钢轨打磨技术研究进展

介绍了有关钢轨打磨的理论、技术和应用成果,论述了钢轨打磨技术与轮轨接触疲劳、磨耗、噪声、润滑之间的关系和相互作用模型.基于现有的国外钢轨维修成本的经济学模型,提出了加入打磨设备折旧费用的钢轨维修成本综合经济学模型.建议未来的研究重点:开展基于现场实践的快速电脑程序优化的打磨钢轨型面研究;开展能够综合考虑车辆轨道耦合动力学和经济学指标钢轨打磨方案的优化研究;开展不同工况的打磨参数和打磨工艺研究.     

过度磨耗钢轨的打磨廓形设计方法

针对过度磨耗钢轨的打磨，提出一种以圆弧切点为关键参数的钢轨廓形设计方法；以轮轨接触位置为优化区域，以钢轨磨耗和打磨材料去除量作为优化目标函数，以廓形边界范围、凹凸性、脱轨系数和轮轨横向力为约束条件，建立磨耗钢轨打磨设计廓形多目标函数；集成多元模拟退火寻优算法进行求解；为了得到能代表重载线路曲线区段的钢轨廓形，作为优化的输入数据，采用最小二乘距离算法、算术平均算法、加权平均算法和散点重构算法得出4种钢轨代表廓形；使用Pearson相关系数、Kendall秩相关系数和Spearman秩相关系数计算出4种算法的钢轨代表廓形与实测廓形接触点概率分布曲线的相关性，取相关性最高的代表廓形为等效重载线路曲线区段的实际廓形；对某重载线路过度磨耗钢轨的经济性打磨廓形以及采用圆弧型廓形设计方法的优化廓形进行分析。分析结果表明:优化廓形与现场打磨廓形相较，截面廓形磨削量减少69.56 mm2，下降64.98%，脱轨系数小幅增大，轮轨横向力基本不变，轮对横移变化较小，曲线通过性能相近，80万次通过量下的磨耗面积增加2.19 mm2，钢轨的磨耗速率略微增大，整体仍延长了钢轨寿命。      

单磨头打磨钢轨廓形的仿真分析

钢轨打磨是铁路线路重要的养护维修技术,唯有高精度的打磨才能最大限度的延长钢轨寿命,深入了解钢轨廓形打磨的规律对提高打磨精度有重要意义。以PGM-96C型打磨车为例,基于迹线法求解砂轮与钢轨接触位置,提出单磨头打磨量的计算方法,并通过现场试验进行验证,最后基于该计算方法对不同打磨角度下的单磨头打磨钢轨廓形进行仿真分析,结果表明,在17.6 k W的打磨功率下,砂轮摆角为0°时,钢轨打磨深度为0.08 mm,打磨宽度为12.17 mm,随着砂轮摆角增大,钢轨打磨深度增大,而打磨宽度减小,砂轮摆角增大到20°以上时,打磨深度维持在0.22 mm左右,打磨宽度维持在4.70 mm左右。     

高速铁路辙叉区钢轨打磨廓形设计方法

以心轨顶宽20、35、50 mm处的辙叉区钢轨关键截面作为研究对象,基于NURBS曲线理论建立辙叉区钢轨廓形重构方法;以关键截面钢轨廓形上若干型值点为设计变量,以打磨材料去除量的减少和脱轨系数的降低为目标,以钢轨廓形几何特征和降低钢轨滚动接触疲劳为约束条件,设计出18号道岔辙叉区钢轨经济性打磨廓形;建立了轮轨接触有限元模型和车辆-轨道耦合动力学模型,进行了轮轨接触应力与动力学指标计算。分析结果表明:优化的打磨廓形接触点分布均匀,具有良好的轮轨接触几何特性;钢轨打磨材料去除量在2号截面处降低了17.2%;各截面Mises应力分别降低了8.7%、8.3%和11.5%,轮轨接触应力降幅分别为12.9%、15.8%和18.0%;列车逆侧向过岔时,轮轨横向力与车体横向振动加速度分别降低了10.3%和15.6%,脱轨系数与轮重减载率分别降低了8.1%和10.6%,疲劳因子降低了12.2%。可见,优化廓形在保证列车运行安全性的同时,提升了列车运行的平稳性以及辙叉区钢轨的使用寿命。      

面向钢轨砂带打磨的砂带磨耗过程建模

为揭示砂带服役寿命与打磨工艺参数之间的作用关系,针对钢轨砂带打磨中曲面、弹性接触特点,基于Archard方程和弹性赫兹接触理论,建立了面向钢轨砂带打磨的砂带磨耗过程模型.由数值仿真得到了不同接触压力、砂带速度、打磨列车速度、轨面曲率半径以及磨粒出刃高度均方差下的磨耗高度、砂带服役寿命曲线.并通过与现有砂带磨损试验结果对比,验证了模型的合理性.仿真分析结果表明:砂带表面磨耗轮廓线呈半椭球形,砂带寿命随接触压力、砂带速度的增加均呈指数形式降低,随打磨车速度增加呈近似线性增长;以60 kg/m钢轨为例,相同工艺条件下,打磨R13弧段较打磨R80、R300弧段时,砂带磨耗明显加剧;在钢轨表面粗糙度允许范围内,较大的磨粒出刃高度均方差有利于延长砂带的服役寿命.     

高速铁路钢轨预打磨策略及伤损发展特征

针对高速铁路预打磨钢轨进行磨耗和疲劳裂纹萌生仿真预测和现场跟踪试验,对预打磨钢轨的实施效果、伤损类型和发展特征进行了分析。分析结果表明,实施特殊型面的新轨预打磨能有效地控制轮轨接触点的位置和接触宽度,获得较好的轮轨关系。预打磨后的钢轨在运营中主要受磨耗影响,磨耗呈线性增加的趋势,外轨磨耗分布在轨头-10°～60°范围,内轨磨耗分布在轨头中心±10°范围。运营大约1年,部分地段的外轨预打磨型面被磨耗所改变,轮轨接触状态恶化,高速铁路预防性打磨周期可以在1～1.5年内实施。     

基于APDL的机车牵引齿轮齿廓修形分析

在ANSYS环境下采用APDL语言,通过对机车牵引齿轮轮齿端面齿廓曲线(即标准渐开线、齿根过渡曲线)和螺旋线形状的准确控制,完成了机车牵引齿轮对的标准渐开线斜齿轮精确模型的建立,并利用模型进行接触有限元仿真分析.在求出各修形参数后确定了修形曲线方程,对比齿廓修形前后在啮入、啮出位置的应力值,验证了齿廓修形可以很大程度改善齿轮冲击和应力集中,使齿轮传动更平稳.     

动态轨距优化技术在重载道岔上的应用

为研究动态轨距优化技术在重载道岔上的应用,以轮轨型面测量仪在大秦线上测得的数据为基础,建立三维弹塑性接触有限元模型,研究JM3型机车车轮和LM型货车车轮与CHN75钢轨12号单开道岔曲线尖轨接触问题,详细的分析了轨距加宽前后以及不同轨距加宽方案等多种工况下车轮与尖轨接触等效应力和接触斑变化.计算结果表明,轨距加宽后磨耗中期的LM货车车轮与尖轨接触时,接触应力明显降低,有利于减缓尖轨磨耗;货车车轮与尖轨接触的接触斑面积在各个位置处得到了大幅提高,由此可以看出转辙器动态轨距加宽技术有利于改善LM型货车车轮过岔时的轮轨接触作用,减轻尖轨磨耗和滚动接触疲劳;对比讨论不同的轨距加宽方案的计算结果可知,既有的轨距加宽方案相较于其它方案有比较理想的效果,计算结果为尖轨几何参数优化及设计,减轻尖轨磨耗,延长使用寿命提供了参考依据.     

针摆传动中"反弓"齿廓的进一步研究

通过对前人提出的"反弓"齿廓进行深入研究,分析并指出了其存在的问题,给出了新的、更加符合实际的、合理的"反弓"齿廓状态下最先接触点分布区间确定方法,在此基础上,又提出了一种基于整个传动过程情况下的"反弓"齿廓受力分析方法和修形量的优化方法.与旧方法相比较,新方法具有更高的精确度和准确性.     

基于高精度FA针摆传动反求的最佳齿廓设计

在对高精度FA型针摆传动的FA45-29二齿差机型反求的基础上,通过进行测量数据处理确定了样机的重要参数,同时采用保证高精度传动的最佳齿廓的设计理论进行编程优化最佳修形量,进行最佳齿廓的设计,在保证相同的回差的同时可以有更好的承载能力.将设计的最佳齿廓以及优化的修顶曲线与反求样机齿廓使用Matlab进行了齿形比较分析,并分别建立和装配了三维模型,使用ANSYS有限元分析软件进行了受力分析的验证,理论优化的齿廓承载能力更佳.