机车磨耗形踏面研制应用的回顾及展望

长期以来，减缓轮轨磨耗是世界铁路试验研究的一个重要方面，这是由于轮轨磨耗给铁路带来巨大的开支，据报导，英国铁路每年在这方面耗资数百万英镑。我国铁路线路中曲线约占三分之一，因此轮轨磨耗问题也比较突出。     

地铁轮轨磨耗的初步研究

轮轨磨耗超限是曲线地段钢轨更换的决定因素.分析了最小曲线半径、减振道床、减振扣件、减振缓冲胶垫的选择,以及列车自动运行与线路坡度的关系等对轮轨磨耗的影响.介绍了广州地铁减缓轮轨磨耗的措施,如建立轮轨润滑系统、调整轨道参数、曲线地段轨头采取非对称打磨等.减缓轮轨磨耗,既是一个技术问题,也是一个经济问题,应引起决策者及设计、施工、维修管理工程技术人员的高度重视.     

轮缘润滑装置在电客车上的应用分析

城市轨道交通车辆运行中，转向架轮对与钢轨接触、摩擦，造成轮缘与钢轨磨耗，产生轮轨噪声。为减小轮轨磨耗，在部分车辆的拖车一位端转向架安装有轮缘润滑装置，可有效解决轮对与钢轨的干摩擦问题，极大减缓轮缘磨耗、减小轮轨噪声、延长车轮使用寿命。     

轮轨中低频相互作用与钢轨波浪形磨耗

针对钢轨波浪形磨耗，建立了一个具有弹性轮对与弹性轨道的转向架－轨道系统，在中低频率范围内空间耦合（三维）非线性动力学模型。对典型的钢轨接头冲击下轮轨中低频相互作用模式进行了模拟计算分析。结果表明，轮轨垂向冲击可激起轮轨间横向与纵向的相对振动，从而导致轮轨磨耗数以较高频率变化，使钢轨产生波浪形磨耗。随着运行速度的增加，会激起轮对轨道更高阶振型的振动，使钢轨产生短波的波浪形磨耗。本文的轮轨中低频动力学     

轮轨摩擦改进系统

为了解决车辆通过小半径曲线段时轮轨间横向压力引起的各种问题，如钢轨的侧面磨耗及轨顶面波状磨耗，轮缘垂直磨耗，轮轨辗压声，日本铁道综合技术研究所开发了润滑内轨走行面的“轮轨摩擦改进系统-FRIMOS”。（见图1）。FRIMOS是由以碳为主要成分的颗粒状的摩擦改进剂与向轮、轨问高效供给摩擦改进剂的喷射装置组成的系统。     

轮轨接触应力的研究

用赫兹理论和弹性力学的公式对轮轨接触应力进行了详细的计算，给出了我国电力机车、内燃机车、客车和货车车轮的标准型踏面和不同磨耗半径的磨耗形踏面与标准型钢轨接触时的轮轨表面接触力、轮轨内部剪切应力、车轮轮缘要部接触应力的数值解，并研究了影响轮轨接触应力的各种因素，本文还用光测力学的方法对轮轨动态接触应力进行了研究。这些成果对于研究轮轨接触强度，分析轮轨踏面的剥离、轮轨磨耗以及轮轨型面的优化都提供了理论依据。     

轮轨磨耗机理与轮轨润滑

从轮轨接触应力和轮轨间的蠕滑率研究了轮轨磨耗的机理，并对轮轨润滑除减少磨耗外还可以降低轮轨内部剪切应力，这有利于减轻轮轨表面的接触疲劳损伤以及降低车轮脱轨系数，这有利于提高车辆运动安全性。     

减缓曲线钢轨侧磨的方法探讨

减缓曲线钢轨侧磨是一个涉及诸多因素的问题，应该进行综合治理。文章讨论了轮轨润滑技术、采用机车车辆磨耗形车轮踏面和曲线钢轨非对称打磨技术问题。     

铁路曲线上轮轨磨耗影响参数的仿真研究

运用SIMPACK虚拟样机技术,从线路设计及养护维修的角度出发,对铁路曲线上车辆速度、轨底坡、曲线超高及钢轨涂油对轮轨磨耗的影响进行仿真计算和分析。分析结果表明:为降低轮轨磨耗及保证行车安全,车辆速度以比线路条件决定的最高行车速度略低为宜;曲线超高过低或过高均会增大轮轨磨耗,由于小半径曲线上设置的超高一般偏大,故而适当降低小半径曲线的超高对于降低轮轨磨耗是有利的;轨底坡的适当增大可使得轮轨磨耗有一定降低,但效果不明显,且轨底坡过大会加剧轮轨磨耗;对钢轨进行适当的涂油可有效降低轮轨磨耗,但应进行严格控制,涂油太多对于降低轮轨磨耗反而不利。     

高速铁路轮轨硬度匹配研究及方向探讨

针对我国高速铁路轮轨关系中钢轨磨耗小、车轮存在凹磨和多边形磨耗、车轮镟修周期短和维护成本高等问题,从轮轨硬度匹配角度,开展轮轨材质硬度摩擦磨损小比例试验、现场轮轨磨损规律测试试验、轮轨磨耗仿真计算等研究,对轮轨硬度匹配指标和方案进行探讨。研究结果表明,轮轨硬度比控制在1.00∶1.00以上,可有效减小车轮磨耗;提高车轮硬度,可抑制和减缓多边形磨耗的产生。建议适当提高我国应用车轮的硬度,推广我国自主研发的强韧性兼备高硬度车轮,延长车轮镟修周期,节约养护维修成本。     

广州地铁1号线轮缘异常磨耗研究

为改善广州地铁1号线轮缘异常磨耗及偏磨问题，介绍了广州地铁1号线在轮对运用过程中存在的问题。通过对长期的磨耗数据进行统计分析，对比其他线路的车辆和轨道基础参数，现场调研1号线钢轨和轮对表面磨耗情况等方法，对1号线轮轨磨耗的影响因素进行了系统的研究。此外，还对轮轨磨耗产生的原因进行了分类，并提出不同的改进措施以改善1号线的轮缘磨耗率。     

高速铁路轮轨硬度匹配试验研究

针对我国高速铁路出现车轮磨耗相对较大的问题,对国内外高速铁路轮轨硬度匹配关系的研究及应用现状进行分析,并在实验室进行3种硬度车轮与3种硬度钢轨的对磨试验,对比分析硬度不同的车轮与钢轨对磨时的轮轨磨损、变形和接触疲劳伤损等。结果表明:适当提高车轮的硬度即提高轮轨硬度比以减轻车轮磨耗较大的问题已成为国际上通行的做法;9组轮轨磨损试验中,轮轨硬度比为0.95∶1~1.15∶1时轮轨总磨耗量较小,轮轨硬度比大于1∶1时,轮轨变形和表面接触疲劳伤损较轻,轮轨硬度比为1.15∶1时轮轨总磨耗量最小,且接触疲劳伤损也最轻;随着车轮硬度的提高,不但车轮的磨耗减小,而且其抗变形能力也显著增加。建议动车组车轮与U71MnG钢轨的硬度比控制在1∶1以上,以解决我国高速铁路车轮磨耗较大的问题。     

高速列车轮轨接触几何参数对轮轨磨耗的影响研究

为研究高速列车轮轨接触几何参数对轮轨磨耗的影响,选取修正的Elkins磨耗指数方法计算轮轨间的磨耗指数,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真的方法,将轮对、转向架构架和车体逐步进行弹性化处理,建立全弹性的车辆系统动力学模型,基于此模型进行数值计算,从时域、有效值、最大值3个方面,结合速度因素,分析摩擦系数、轮对内侧距和轨底坡对轮轨磨耗的影响。结果表明,在相同速度下,摩擦系数越小,轮轨磨耗越严重,随着摩擦系数的增大,轮轨磨耗趋于平稳;随着轮对内侧距的增大,磨耗指数整体呈增大趋势,但轮对内侧距对轮轨磨耗的影响较小;当轨底坡的值取为1/40～1/20时,轮轨磨耗较小;在相同轮轨接触几何参数下,列车运行速度的提高加剧了轮轨间的磨耗。     

基于轮轨润滑的轨道交通车辆轮轨磨耗及噪声控制

文章针对轨道交通车辆轮轨磨耗及噪声的问题,提出控制轮轨摩擦因数的方法 ,通过轮轨润滑对轮轨磨擦和噪声的影响分析,得出使用轮缘润滑设备可有效降低轮轨磨耗并消除轮轨滑动摩擦产生的尖锐噪声。实际测试结果也证明了这一方法确实可行。     

对轮轨润滑剂粘着特性的评价

指出铁道机车车辆通过小半径曲线时在轮轨间会产生较大的横向作用力，该作用力是导致机车车辆脱轨以及外轨轨头内侧面磨耗、内轨轨顶面波状磨耗和车轮轮缘垂直磨耗的主要因素之一。轮轨间发出的碾压声响还会对周围环境造成噪声污染。使用轮轨润滑剂有助于减小该横向作用力。文中介绍了4种不同类型轮轨润滑剂粘着特性评价试验的条件、方法和结果等。     

减少提速道岔护轮轨与车轮磨耗的方法

针对铁路道岔护轮轨的磨耗问题进行了大量的现场调查和试验分析,找出了护轮轨产生磨耗的主要原因和磨损原理,同时也给出了减少护轮轨磨耗的方法与建议,对我国铁路道岔的养护和维修有一定参考价值.     

钢轨综合摩擦控制对于轮轨磨耗的影响研究

减小轮轨磨耗是提高轮轨使用寿命、降低运营成本的有效方法,而轮轨摩擦系数是影响轮轨磨耗的重要因素。在SIMPACK软件中建立C80多体动力学车辆模型,利用计算机仿真研究方法对轮轨综合摩擦控制对于轮轨磨耗的影响进行研究。结果表明,在直线区段不建议采用轮轨润滑作业,而在曲线区段建议采用轨顶、轨侧综合摩擦系数控制方法进行涂敷作业,且轨顶、轨侧适当摩擦系数配比的异步润滑模式具有较好的轮轨减磨效果。     

轮轨润滑降低重载货车轮轨磨耗作用的研究

轮轨润滑是重载铁路减轻轮轨磨耗及损伤的有效措施之一。基于多体动力学理论,建立了配装不同类型转向架的C80B型重载车辆动力学分析模型,利用多点接触轮轨模型和轮轨接触摩擦功进行磨耗评价。计算得出了不同曲线工况下,轮轨润滑对交叉支撑转向架和径向转向架轮轨磨耗的作用规律。     

TPDS在城轨车辆状态监控中的应用展望

轨道车辆和线路的作用问题是轨道交通轮轨接触式运输的基本问题,减少轮轨间的异常磨耗是保证运营安全、提高车辆维修经济性的关键。阐述地面轮轨力监测系统(TPDS)的测试原理、在铁路动客货车车辆运行安全监控方面发挥的重要作用,以及在指导车辆造修方面取得的效果。因城市轨道交通车辆同样存在轮轨磨耗问题,提出将TPDS轮轨力测试技术及装备应用于城市轨道交通,并进行车辆状态实时在线监控的展望。     

重载列车车辆轮轨作用研究

通过对不同轴重、不同踏面外形和不同钢轨的轮轨接触最大应力的计算,得出轮轨接触应力随轴重、踏面和钢轨的变化情况。分析比较理论计算和试验结果,验证理论研究方法的正确性。研究表明:轮轨接触应力随着轴重的提高而增加;在运用初期轮轨磨耗量随运行里程增加急剧上升;随着轮轨间的进一步磨合,轮轨接触应力和磨耗量将稳定在一定水平;轴重从21 t提高到23 t,轮轨磨耗量增加80%左右;轴重从21 t提高到25 t,轮轨磨耗量增加150%左右;提高钢轨的重量等级,可以在增加车辆轴重的同时有效地降低轮轨接触应力及减少轮轨磨耗。