高速铁路钢轨隐伤的特性及现场检查监测方法

由于高速铁路具有列车运行速度快、轴重轻、线路平顺性好等特点,其引起的钢轨垂直磨耗和水平磨耗均较小,因而钢轨与轮对相互作用产生的钢轨滚动接触疲劳伤损成为目前高速铁路钢轨主要的伤损形式,突出表现为隐伤,且目前的探伤手段很难发现,严重威胁行车安全。本文以京沪高速铁路蚌埠工务段管内钢轨伤损为例,总结分析了近年来隐伤发展规律。现场通过人工目视法结合小型测厚仪检查光带异常的方法来弥补大型探伤车与人工探伤仪器对钢轨隐伤存在探伤盲区的不足。本文总结的经验可为高速铁路钢轨静态检查和钢轨防断措施提供参考。     

高速铁路无砟轨道运营初期钢轨伤损分析及对策措施

在高速铁路无砟轨道结构中,作为轨道结构最重要组成部件的钢轨伤损时有发生 以上海局管内已开通运营的沪宁城际、沪杭高铁、京沪高铁上发现的钢轨伤损为例,总结高速铁路开通运营初期钢轨伤损的特点,分析伤损产生的原因,提出针对性对策措施,为高速铁路养护维修,特别是开通运营初期的高速铁路钢轨养护维修提供经验.     

贝氏体钢轨母材轨头核伤原因分析

通过断口宏观与微观形貌观察、扫描电镜及能谱分析、金相显微组织分析等方式对3根贝氏体钢轨母材轨头核伤的原因予以分析,发现伤损均为氢致裂纹引起的轨头内部横裂型核伤。断口中心区域存在粗大的非金属夹杂物是导致钢轨中的氢在此处富集并形成裂纹的主要原因。贝氏体钢轨氢致裂纹型核伤的主要特征有:伤损位于轨头内部踏面下方4~10 mm处,断口中部存在粗大夹杂物;断口附近的低倍样中观察不到微细裂纹。通过采取改进生产工艺、降低钢中的氢含量(将钢水氢含量控制在1.7×10^-6以下)、减少钢中的粗大夹杂物等措施,再上线的贝氏体钢轨未出现该类伤损。     

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。     

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。     

高速铁路钢轨服役状态及病害整治研究

对多条典型高速铁路钢轨服役状态进行调研,分析多发性病害产生原因及其整治对策,总结钢轨养护维修现状与经验。结果表明:目前我国高速铁路钢轨的服役状态良好,钢轨主要伤损形式为焊接接头伤损及钢轨擦伤;焊接接头伤损多与现场焊接质量有关;高速铁路钢轨的擦伤多为工程车造成的;各铁路局均能按规定完成钢轨探伤、外观及表面伤损检查工作,钢轨维护满足运营需要。建议高速铁路小半径曲线区段采用在线热处理钢轨,根据线路实际情况选择钢种;加强现场钢轨焊接质量监管,防止工程车对钢轨造成擦伤;按通过总质量和使用状态制定钢轨打磨周期,定期进行钢轨廓形的检测。     

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。     

钢轨轨头下颚水平裂纹伤损的研究

对轨头下颚水平裂纹伤损钢轨进行宏观和微观检验,结合钢轨生产加工工艺及钢轨受力分析,指出产生轨头下颚水平裂纹伤损的内因和外因,为避免线路上类似伤损发生,应严格控制钢轨表面的轧制质量。     

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。     

淬火钢轨的伤损与失效分析

本文在普碳钢轨伤损分析的基础上，根据淬火钢轨伤损实例的检验结果，综述了淬 轨的伤损特点。为分析和预测淬火钢轨的伤损特点及其原因，简要分析了电感应加热欠速淬火、整体加热油淬火、轧制余热控制冷却等三种钢轨淬火工艺及其性能和质量方面的差异，提出了改进淬火钢轨质量的分析意见。分析讨论了减少轮轨接触疲劳伤损、螺栓孔裂纹、轨底疲劳裂纹的改进措施，并论述了进行淬火钢轨伤损统计分析的目的和意义。     

超声波钢轨探伤车B显数据伤损模式分类技术研究

既有钢轨探伤车超声检测系统均为国外引进。中国铁道科学研究院自主化钢轨探伤系统目前已经通过试验验证,所采用的伤损模式分类技术是其中的一项关键技术。根据自主化钢轨探伤系统的探轮设置,规定伤损的类别设置,并将伤损类别划分为四大类:核伤类、螺孔裂纹类、轨底裂纹类、水平裂纹类。归属于不同大类的伤损采用不同神经网络进行识别。以螺孔裂纹类为例进行说明,采用标定线数据进行测试,验证算法的有效性。     

上海地铁轨面接触疲劳裂纹伤损的产生、影响及防治

随着上海地铁运营年限的不断增加,系统设备也不断老化,特别是钢轨的伤损越来越频繁.对上海轨道交通1号线钢轨伤损的类型特点进行了分析,并依据其特点对1号线自1999年来发现的伤损钢轨进行了统计.在众多的钢轨伤损中,轨面裂纹伤损非常严重.运用轮轨接触力学分析了轨面裂纹伤损产生及发展的主要原因,并提出了防治措施.     

我国高速铁路钢轨早期伤损研究

对我国高速铁路出现的典型钢轨早期伤损进行现场跟踪及总结分析,对伤损原因进行讨论,并提出相应的维修措施。结果表明:钢轨擦伤、波磨、异物压入轨面、锈蚀、母材缺陷产生的重伤以及小半径曲线侧磨是我国高速铁路主要的早期伤损形式;伤损原因包括开通运营前的工程作业、高速运营中的问题、母材缺陷等。针对伤损及原因,提出大机打磨、合理使用钢轨、提高钢轨质量稳定性等建议措施。     

基于载荷因子和牵引系数的钢轨踏面隐伤形成机理及预测研究

基于安定曲线,确定载荷因子和牵引系数是钢轨踏面隐伤形成的重要影响因素.采用有限元分析软件ABAQUS建立钢轨的有限元模型,并以广深线车辆—轨道耦合动力学计算得到的轮轨接触力及接触斑为该模型的输入,对钢轨踏面特别是轮轨接触部位及其附近区域的应力场进行仿真.结果表明:V型裂纹在轨头内部的扩展使得裂纹所在区域在轮轨力的作用下产生凹陷,形成钢轨踏面隐伤;载荷因子为2～3、牵引系数≥0.36是钢轨踏面形成隐伤的线路工况条件.应用该条件对我国典型线路是否可能产生钢轨踏面隐伤进行预测,广深线、浙赣线满足钢轨踏面萌生隐伤的条件,而大秦线则不可能产生隐伤,这与实测结果一致,表明基于载荷因子和牵引系数的钢轨踏面隐伤预测方法是可行的.     

JJ60-160型钢轨伤损加固急救装置

该装置能快速对伤损钢轨、断轨进行加固处理,适用于高速铁路、客运专线和既有线提速线路、无砟轨道或有砟轨道上使用。加固安装时不受轨枕、扣件等轨道部件的影响。当发生钢轨伤     

高速道岔钢轨轨底材质疲劳性能试验研究

针对高速铁路道岔钢轨轨底萌生疲劳裂纹而导致轨件断裂的问题，以高速道岔R350HT钢轨为对象，从轨底中部硬度最低的位置取样，分别开展轨底材质拉伸试验、疲劳极限试验、疲劳裂纹扩展试验以及断裂韧性试验，为阐明高速道岔轨底疲劳伤损机理及轨件服役寿命预测提供依据。结果表明：采用升降法得到道岔R350HT钢轨轨底材质的疲劳极限为447.1 MPa，所有试样均失效于表面裂纹萌生；轨底材质裂纹扩展速率为da/d N=1.89×10^-10ΔK^4.18；室温(25℃)和低温(-10℃)环境下测试得到的断裂韧性接近，轨底材质在-10℃没有呈现低温脆性特征。     

高速铁路钢轨材质选择

阐述高速铁路对钢轨的基本要求,介绍高速铁路钢轨的主要伤损类型以及我国钢轨存在的主要差距,并介绍我国高速铁路钢轨的选材要求.     

基于逻辑回归的轨头核伤检出概率预测分析

钢轨伤损危及高速铁路的安全运行。针对高速铁路的轨头核伤,通过设计不同类型的人工伤损,安排不同的检测设备按照不同的速度等级进行检测,以研究对轨头损伤的检出能力。制定了原始数据分析评判标准,进一步运用了逻辑回归数据挖掘和机器学习算法,研究了探伤车对高速铁路轨头核伤的检出能力,并在高速铁路进行了实际验证。研究结果为高速铁路安全评价提出了评估方法和标准建议,并为全路探伤管理改革提供相应的技术支撑。     

大秦重载铁路75kg/m钢轨伤损特点及规律

研究目的:为获得钢轨伤损类型、伤损沿钢轨横截面分布、钢轨伤损随月份(季节)分布规律、钢轨每公里重伤量与累计通过总重变化规律,本文利用太原局提供的大秦重载线2011年至2016年钢轨伤损台账及车站里程图,将线路分为线路区间和站区,进行钢轨自上道至下道完整使用周期内伤损统计分析。研究结论:(1)包含站区与不含站区钢轨伤损类型及其所占总伤损的百分比相差不大;(2)钢轨伤损主要是焊接伤损、核伤、擦伤和孔裂伤损,重车线钢轨伤损主要是焊接伤损;(3)钢轨伤损主要发生在轨底和轨头,轨腰伤损占比不足14%;(4)钢轨重伤量随月份变化,冬季12月～2月份钢轨重伤量是夏季6月～8月份钢轨重伤量的2.1倍;(5)钢轨上道初期伤损主要表现为冶金和焊接质量伤损,中后期表现为疲劳伤损,无论是母材还是焊接或者是总钢轨月度重伤量,都随累计通过总重呈波浪形波动;(6)无论是母材还是焊接或者是总钢轨累计每公里重伤量,都与累计通过总重呈二次函数关系,钢轨累计重伤量随累计通过总重呈二次函数关系上升,但不存在"突变点";(7)月钢轨重伤量高点变化决定累计钢轨重伤量与累计通过总重关系变化趋势;(8)本研究结果可为钢轨使用和管理部门进行伤损检查、维修决策提供决策依据,为制定重载铁路钢轨换轨周期奠定基础。     

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。