曲线尖轨踏面伤损原因分析北大核心

为了研究伤损曲线尖轨轨头宽15 mm断面处踏面连续掉块的原因,对其进行断口宏观形貌观察、金相分析、非金属夹杂物检测、化学成分分析、淬火层形貌观察及硬度分布检测。结果表明:在距轨顶面约3.5~6.0 mm处存在较粗大夹杂物是引起尖轨内部起裂的主要原因;曲线尖轨使用过程中,在轮轨接触应力的作用下,在踏面次表层粗大夹杂物处萌生纵向疲劳裂纹,降低了尖轨的承载能力,最终导致尖轨连续掉块。为防止该类伤损发生,应提高钢轨钢的纯净度,加强钢轨钢冶金质量的控制和检验,减小钢中非金属夹杂物的数量和尺寸,尤其应控制道岔尖轨小尺寸断面的冶金质量。     

简析高速重载工况对车轮轮辋疲劳裂纹萌生的影响

研究了在重载列车和高速列车车轮实际使用工况下,轮轨接触应力提高后车轮轮辋内部应力增加对轮辋疲劳裂纹萌生的影响。对普通列车、重载列车、高速列车上实际运用过程中发生辋裂的车轮进行失效分析和研究,结果表明:列车轴重增加和运行速度提高,导致车轮轮辋内部萌生裂纹的"临界夹杂物尺寸"减小,使车轮轮辋中原本处于安全尺寸范围的脆性夹杂物越过"临界夹杂物尺寸"成为疲劳裂纹萌生的主要发源点,最终导致车轮轮辋疲劳裂纹的形成。     

动车组车轮踏面滚动接触疲劳安全评估研究

正动车组车轮在运用过程中,受轮轨接触应力、线路条件、车轮性能和车轮质量等因素的影响,车轮踏面会产生剥离现象,主要表现为圆周和局部的滚动接触疲劳剥离,宏观上呈现鱼鳞状裂纹、龟状裂纹和金属掉块剥落等状态,会对铁路的运营安全造成严重影响。目前针对国内动车组车轮滚动接触疲劳的损伤机理及研究较多,但针对滚动接触疲劳安全评估的研究很少。本文将基于动车组车轮滚动接触疲劳试验,对车轮踏面出现的滚动接触疲劳损伤进行安全评估。     

夹杂物对轮辋裂纹萌生的影响

列车速度的提高和车辆轴重的增加导致轮轨接触应力加大,引起车轮轮辋内部应力分布的变化。根据铸钢车轮轮辋金相分析结果,应用Goodier方程对轮辋处夹杂物和空穴周围的应力状态进行分析。在轮轨接触应力作用下,Al2O3球形夹杂物在其球体的"极点"位置产生应力集中,而空穴处于"赤道"位置,其应力更大。根据Murakami公式,以轴重为25 t的车轮为例,计算在不同运行速度下,距铸钢车轮踏面一定深度的夹杂物临界尺寸。其结果显示,在一定车速下,夹杂物的临界直径随距踏面深度的增加而增大;若深度一定,夹杂物的临界直径则随车速的提高而变小。当轮辋中夹杂物的尺寸大于该临界直径时,轮辋疲劳裂纹就可能萌生。     

车轮轮辋疲劳裂纹及掉块分析研究

通过对近年来几起车轮轮辋疲劳裂纹及掉块事故的分析实例,介绍产生这种伤损的原因及影响因素,总结了以往的研究成果,针对我国铁路目前及今后的发展情况提出了发生该类损伤的新条件。     

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。     

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。     

高速动车组D2车轮与ER8车轮滚动台架对比试验研究

为研究高速动车组自主化D2车轮与进口ER8车轮的踏面磨损和疲劳裂纹扩展行为,将踏面上有相同形状和相同深度预制缺陷的2种材质车轮组成1个轮对,在1∶1高速轮轨关系试验台上以350 km·h-1的试验速度进行缺陷扩展程度、磨损量和硬度对比试验,并观察试验后的微观组织结构。结果表明:经4.5×104km的滚动试验后,D2车轮的磨损量为0.072 mm,踏面总体状况良好,踏面预制缺陷呈现完全闭合态,而ER8车轮的磨损量为0.138 mm,踏面预制缺陷出现明显疲劳扩展,并发展为大面积剥离掉块;D2车轮的初始硬度和硬度增幅均高于ER8车轮;D2车轮微观组织结构的连续均匀性以及组织的细晶、固溶和弥散等综合强化能力均好于ER8车轮,使D2车轮的抗疲劳裂纹扩展能力和耐磨性均优于ER8车轮。     

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。     

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。     

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。     

铁路车轮、轮箍踏面剥离的类型及形成机理

由车轮和轮箍生产厂按产品供货技术条件交货的铁路车轮和轮箍，在使用中通常会发现或发生各种不同类型的失效，主要反映在磨耗、疲劳裂纹、剥离、掉块、崩块、崩箍等。从目前国内车轮、轮箍运用情况来看，踏面剥离现象占了失效的绝大多数，从国外的运用现状来看也是如此。车轮=轮箍踏面剥离是一个比较复杂的失效种类，导致其剥离的因素很多，无论是车轮、轮箍材质本身，还是运用工况的变化或机车车辆的结构设计等方面缺陷，均有可能导致剥离现象的产生，因此，正确判别剥离失效的特性，找出产生剥离的主要原因，对指导现场进行正确的预防，保证机车车辆的安全行驶具有重要意义。本文运用失效分析手段，根据各种典型剥离现象的宏观和微观形貌特征，总结出车轮、轮箍踏面剥离的四种类型（接触疲劳剥离、局部接触疲劳剥离、制动剥离、局部擦伤剥离），其中对制动剥离提出了它的两种产生方式（制动热裂纹和马氏体碎裂），本文对每种剥离类型均配有实物宏观和微观金相照片加以说明，指出了各自的宏观形貌表现特征，并对其各自的形成原因进行 了机理上的分析和探讨。需要说明的是，在实际运用过程中，很可能在同一个车轮或轮箍上同时出现文中所提的两种或两种以上的剥离类型，这时就需要根据经验和各种失效形态的表现程度及相关数据，进行进一步的分析和判定。     

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。     

某普速铁路曲线钢轨纵向剥离掉块成因分析

针对某条普速铁路下行曲线上股钢轨服役初期出现纵向剥离掉块问题,现场观测3个半径为400 m的曲线钢轨,测量钢轨表面状态及磨耗情况,分析曲线上股钢轨的接触状态及受力,讨论伤损原因。结果表明,形成曲线上股钢轨纵向剥离掉块伤损的原因是轨距角鱼鳞纹和轨面纵向裂纹边界区域接触应力较大且分布集中。该线路下行曲线上股钢轨出现的早期接触疲劳伤损,和钢轨磨耗速率、润滑时机、曲线超高、列车通过速度等因素相关。     

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。     

机砂品质对大功率机车车轮踏面剥离的影响

和谐型大功率机车车轮踏面剥离已经成为机车惯性质量问题。机车车轮踏面剥离原因比较复杂,很多资料从机车车轮材质、构造特性、线路条件、空转伤损等方面研究较多。结合现场实际,重点从使用机砂品质入手,采用现场调研与检测相结合的方法进行研究;大功率机车用砂品质不良会加速机车车轮踏面剥离的发展,合理规范机车用砂标准对延长机车车轮踏面剥离的发展周期和车轮使用寿命具有积极意义。     

铁路货车车轮踏面伤损检测中剥离与擦伤定位方法

针对铁路货车车轮踏面伤损检测问题,设计铁路货车车轮踏面伤损动态检测系统,提出剥离和擦伤的定位方法.首先对车轮踏面图像进行平滑去噪;然后对图像进行基于平稳小波和Canny融合算法的边缘检测,并根据标准车轮的宽度确定踏面区域;最后,根据剥离和擦伤的不同特征,对剥离踏面区域图像进行基于分块思想和种子填充算法的剥离粗定位后,再进行基于Canny算法和跟踪法的剥离精定位,并给出基于踏面边缘线搜索的擦伤定位方法.实验结果表明:在铁路货车运行速度为0.5 km/h～10 km/h时,踏面剥离的定位准确率达到96.7%,定位精度达到3 mm;擦伤定位准确率达到97.8%;可满足现场动态检测的要求.     

朔黄铁路曲线下股热处理钢轨剥离伤损成因分析

对朔黄铁路的5段75 kg·m^-1的U75V钢轨性能进行检验,分析伤损钢轨裂纹附近的性能。分析表明：U75V热轧钢轨母材的组织和硬度均合格,但U75V热处理钢轨的淬火层深度及横断面硬度均未满足TB/T 2635—2004的要求;显微硬度数据显示,在钢轨横断面存在较薄的硬化层;曲线下股钢轨踏面中心裂纹的深度在1.3 mm左右,并呈现不同程度的剥离掉块,与钢轨硬度分布特征有关;裂纹萌生于钢轨轨头表面塑性流变层内,裂纹起始的发展与列车运行方向成一定的锐角,出流变层后基本以垂直方向朝轨头内部扩展,到一定程度后,裂纹呈鱼钩状,以大致与列车运行的相反方向朝轨顶面扩展,最终导致剥离掉块。建议使用符合标准的热处理钢轨;对曲线钢轨及时进行大机打磨;采取措施,降低纵横向蠕滑力。     

简析热处理工艺、踏面旋修量对动车组车轮疲劳性能的影响

对轮辋淬火热处理过程中对流换热系数以及相变潜热的处理方法进行研究,结合CRH5250车轮轮辋的实测温度曲线计算了轮辋热处理过程的瞬态温度场、瞬态应力场以及热处理结束后车轮的残余应力场。分析了踏面旋修量对残余应力场的影响,分析了踏面旋修量与车轮疲劳性能之间的关系。分析结果表明残余应力和踏面旋修量对车轮疲劳性能有显著影响,设计阶段预先分析热处理工艺对车轮强度的影响,对于保障车轮运用安全可靠具有重要意义。