上海地铁轨面接触疲劳裂纹伤损的产生、影响及防治

随着上海地铁运营年限的不断增加,系统设备也不断老化,特别是钢轨的伤损越来越频繁.对上海轨道交通1号线钢轨伤损的类型特点进行了分析,并依据其特点对1号线自1999年来发现的伤损钢轨进行了统计.在众多的钢轨伤损中,轨面裂纹伤损非常严重.运用轮轨接触力学分析了轨面裂纹伤损产生及发展的主要原因,并提出了防治措施.     

在役钢轨发生伤损的规律及减少伤损的对策

在钢轨伤损广泛调查和统计的基础上,阐述和分析我国铁路发生的钢轨伤损的区域,沿钢轨纵向和横向发生伤损的位置及其所占的百分比,线路上发生的主要伤损类型及其所占的百分比,螺孔裂纹发生位置和开裂方向及其产生原因和控制措施.     

普速铁路钢轨伤损的分布规律

根据上海局提供的钢轨库、伤损库、曲线库、运量库以及2004—2016年间上道及下道线路钢轨情况,对局管内京沪线、沪杭线及全局普速铁路钢轨伤损情况进行了全面统计分析。结果表明:京沪线和沪杭线的主要伤损类型为焊接伤损、核伤和孔裂,控制钢轨伤损主要是提高铝热焊和气压焊的焊接质量以及胶结绝缘接头质量,按目标廓形对钢轨进行周期性打磨;冬季钢轨伤损率明显大于夏季钢轨伤损率;站区线路每公里钢轨平均伤损量是区间线路的6.5倍;每公里钢轨伤损量与累计通过总质量呈二次函数关系,累计通过总质量8～10亿t时钢轨垂磨量约为3.5～4.5 mm,远未达到钢轨垂磨重伤标准11 mm。     

地铁线路钢轨表面横向裂纹及掉块伤损原因分析

地铁线路钢轨使用1.5～2.5年后在表面产生横向裂纹及剥离掉块伤损。对地铁线路钢轨性能以及伤损的特征分析表明,该伤损是一种滚动接触疲劳伤损,主要原因是钢轨表面长期处于潮湿状态,轮轨之间的摩擦系数变小,造成钢轨表面塑性变形层内微裂纹萌生后的发展速度大于钢轨磨耗速度,裂纹向钢轨内部扩展;液体侵入裂纹内形成挤压效应,加速裂纹的发展,从而在钢轨表面产生横向裂纹并快速发展成掉块伤损。在裂纹发展初期对钢轨进行预防性打磨,并保持地铁环境的干燥,可有效预防和减轻钢轨表面横向裂纹及掉块伤损的产生和发展。     

地铁在役钢轨典型伤损研究

地铁运营线上钢轨伤损严重,检测、维护工作量大。介绍了地铁钢轨伤损的状况,分析钢轨伤损的主要类别;对上海轨道交通1号线的大量检测数据进行统计分析,提出地铁钢轨伤损的五种典型类别,并分析其形成机理,研究其规律性,用以指导地铁钢轨养护维修工作。     

半自动闭塞铁路钢轨折断防治措施

大准铁路是单线半自动闭塞线路,随着运量逐年大幅度增加,钢轨伤损也日渐严重,本文分析了钢轨折断的主要原因和特点,提出了加强钢轨巡检力度,及时将伤损钢轨更换下线,推广使用钢轨折断报警装置等措施。     

普速铁路60 kg/m钢轨的换轨周期

利用不同线路钢轨伤损、曲线要素、通过总质量等数据,应用加权统计方法进行钢轨伤损统计分析,获得钢轨主要伤损类型及其分布和伤损率与累计通过总质量的关系;选取典型线路进行大量钢轨使用和伤损情况现场调研,获得影响钢轨使用寿命的主要因素;提出换轨周期确定原则和方法,利用各铁路局集团公司提供的换轨、重伤轨抢修、钢轨养护维修等数据,进行最佳钢轨经济下道时机分析;结合换轨实际并参考我国具体情况,提出累计通过总质量10亿t和伤损率2～4处/km相结合的60 kg/m钢轨换轨周期,分析计算了提高换轨周期的经济效益。     

钢轨螺孔裂纹伤损特点及防治措施

钢轨大修周期与钢轨伤损密切相关,孔裂伤损约占普通线路钢轨全部伤损的一半,根据上海局提供的钢轨伤损数据库,统计分析了钢轨孔裂伤损特点,获得了钢轨孔裂伤损规律,针对我国线路钢轨孔裂发生特点规律,提出了线路上钢轨孔裂伤损防治措施.     

高速铁路钢轨服役状态及病害整治研究

对多条典型高速铁路钢轨服役状态进行调研,分析多发性病害产生原因及其整治对策,总结钢轨养护维修现状与经验。结果表明:目前我国高速铁路钢轨的服役状态良好,钢轨主要伤损形式为焊接接头伤损及钢轨擦伤;焊接接头伤损多与现场焊接质量有关;高速铁路钢轨的擦伤多为工程车造成的;各铁路局均能按规定完成钢轨探伤、外观及表面伤损检查工作,钢轨维护满足运营需要。建议高速铁路小半径曲线区段采用在线热处理钢轨,根据线路实际情况选择钢种;加强现场钢轨焊接质量监管,防止工程车对钢轨造成擦伤;按通过总质量和使用状态制定钢轨打磨周期,定期进行钢轨廓形的检测。     

提速线路钢轨的大修周期

通过对全路在役钢轨的使用状况和伤损情况进行调查研究,提出了钢轨伤损加权统计方法,对取得的数据进行统计分析,给出我国线路上在役U71Mn钢轨和U75V热轧钢轨伤损量与累计通过总重对比关系及加权统计基础数据;将工程经济学原理应用于钢轨使用的经济分析,获得钢轨的最佳经济下道时机;在统计分析我国钢轨伤损类型和原因的基础上,提出确定钢轨大修周期的原则,参考国内外钢轨大修周期取得的研究成果,提出了累计通过总重与钢轨伤损量相结合的大修周期模式及其指标。     

40t轴重下曲线半径与轮轨磨耗及疲劳损伤的关系

轮轨磨耗及滚动接触疲劳损伤是影响大轴重列车运行安全的重要因素,本文基于多体动力学软件UM建立了40 t轴重重载货车动力学模型,从轮轨磨耗、疲劳损伤2个角度,研究曲线半径对40 t轴重货车通过曲线时动力性能的影响,给出最小曲线半径的建议取值。研究结果表明:货车在曲线上运行时,轮轨磨耗和疲劳损伤均在小半径曲线上更严重;与400 m曲线半径相比,曲线半径800 m时轮轨磨耗降低68%,轮轨间出现轮缘接触的频次得到有效控制;曲线半径1 200 m时轮轨磨耗和疲劳损伤分别降低80%,58%,滚动圆外侧10~30 mm内基本不再出现疲劳损伤。建议最小曲线半径一般情况下取1 200 m,困难情况下取800 m。     

地铁道岔尖轨早期伤损分析

近年来国内地铁线路建设和开通呈井喷形势,但是新开通线路尖轨出现早期异常伤损现象较为普遍,给列车安全运行、线路运营带来隐患。通过对地铁新建线路道岔尖轨早期出现伤损的调研,深入研究伤损形貌与特征,结合轮轨关系、道岔转辙器结构特性、运动特性、尖轨线型、尖轨轨顶坡、轨道弹性等影响因素进行分析,判断地铁尖轨的破损型属于接触疲劳伤损,得出产生轨头接触疲劳伤损的主要原因是轮轨接触应力过大,提出一致性新车轮的运营条件引起的接触应力集中,是产生伤损的主要原因的结论,并提出改善轮轨关系、改善运营条件、提高材料性能、加强维护保养等延缓地铁道岔早期伤损的措施。     

重载铁路75 kg/m钢轨的换轨周期研究

通过持续调研大秦重载铁路75 kg/m钢轨使用和重伤情况,进行钢轨重伤类型和每千米重伤量统计分析,获得钢轨主要重伤类型、不同地段一定累计通过总重对应的每千米钢轨重伤量;针对不同长度地段钢轨重伤量数据,提出钢轨重伤加权统计方法,利用回归分析方法和不同地段钢轨重伤量数据,获得大秦重载铁路75 kg/m钢轨整亿吨通过总重下加权重伤量数据;利用大秦重载铁路各种钢轨维修费用数据进行经济分析,获得钢轨经济下道周期;通过2006年和2016年钢轨重伤统计数据对比分析,结合我国运输特点及经济分析结果,提出累计通过总重与每千米钢轨重伤量相结合的大修换轨周期,并估算了延长换轨周期的经济效益。     

单天窗期横向拨轨更换无砟轨道伤损轨道板关键技术创新与实践

针对切轨更换法和抬高钢轨换板法更换轨道板的弊端,提出在不切断钢轨情况下单天窗期内采用横向拨轨换板法更换轨道板的全套技术,并进行理论分析、试验验证及工程实践。结果表明:横向拨轨换板法可实现在不切断钢轨的前提下更换伤损轨道板,避免无缝长钢轨的切割及后续焊缝处易断轨的潜在风险;根据换板区钢轨实际锁定轨温、实测钢轨温度及相关有限元分析与迭代计算等确定拨轨前换板区前后须松开扣件的最小长度,辅以可靠的轨道状态监控,可确保横向拨轨时长钢轨锁定轨温不变、钢轨应变在弹性范围内,无塑性变形或硬弯损伤;轨道板更换施工未对轨道结构动态响应产生不利影响,新轨道板与相邻原轨道板的振动加速度相差不大,满足动车组安全、舒适的运输要求。     

地铁电缆与钢轨快速铜热焊接方法的分析研究

目前国内普遍采用快速铜热焊接方法,用于地铁供电系统回流线电缆和信号系统轨连线电缆与钢轨的焊接。此种方法造成的钢轨重伤在北京地铁中占有很大比例。经采用A国和B国焊药进行焊接,通过对焊接接头的宏观、显微组织观察,以及显微硬度和疲劳试验等多项分析研究,探讨了该类型焊接接头产生裂纹使钢轨重伤的原因,指出了该方法的不足之处。     

轮轨非对称接触及其对车辆动力学性能的影响

随着速度的不断提高,轮轨接触关系对列车运行安全性的影响越来越大。当轮轨型面发生损伤后,轮轨非对称接触现象就会产生。轮轨非对称接触现象不仅影响车辆运行的安全性,同时与车轮型面损伤问题也有着密不可分的关系。文章以SS3B型机车为例,建立了由轮轨型面磨耗和轮径差导致的轮轨非对称接触的模型。仿真结果表明当轮轨非对称现象发生后,机车的抗蛇行运动临界速度就会降低,同时,曲线通过的脱轨风险性也会显著增大。     

碳含量对车轮钢滚动摩擦磨损性能影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究碳含量对车轮钢滚动摩擦磨损性能影响。结果表明:碳含量对车轮材料滚动摩擦系数基本无影响;随碳含量增加车轮钢硬度增加,耐磨性增强导致磨损量降低;车轮硬度增加导致对摩擦副钢轨试样磨损量增加,且轮轨试样总磨损量呈现增加趋势;车轮与钢轨试样两者损伤形态存在一定差异;碳含量为0.64%时车轮钢容易发生小块剥落损伤,而0.5%含碳量时容易发生大块状的剥落;钢轨试样主要表现为表面剥层损伤。     

基于城轨云的网络安全纵深 防御体系研究

针对城轨云网络安全问题,对城轨云网络架构、业务承载和安全风险进行梳理分析,从城轨云网络安全 技术和网络安全运维两个体系进行研究和设计,将云平台及应用系统网络安全防护措施与企业管理相结合,提出 城轨云网络安全纵深防御体系建设思路和方案。研究结果表明,构建城轨云网络安全纵深防御体系可以在面对多 层面网络可疑攻击事件时,确保城轨云具备相适应的防护能力,限制恶意或意外破坏的行为,并最大限度地提高 快速识别潜在安全漏洞的能力,减少城轨行业的经济损失和生产活动的信息泄露。     

呼和浩特市轨道交通1号线配线设置方案研究

呼和浩特市轨道交通1号线是内蒙古自治区规划建设的第一条城市轨道交通项目。由于该线敷设方式、客流特征、后续项目建设时序等均存在不确定因素,因而其配线设置存在诸多难点。以1号线为例,对轨道交通项目配线设置需统筹考虑的重点问题和设置原则进行了探讨,对影响1号线配线设置的主要因素进行了全面分析,选择出了运营效果好、工程实施条件良好、经济合理的配线设置方案,并对配线设置的合理性及运营效果进行了分析。     

钢轨探伤车综合智能检测系统

大型钢轨探伤车普遍采用超声波检测钢轨内部疲劳伤损,但国内已有的超声波系统架构平台在复杂线路区间探伤检测运用时存在数据拥塞和计算机死机现象而导致区段漏检,并且伤损的识别主要依靠人工全程回放。为提高信号处理速度和伤损识别能力,降低人工回放的工作量,进行了基于新型总线的超声波探伤系统和基于卷积神经网络深度学习的伤损智能识别技术研究;为提高钢轨表面和近表面的伤损检出能力,开展了钢轨表面图像检测技术研究;为实现各检测系统数据同步采集和同步回放,综合判定钢轨健康状况,设计了空间同步定位系统。经验证和对比,在平均伤损误报率基本相当的前提下,采用了深度学习算法的系统的平均人工伤损检出率比既有系统提高了4%以上;各系统之间同步误差在1 m以内,伤损实际复核的定位精度在3 m以内。