廓形打磨对小半径曲线钢轨受力状态的影响

为了研究钢轨廓形打磨对小半径曲线轮轨关系和作用力的影响,对成渝铁路钢轨打磨前后的轮轨接触关系开展分析,对车辆轮轨作用力进行现场测试。测试结果表明:钢轨廓形打磨后,货运列车和客运列车通过小半径曲线时的轮轨垂向力均值降低幅度分别达到13.8%和8.4%,轮轨横向力均值降低幅度分别达到19.7%和33.5%,脱轨系数均值降低幅度最大分别达到16.0%和7.4%,轮重减载率均值降低幅度最大分别达到23.1%和27.3%;钢轨打磨后的轨面状态得到有效改善,轮轨接触分布更为合理。钢轨廓形打磨可有效提升列车曲线通过性能,对于轮轨关系和钢轨受力状态的改善具有重要意义。     

表面选区强化对钢轨波磨处轮轨滚动接触行为的影响

层流等离子体表面强化技术可大幅提高钢轨表面的硬度和耐磨性。为了揭示强化处理对轮轨滚动接触行为的影响,建立同时考虑钢轨表面选区强化和短波波磨的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,数值计算了车轮高速滚过一个波磨周期的轮轨力、接触斑黏滑分布和残余应力应变。对比发现:表面选区强化对轮轨力和接触斑黏滑分布的影响较小,不影响钢轨承载性能;对钢轨表面残余应力应变分布的影响明显,残余应力主要集中在屈服强度较高的强化斑内而残余应变主要集中在韧性较好的基体材料上,表面选区强化有效结合了强化斑和基体材料的力学性能,形成了一种强韧的良好匹配。结果可为现场生产服务提供一定的理论指导和应用参考。     

60 kg/m钢轨和60N钢轨轮轨接触几何关系对比分析

为揭示我国新研究设计的60N钢轨的轮轨接触几何关系,运用常用的迹线法,以LM型和LMA型车轮踏面为例,对60 kg/m钢轨(简称60钢轨)和60N钢轨轮轨接触几何关系及其对轨底坡和轮对摇头的适应性进行详细研究。结果表明:相比60钢轨,60N钢轨与LM型和LMA型踏面匹配时,轮轨接触点在钢轨上位于钢轨中心位置附近,同时不会在钢轨轨距角附近出现轮轨接触,且在发生轮缘接触前,60N钢轨相比60钢轨对应的等效锥度随着轮对横移量变化很小,说明60N钢轨有效的改善了轮轨接触几何关系;同60钢轨,60N钢轨对于LM型车轮踏面,当轨底坡为1/20时匹配更佳,对于LMA型车轮踏面,当轨底坡为1/40时匹配更佳,而摇头角对60钢轨和60N钢轨的影响基本一致。     

高速铁路钢轨打磨关键技术研究

根据我国高速铁路上运行车辆的车轮型面设计钢轨的预打磨轨头廓面.按照该预打磨轨头廓面对钢轨进行预打磨,可有效改善轮轨的接触状态.给出了适用于不同车轮型面的钢轨预打磨深度理论设计值以及适用于LMA和S1002G车轮型面的钢轨预打磨轨头廓面.关于预打磨后的实际轨头廓面与预打磨设计廓面的误差,在轨距角部位应控制在-0.1～0.3 mm范围内.建议我国高速铁路的钢轨打磨周期为每30～50 Mt通过总重打磨1次,对于无砟轨道取上限,有砟轨道取下限;关于60kg·m-1钢轨的预打磨深度,在轨距角部位应达到0.8～1.5 mm,在主要轮轨接触部位应大于0.3 mm;钢轨打磨后的表面粗糙度应小于10μm;采用48磨头打磨车时应打磨3～4遍,采用96磨头打磨车时应打磨2遍.     

基于槽型轨的有轨电车动力学性能研究

通过建立使用槽型轨和无槽轨轨道的70%低地板有轨电车动力学模型,分析了发生轮背接触的条件,研究轮背接触对槽型轨的动力学影响,优化滚动圆横向跨距。计算结果表明,轮背接触对轮对十分不利,在设计车辆时应保证轮对与槽轨尽量不发生接触;增大滚动圆横向跨距是避免轮背接触的有效方法,且适当地增大滚动圆横向跨距对车辆动力学性能有益。     

钢轨打磨对动车组轮轨匹配及磨耗影响研究

为解决动车组车辆在运行中出现的晃车及加速度异常情况,对磨耗后钢轨型面进行打磨,并通过仿真分析以及跟踪测量对打磨效果进行评估。分析结果表明,打磨后轮轨接触点对分布较打磨前更窄,分布于滚动圆附近,轮对发生横移时滚动圆半径变化较小,但由于其较小的接触面积导致接触应力较大,易产生较大的垂磨;打磨后钢轨匹配时由于等效锥度较小,对车辆运行稳定性及车体振动起到改善作用;打磨后钢轨的磨耗位置居中,磨耗面积小但垂直磨耗大,在运行一段时间后,轮轨接触光带会缓慢增大。因此,钢轨打磨缓解了车辆运行过程中构架横向加速度异常的情况,虽其滚动圆处垂磨较大,但其总磨耗量较打磨前小,且降低了对钢轨的损伤,有利于延长钢轨的寿命。     

德国铁路网公司的钢轨处理

白2007年德国铁路网公司开始追求预防性钢轨维修。重点在明显影响钢轨使用寿命的滚动接触疲劳损伤的防止和消除。现在的结果完全证明了预防性钢轨维修的成功。作为安排打磨计划的基础，在德国铁路公司的路网上使用钢轨表面测量动车，v〉120km／h。2000年初在约50000km长度的贯通正线上，打磨效率为每年约3000km。自2007年钢轨处理成为轨道预防性维修战略的核心。     

轮对与道岔接触问题的有限元分析

针对城市轨道车辆车轮和道岔的磨耗问题,应用参变量变分原理及基于此原理的有限元参数二次规划法来求解轮对与道岔的接触问题,建立轮对与辙叉、护轨、基本轨的多体接触有限元计算模型,分析不同工况下轮对和道岔接触斑形状、内部应力以及接触力的分布和变化规律.结果表明,由于车轮踏面与9号辙叉的型面不配合,轮对与辙叉形成两点接触,且接触斑狭长,靠近轮缘处踏面和辙叉接触斑的应力及接触力非常大,其数值远远超过材料的屈服极限,进入塑性变形阶段,这将导致车轮踏面与辙叉的磨耗严重.这一研究方法和计算结果将为道岔的合理设计以及轮对和道岔型面更好配合提供了理论依据.     

瑞典研制可更换磨损表面的新型钢轨

如果维修时可以对钢轨的磨损部位进行更换，就可延长整个钢轨的使用寿命。根据这一理念生产的新型钢轨ReRail由两部分组成，即在钢轨主体的顶端安装了一种材质坚硬的轨帽，由于这种轨帽的碳含量很低，可以很好地杜绝低温时出现裂纹。维修时只需要更换钢轨顶端15％的部分。与一般钢轨的材料相比，这种材料的耐磨性可以明显延长打磨等维护工作的作业周期，同时也具有一定的摩擦力。钢轨的损坏多由表面裂纹扩散而造成，但这种新型钢轨由于接触层的阻隔，可以完全避免这一情况的发生。     

钢轨波浪形磨损研究

钢轨波浪形磨损（简称钢轨波磨）是车辆与轨道结构激烈振动并产生噪声的主要因素之一，不仅影响旅客乘坐舒适度和装运货物的完好，而且缩短结构部件的使用寿命。结合试验，采用车辆一轨道耦合动力学理论、轮轨三维非赫兹滚动接触理论、材料摩擦磨损理论和塑性理论，研究钢轨波浪形磨损的形成和发展机理。主要研究内容如下。     

地铁车辆频繁启停工况加速钢轨滚动接触疲劳损伤行为

列车启停过程中轮轨接触应力复杂交变,近站点附近车辆频繁启停运行工况加速了钢轨滚动接触疲劳损伤。为深入了解地铁车辆频繁启停工况下的钢轨滚动接触疲劳损伤特性,利用轮轨滚动接触疲劳/磨损试验台(JD-DRCF/M)开展频繁启停工况下轮轨滚动接触疲劳试验。对比研究4种不同加/减速度工况下(0,400,800和1 200 r/min²)轮轨滚动接触界面黏着、钢轨磨耗和疲劳裂纹行为。研究结果表明：在干态环境中,加速工况显著降低了轮轨界面的黏着系数,其中：800 r/min²加速度下降幅最为明显;而进入水介质环境后,黏着系数出现瞬时极低值、加速度工况下的黏着系数降幅程度差异显著。加速度工况未引起钢轨的过高磨耗,但其对钢轨磨损形貌、表面粗糙度等的影响均较为显著,过高的加速度极易诱发钢轨以剥层机制失效并伴随表面粗糙度的大幅提升。钢轨磨耗与轮轨界面的剪切作用密切相关,加速度的存在往往不同程度地加剧了近表层钢轨材料的塑性变形和疲劳裂纹的萌生与扩展,使得裂纹扩展角、裂纹长度与数量均有不同程度地增加。因此,有必要开展实验条件下钢轨试样滚动接触损伤与实际现场钢轨损伤间的...     

函数型摩擦系数条件下轮轨滚动和滑动接触的热机耦合分析

以直径为860mm的LMA型踏面轮对和60kg.m-1钢轨为例,在考虑轮轨间热传导以及轮轨与环境间的热传导和热辐射基础上,采用非线性有限元分析软件ABAQUS提供的mixed Lagrangian-Eulerian方法建立轮轨接触的热机耦合有限元模型,并采用隐式和显式相结合的方法分析轮轨滚、滑动接触工况下的热机耦合问题。结果表明:轮轨滚动接触时,轮轨间的摩擦温升较小、不影响轮轨表面的材料性能,工程上可以忽略其温度对轮轨接触特性的影响;轮轨滑动接触时,轮轨间的摩擦温升足以改变轮轨表面的材料性能,进而影响摩擦系数,且不同摩擦系数对轮轨接触热机耦合特性影响也较大,因此采用与相对滑动速度、温度和载荷等因素相关的函数型摩擦系数可以准确分析轮轨滑动接触的热机耦合特性。     

轮对径向定位的机车

采用轮对径向定位装置，在通过曲线时导轮的冲角就能减小，甚至使它等于零。因此降低了运行阻力，减少了踏面、轮缘和钢轨侧缘的磨损。文内介绍了针对２ＴЭ１１６型内燃机车开发制造的轮对径向定位装置的结构和改进措施，并做了运用试验。试验结果表明，除上述优点外还消除或减小了车轮与钢轨的啃轨声和噪声。这种轮对径向定位装置已推广到六轴自翻车和线路矫正车上，同样取得了良好的效果。     

地铁轨底坡超差对钢轨磨耗的 影响及调整设计

针对地铁短枕式整体道床曲线段出现的钢轨伤损、轨底坡超差、钢轨异常波磨、车内噪声超标等问 题,从调整轨道几何形位、恢复轮轨正常接触状态角度出发,开展轨底坡调整设计研究,制定线路线型优化精调 改造方案。首先,开展曲线段短枕式整体道床轨底坡超差测试,结果表明超差率超过 95%。其次,通过建立车 辆-轨道动力学模型,分析轨底坡对轮轨接触关系及对钢轨磨耗的影响,根据线路轨底坡超差分布情况,开展轨底 坡调整和高密度聚乙烯轨下调坡垫板设计研究。最后,通过“调参数、保稳定”方法增大曲线范围扣件横向刚 度,并调正轨底坡,轮轨接触及轨道横向刚度显著改善。轨底坡调整前后,钢轨、道床、隧道壁振动加速度均有 所下降,光带趋中改善,钢轨横向位移峰值特征值降低 20.51%,隧道壁振级降低 4.8 dB,车内噪声在 630 Hz 主 频段降低 9.52 dB(A),等效声压级降低 6.74 dB(A)。     

钢轨焊接接头不平顺演变条件下的轮轨接触分析

钢轨焊接接头处容易出现短波几何不平顺，严重制约着钢轨的服役寿命并影响行车安全。为研究钢轨焊接接头几何不平顺演变对轮轨接触行为的影响，首先，基于有限元方法建立三维轮轨滚动接触模型，分析我国某线路实测钢轨焊接接头几何不平顺处的轮轨动态响应；随后，建立局部钢轨有限元模型，通过引入钢轨材料的循环本构模型，研究循环荷载作用下钢轨接头处的应力-应变响应。研究表明：(1)随着钢轨焊接接头几何不平顺的演变，轮轨接触力和接触应力逐渐增大，其变化率也随之提高；(2)考虑列车牵引工况时，在轮轨切向力的作用下，钢轨焊接接头处的材料响应在其几何不平顺演变过程中均处于棘轮效应状态，尤其是几何不平顺演变中后期，循环积累的应变显著增加，累积应变变化率由之前的22.4%增长到53.2%,即加快了钢轨的劣化；(3)若不考虑列车牵引或制动操作时的作用力，材料响应则为塑性安定。     

重庆地铁采用WTMD抑制钢轨波磨及噪声的试验研究

为研究宽频型调谐式钢轨阻尼器(Wide-frequency Tuned Mass Damper,简称WTMD)对抑制波磨和减小车内噪声的效果,基于WTMD设计原理及调频方法,通过前期测试得到钢轨波磨及噪声主频,从而确定WTMD型号,并在重庆地铁1号线双碑至石井坡上行高架桥曲线段进行了安装及现场试验研究,对同一半径(R=545 m)曲线内钢轨安装WTMD区段与未安装WTMD区段进行对比测试,测试结果表明:安装WTMD后可以改善钢轨动力特性,在安装WTMD后车厢内1.5 m处噪声降低7.2 dBA;安装WTMD后钢轨在250～5000 Hz频带内的阻尼特性得到明显改善,钢轨纵向振动衰减率分别在垂向和横向分别最大提升约28倍(3150 Hz)和17倍(1250 Hz);该改造段内钢轨波磨的特征波长为40 mm,433 d跟踪测试结束时未安装WTMD的钢轨表面粗糙度级最大超出TSI 3095:2010限值达28 dB,而安装WTMD段无明显钢轨波磨现象,安装WTMD能够有效抑制钢轨波磨的发展.     

车轮磨耗对高速车辆侧向过岔动力学性能的影响

高速列车在长期运营过程中，车轮将发生随里程增加而不断增大的磨耗，为探究车轮磨耗对车辆侧向通过道岔时的动力学性能的影响，建立高速车辆-道岔耦合动力学模型，在综合考虑不同磨耗程度的车轮对转辙器区钢轨接触几何影响的基础上，研究具有不同磨耗程度车轮的高速车辆侧向通过道岔时对高速车辆动力学性能的影响。研究表明：随着车轮磨耗程度增加，高速车辆侧向过岔时的轮对运动姿态和车辆动力学性能发生较大变化，车轮运营里程达到20万km后，轮轨横向力较标准车轮型面减小了42%,车体横向振动加速度较标准车轮型面减小了16%,脱轨系数较标准车轮型面减小了38%;车轮发生磨耗后，车辆系统的动力学性能、行车安全性和舒适性均有一定程度改善。     

不同摩擦系数条件下的轮轨滚动接触特性分析

以直径为860 mm的LMA踏面轮对和60 kg.m-1钢轨为例,采用有限元软件ABAQUS建立三维轮轨滚动接触有限元模型,利用集群逻辑结构的并行计算平台求解该模型,并对不同摩擦系数下轮轨滚动接触特性进行分析。研究表明:摩擦系数对接触斑面积、接触区Mises应力值和法向接触应力影响不大;随着摩擦系数的增大,接触斑黏着区面积增加,接触区内横向和垂向剪应力增大且位置向接触区表面靠近;在相同牵引力矩作用下,随着摩擦系数的增加,轮轨纵向剪应力明显增大;接触斑内摩擦力矢量的纵向分量也随之增大,轮轨摩擦力及其绕原点合力矩的纵向分量也变化明显,最大增幅超过30%,自旋力矩值也随之增大且其中心点在接触斑内沿牵引方向前移。     

道岔区轮轨廓形演变对接触几何关系的影响

为揭示轮轨廓形演变对道岔区轮轨接触几何关系的影响，结合迹线法和基于先进经验的窗口放缩搜索法，构建道岔区轮轨多点接触几何模型，并利用传统迹线法和成熟商业软件对比验证几何模型计算的精确性；在测试长期服役过程中真实车轮型面和道岔变截面钢轨廓形的基础上，研究不同服役阶段下轮轨廓形演变对接触点分布、滚动圆半径差和侧滚角的影响，进而分析轮轨接触几何关系和轮轨力过渡特性。结果表明：随着道岔通过总重的增加，轮轨接触点从基本轨提前迁移至尖轨；磨耗会导致轮轨接触点发生跳跃、分布不连续，从而显著增加轮轨间动态相互作用；随着磨耗进一步加剧，轮对侧滚角最大值从0.04 mrad逐渐减小至0 mrad并最终出现负值；轮轨垂向力和车体加速度从86.643 kN和0.032 m·s^-2分别升至101.466 kN和0.038 m·s^-2后，脱轨系数和轮重减载率对应从0.433和0.215分别升至0.505和0.247，显著降低了列车行车平稳性和安全性。     

利用复合表面改性法降低车轮钢的磨耗

所谓复合表面改性法，是一种可在大气环境中进行处理的简易工艺，它组合了两种喷丸强化处理方法，即使用硬质粒子的微粒子喷丸处理及使用固体润滑材料的固体润滑剂喷丸处理。由于车轮轮缘部的磨耗引起的车轮形状变化，会对列车运行稳定性及安全性产生影响，所以要求减低轮缘磨耗。该文献介绍了在车轮轮缘部与小半径曲线段的钢轨问产生高表面压力、高滑动接触的条件下，以降低轮缘磨耗为目标，利用室内基础试验，