成本逐渐增加。对于运营速度80 km/h的城轨车辆,基础制动方式基本采用踏面制动+合成闸瓦,就城轨车辆主要采用的踏面制动方式、车轮及闸瓦热负荷匹配特性、电空制动力分配比以及黏着利用等内容进行分析,结合基础制动在运用过程中遇到的实际问题及城轨车辆制动的特点展开分析讨论,探讨造成地铁车辆踏面异常磨耗的根源所在,并指出今后的研究方向。     

城轨车辆车轮踏面裂纹形成的原因探讨

结合运用经验,介绍了城轨车辆车轮踏面裂纹的类型及形成原因,分析、探讨了解决车轮踏面裂纹问题的方法。     

φ840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件。分析结果表明:辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的。单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况。这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义。     

Ф840D货车车轮辐板孔疲劳裂纹扩展特性研究

针对目前Ф840D货车车轮辐板孔裂纹故障增多及其可能带来的隐患,本文首先采用有限元方法数值模拟了不同运用条件下车轮的机械应力和制动热应力,其次根据线弹性断裂力学理论研究了辐板孔边裂纹的应力强度因子,最后结合Forman疲劳裂纹扩展方程及裂纹扩展门槛值,得到不同运用工况下辐板孔裂纹扩展的基本特性及规律,从而分析出了导致裂纹扩展的载荷条件.分析结果表明：辐板孔裂纹是典型的疲劳裂纹,是由萌生于辐板孔内侧的微细裂纹逐渐扩展而来的,它是由热负荷和机械载荷的综合效应造成的.单纯的机械载荷不会直接导致孔边裂纹的萌生和扩展;坡道制动与机械载荷的叠加才是导致辐板孔裂纹萌生与扩展的最主要的载荷工况.这对预防车轮疲劳失效、优化车轮设计,保障行车安全,具有重要意义.     

HXD_(3C)型电力机车车轮轮辋裂纹原因分析及扩展研究

轮辋裂纹故障扩展源头往往存在于车轮踏面表面以下的一定深度,不易通过检测手段被发现。其发生的规律、扩展方向、扩展速度等因素均具有一定的不确定性,使在线服役车轮的运用存在一定程度的不安全性。本文以出现轮辋裂纹扩展或缺陷的HXD_(3C)型大功率电力机车整体辗钢车轮为样本,通过故障车轮检验与滚动疲劳扩展试验相结合的手段开展轮辋裂纹扩展的相关研究,通过金相检验确认车轮轮辋裂纹的真实原因,通过轮辋裂纹扩展研究试验研究车轮缺陷在试验载荷条件下,随机车运用里程增加的发展规律。研究的结果对存在轮辋裂纹缺陷车轮的安全运用提供一定指导。     

铸铁合成闸瓦

踏面制动是铁道车辆上使用的机械制动方式之一,将闸瓦推压到车轮踏面上,由于踏而与闸瓦间的摩擦而获得制动力.目前使用的闸瓦材质大体上分为3种：合成闸瓦、烧结闸瓦和铸铁闸瓦.其中最早被应用的铸铁闸瓦具有以下优点：对车轮的不利影响小,对车轮踏面的磨耗小及不使车轮踏面产生热裂纹等,即使在雨雪天,也可获得车辆稳定运行必要的轮轨间的粘着力.但另一方面,与其他两种闸瓦相比,铸铁闸瓦的磨耗量大,为提供车辆制动力用的摩擦力小.     

车轮踏面退火后的轮缘堆焊工艺

铁道车辆在运行过程中,由于制动作用车轮踏面会造成金属剥离、裂纹等缺陷,而这些缺陷的扩展会引发车轮表面强度、疲劳强度、塑性、冲击韧性和耐久性的下降。为解决这一问题,除提高冶金质量外,都采用在车轮外圆镟修后对磨损的轮轮缘实施焊剂下弧焊堆焊工艺。文章介绍了车轮踏面退火处理后对轮缘进行堆焊的经验、具体的工艺过程及其效果。     

高速动车组踏面裂纹成因分析

对高速动车组踏面裂纹状态进行了统计分析,并对裂纹形成周期和踏面硬度分布进行了长期跟踪研究。结果表明,踏面裂纹基本在轮对旋修后运行16万km左右时形成,其原因是车轮踏面塑性变形累积,硬度达到峰值后裂纹开始萌发。头车轮对发生裂纹的可能性较大,这是因为头车轮对碾压异物造成其表层损伤,若旋修不及时裂纹会不断扩展,从而形成深度裂纹。