重载铁路曲线上钢轨磨耗和剥离原因及整治措施

朔黄铁路自开行重载列车以来,部分平纵断面复杂的路段尤其是曲线地段,钢轨伤损情况日趋严重,集中表现为侧面磨耗、剥离掉块、轨头压宽及波纹磨耗等。通过对曲线地段钢轨病害的现场调查与观测,从轮轨接触应力与钢轨轨底坡的变化、钢轨磨耗的机理及现有养护维修方法存在的问题等方面对曲线地段钢轨磨耗和剥离掉块的原因进行了分析,并结合朔黄铁路设备实际情况,提出了朔黄铁路钢轨磨耗和剥离整治措施。     

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。     

大秦线运量逐年递增情况下的钢轨伤损分析及对策

大秦重载铁路运量增加及速度的提高、钢轨焊接工艺不良、线路维修周期得不到满足是造成重伤钢轨大量发生的主要原因。伤损主要表现为曲线上股侧磨、曲线下股剥离掉块、压溃、钢轨核伤。强化设备维修、定期打磨是当前有效降低钢轨伤损的主要手段。     

曲线磨耗状态下轮轨弹塑性接触有限元分析

基于现场实测的承载铁路小半径曲线段正常磨耗范围内典型轮轨型面.应用有限元分析软件AN-SYS建立轮轨三维接触有限元模型.模型考虑了车轮与钢轨的实际几何形状和边界条件,轮轨材料本构模型采用双线性随动强化弹塑性材料模型,计算分析曲线段不同磨耗程度车轮与钢轨的接触状态.计算结果表明:在相同载倚条件下,随着75 kg·m-1钢轨侧磨量的增加,轮轨接触斑面积呈增大趋势,钢轨最大Mises等效应力逐渐降低,轮轨踏面廓形逐渐相互匹配,接触状态得到改善;在钢轨侧磨量从0 mm增加剑5 mm过程中,轮轨接触状态变化较大,钢轨处于剧烈磨耗阶段,容易出现疲劳裂纹、剥离掉块等接触疲劳伤损,钢轨侧磨量超过5mm后,轮轨接触状态变化趋于平缓,钢轨处于稳定磨耗阶段.     

U71Mn钢轨踏面剥离掉块缺陷分析

U71Mn钢轨在铁路曲线线路外轨使用一段时间后,在钢轨踏面上出现不同程度的剥离掉块缺陷。对产生缺陷的钢轨进行性能检验的结果表明:钢轨的化学成分和氢氧含量、拉伸性能、脱碳层、金相组织、非金属夹杂物和踏面硬度等均满足TB/T 2344-2012标准的要求,因此剥离掉块缺陷的产生与钢轨自身质量没有直接关系。对缺陷特征进行分析的结果表明:出现在曲线线路外轨踏面工作边轨距角圆弧区域的剥离掉块是一种典型的滚动接触疲劳伤损,这主要是由于轮轨长期在此区域接触导致该区域接触应力过大所致。通过改善轮轨匹配关系使轮轨形成共形接触,合理进行预防性和校正性打磨,并严格执行钢轨分级使用规定,可以有效预防和减轻钢轨剥离掉块缺陷的产生。     

南京地铁钢轨掉块病害分析与防治

通过对南京地铁2号线曲线地段钢轨顶面掉块的观测研究,发现掉块发生在无减振措施的小半径曲线上股内侧,掉块是由于钢轨顶面疲劳伤损形成裂纹并发展而成。经分析认为:钢轨顶面掉块与曲线上股钢轨受力、线路轨底坡、轨道的弹性以及列车的驾驶模式有关。预防和减缓钢轨顶面掉块病害应从轨道设计、施工及后期运营维护三方面进行考虑。     

采用钢轨打磨减缓朔黄铁路小半径曲线钢轨伤损的试验研究

随着运能的增加,朔黄铁路小半径曲线钢轨出现明显的磨耗、掉块、压溃等伤损。为延长曲线钢轨使用寿命,朔黄铁路原平管内设置了钢轨打磨试验段,通过分析钢轨疲劳伤损发展规律,分析了各因素对钢轨表面疲劳伤损的影响。通过试验段钢轨初期打磨效果的对比分析,证明了钢轨打磨周期以及打磨断面对钢轨伤损的作用。     

钢轨廓形打磨对京广线曲线磨耗速率及钢轨表面状态的影响

针对京广线曲线上股钢轨鱼鳞伤严重,下股光带不良,轨距角有明显斜裂纹等问题,分别采用传统打磨方式与廓形打磨方式消除。对打磨前后效果进行分析比对得出,采用廓形打磨后,曲线上股轨面状态较好,斜裂纹、剥离掉块等发展速率均得到控制,曲线下股光带分布合理;采用传统打磨方式,钢轨表面鱼鳞伤得到消除,但是由于轨距角处切削量太大,导致轨侧有高频次接触,不利于减缓钢轨磨耗。提出研发适用于我国线路的钢轨打磨列车,制定合理的钢轨打磨周期及打磨策略,优化钢轨廓形打磨委外服务模式和优化钢轨廓形的建议。     

重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究

通过对重载铁路钢轨伤损的现场调查分析,确定出钢轨伤损的主要类型和规律,在此基础上提出了预防对策措施并进行了试验验证。结果表明:①在半径小于1 200 m的曲线上铺设轨面硬度大于370 HB的含铬热处理钢轨(U77 MnCr和PG4)、采用每天1次固体润滑并设置欠超高,可以减少钢轨的严重侧磨;②热塑性弹性体垫板可以增加轨道弹性,减少轨道动应力和钢轨的疲劳核伤;③在减少所用钢轨表面脱碳层深度和钢中夹杂物的基础上及时进行钢轨打磨,可有效抑制钢轨轨距角剥离掉块伤损的发展;④虽然热轧轨出现的剥离掉块深度较浅,但会在轨面外侧出现严重的深层肥边掉块,影响钢轨的安全使用,因此,重载铁路曲线下股仍应铺设高强度的热处理钢轨;⑤在优化焊接工艺和提高接头内部质量的基础上,对焊接接头采用焊后再淬火,以提高接头轨面的硬度,从而明显减少焊接接头轨面的低塌和焊接接头的伤损。     

1300MPa级在线热处理钢轨使用性能研究

对铺设在北京、太原、上海和郑州铁路局的半径为300~500 m曲线上的60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨的使用性能进行跟踪观测,研究提高重载小半径曲线钢轨的使用寿命。研究结果表明,60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨硬度高、耐磨性能好;在使用初期,钢轨磨耗少,钢轨表面容易出现剥离掉块,此时如果采用液体润滑,会加剧钢轨表面的剥离掉块;钢轨的磨耗主要出现在曲线的圆缓或缓圆部位,当钢轨磨耗到一定程度后,侧磨加快,如果采用正确的固体润滑方法,可使钢轨的侧磨得到有效地控制,且钢轨不会出现严重的剥离掉块;PG4在线热处理钢轨的综合使用性能良好,耐磨性能比U75V热处理钢轨提高1倍以上,适合在钢轨磨耗严重的重载铁路小半径曲线上使用;对钢轨实施预防性打磨、设置适当的欠超高、采用1∶20的轨底坡等改善轮轨匹配关系降低接触应力的措施,均对提高重载铁路曲线区段上钢轨的使用寿命具有重要的作用。     

神朔铁路钢轨打磨技术

随着神朔铁路运量不断增加,钢轨病害呈快速发展趋势,养护维修工作量明显增加。本文基于钢轨病害特点及实际运营环境,提出适用于神朔铁路的钢轨打磨廓形和工艺。通过对比打磨前后的钢轨病害情况、轨检数据和轮缘磨耗数据发现:钢轨打磨可使小半径曲线上股钢轨磨耗速率降低53%,下股钢轨磨耗速率降低64%,并可有效去除钢轨表面接触疲劳伤损并控制其发展速率;钢轨打磨使得轮缘磨耗速率由打磨前的0.085 mm/万km降至打磨后的0.057 mm/万km,平均降幅为32.9%。因此,钢轨打磨不仅能有效去除钢轨接触疲劳伤损,而且可以明显降低钢轨和轮缘磨耗速率。     

重载铁路钢轨伤损形成分析及对策

从朔黄铁路75kg/m无缝线路小半径曲线地段钢轨出现的鱼鳞状剥落掉块、焊缝伤损问题出发,与大秦线的技术状态和钢轨伤损状况进行类比、归纳、分析,指出钢轨伤损形成的原因与钢轨接触性疲劳、钢轨材质、列车制动、列车运行速度、焊缝硬度、线路养护维修等有关,并提出病害整治的措施和预防对策及亟待研究的重点。     

大准铁路小半径曲线钢轨打磨廓形及工艺研究

针对大准铁路小半径曲线钢轨伤损和磨耗严重开展钢轨打磨技术研究,进行打磨模板设计。本文通过分析实测轮轨廓形的磨耗和接触特征,确定钢轨打磨目标廓形,据此设计得到适合于大准铁路小半径曲线的钢轨打磨廓形,并采用重载货车-轨道动力学模型和轮轨接触有限元模型进行理论计算与分析。结果表明:车轮与实测钢轨廓形匹配时,上股易形成过共形接触,下股接触点偏向轮缘根部,形成反向轮径差,降低曲线通过性能;车轮与打磨廓形匹配时轮轨接触状态得到明显改善,轮对冲角、轮轨横向力、脱轨系数、磨耗指数和轮轨接触应力均显著降低,大幅提高了曲线通过性能。     

钢轨廓形打磨在丰沙线小半径曲线上的应用

为解决丰沙线R300～600 m小半径曲线钢轨波磨和剥离掉块严重等问题,根据线路实际运行车辆车轮踏面、钢轨实际廓形和表面病害情况,充分考虑轮轨接触关系,设计得到适合丰沙线小半径曲线的钢轨最佳廓形,并按其实施了廓形打磨。通过跟踪观测结果可知:廓形打磨后疲劳伤损和波磨等病害得到有效控制,波磨曲线维修成本大幅降低,钢轨廓形保持良好,整体打磨效果显著。而未实施廓形打磨的曲线钢轨疲劳伤损和波磨等病害发展迅速。     

延长山区铁路钢轨使用寿命的思考

针对南昆线近年伤损钢轨数量骤增的实际情况,分析伤损钢轨的数量、位置分布、伤损部位和类型.选取南昆线4段曲线进行曲线上股钢轨接触疲劳伤损试验,得出钢轨选型不当、瞳线超高设置不合理、钢轨未打磨和曲线地段机车喷撤废机油是导致钢轨伤损的主要原因.探索解决钢轨伤损问题、延长山区铁路钢轨使用寿命的有效措施,实现节约成本、保障行车安全的目的.     

浅析重载条件下的钢轨磨耗和剥离问题

对重载条件下钢轨磨耗和剥离掉块进行分析，阐述了轮轨作用力与钢轨磨耗、塑性变形、剥离之间的关系，并对防止钢轨磨耗和剥离提出建议。     

进口淬火钢轨的性能及应用研究

针对20世纪90年代中期我国进口并铺设使用的日本、法国、奥地利及俄罗斯淬火钢轨,进行性能和应用状况分析,研究钢轨出现滚动接触疲劳缺陷的原因,提出解决措施。研究结果表明,日本、法国、奥地利的钢轨淬火工艺为离线欠速淬火工艺,仅对轨头进行加热和冷却处理,从而得到较高的强度和硬度。这种钢轨虽然在小半经曲线上表现出较高的抗磨耗性能,但在直线段上当通过总重达到4～5亿t.km时,钢轨踏面会出现隐伤、斜裂纹、剥离掉块等较严重的滚动接触疲劳缺陷;俄罗斯的钢轨淬火工艺为淬火+回火工艺,钢轨全断面经过加热和冷却处理,虽硬度和强度略低,但因其不同的廓面形状和较好的轮轨匹配关系,使得滚动接触疲劳伤损较轻;进口淬火钢轨出现的斜裂纹一般形成在轨距角处,与行车方向大致成40°～50°角并向行车方向发展。疲劳裂纹是由材料的棘齿形滞回效应引起的,并在高的接触应力下扩展。因此定期打磨钢轨和使用新廓面钢轨是解决滚动接触疲劳问题的有效方法。     

浅析重载条件下的曲线钢轨磨耗和剥离问题

从朔黄铁路重载列车实际运行现状出发,阐述轮轨作用力与钢轨磨耗、塑性变形、剥离之间的关系,从而对重载条件下,钢轨磨耗和剥离掉块现象的成因进行技术分析。在此基础上,提出减缓钢轨磨耗、防止剥离现象的具体技术措施和建议。     

钢轨踏面斜裂纹伤损原因及对策的研究

广深准高速铁路全长139km。对准高速区段和非准高速区段曲线上钢轨进行探伤检查,发现在44个曲线,37km长的范围内存在踏面斜裂纹,斜裂纹主要发生在上下行上股钢轨,斜裂纹呈成段、非连续、跳跃式分布。踏面斜裂纹及断口的宏观形貌和理化检验与分析表明,踏面斜裂纹伤损属于滚动接触疲劳裂纹伤损类型。研究认为:钢轨性能、线路状况、车辆性能及运行速度、车轮踏面形状等是产生斜裂纹的主要原因。提高钢轨的接触疲劳强度,在曲线上使用微合金淬火钢轨,研究和改善轮轨接触方式,加强轨道的养护维修,合理地进行预防性打磨和校正性打磨是解决钢轨踏面斜裂纹伤损的主要措施。     

过共析钢轨使用性能研究

对铺设在郑州铁路局直线上和半径600~1 000 m曲线上的在线热处理过共析钢轨的使用情况进行跟踪观测。结果表明:过共析钢轨硬度高,耐磨性能好。使用1年后,铺设在直线和半径1 000 m曲线上的钢轨表面光洁,基本无伤损,铺设在半径600 m曲线上的钢轨出现鱼鳞伤和剥离掉块。钢轨闪光焊接头硬度基本满足标准要求,铝热焊接头硬度低于标准要求,使用后个别焊接接头存在低塌现象。过共析钢轨耐磨性能明显优于U75V热处理钢轨,预防性打磨可以提高钢轨在小半径曲线上的使用寿命。