面向钢轨目标廓形的多砂带磨削作业打磨模式

基于砂带打磨钢轨时的接触状态,在单条砂带磨削角度给定的前提下,推导单条砂带磨削在钢轨横向截面上的材料去除深度,建立单条砂带材料去除的廓形模型和面积模型。为在多砂带联合磨削下包络形成钢轨目标廓形,在给定首条砂带的磨削角度后,根据当前钢轨表面的剩余高度并以打磨量最大为原则设定其他砂带的磨削角度,结合工艺参数生成钢轨养护时的多砂带联合磨削作业打磨模式。以打磨质量指数评价打磨质量,确定打磨次数,评价多砂带联合磨削作业打磨模式的打磨质量。结果表明:在砂带磨削工艺参数一定时,砂带的磨削能力与钢轨表面的曲率半径相关;以最大打磨深度对应的角度进行砂带布局的打磨模式能够很好地满足钢轨目标廓形的磨削需求。     

基于槽型接触轮的钢轨砂带打磨材料去除特性

为揭示槽型接触轮钢轨砂带高效打磨的材料去除机理，基于弹性赫兹接触理论，建立槽型接触轮与平型接触轮的材料去除比数学模型，掌握槽型接触轮砂带打磨周期应力变化规律，揭示打磨周期应力对打磨效率的影响机制，并基于钢轨砂带打磨专用试验平台，对比研究槽型接触轮与平型接触轮砂带打磨中的材料去除特性。结果表明：槽型接触轮打磨因其周期性的应力集中加压状态而具有较高材料去除效率；与平型接触轮相比，槽型接触轮打磨在较低压力下材料去除优势并不显著，随着打磨压力增加，槽型接触轮的材料去除效率明显提升，并在打磨压力为50 N时超越平型接触轮；在打磨表面粗糙度、振动、噪声及能耗等方面，槽型接触轮砂带打磨较平型接触轮均有明显优势，在75 N常用打磨压力下，前者较后者打磨材料去除率提高14%，表面粗糙度降低25%，振动减少17%，噪声降低4.5%，能耗降低12%。     

钢轨主动打磨磨石界面热应力分析及影响研究

为分析钢轨打磨时的摩擦、磨损及疲劳损伤,根据传热学理论,通过热机耦合方法,运用ABAQUS软件建立钢轨打磨有限元模型,以分析不同车速、打磨电机功率和打磨宽度对钢轨表面温度场和应力场的影响。钢轨与砂轮之间摩擦所产生的热量等效为一个移动热源,数值分析磨削过程中钢轨表面的温度、应力及应变状态。结果表明:钢轨打磨是一个快速升温、缓慢降温的过程;高温区温度场、等效应力场均呈以打磨轴线为中心、向四周扩散的椭圆形分布,且打磨高温区深度较浅,打磨产生的高温影响范围有限;钢轨表面最高温度随打磨车速度和打磨宽度的增加而减小,随打磨电机功率的增加而增加,仿真结果与实际打磨情况较为符合。     

基于赫兹接触的钢轨砂带打磨功率预测模型

根据钢轨砂带打磨作业原理,将钢轨与砂带的接触状态视为2个自由曲面接触;运用赫兹接触理论建立砂带与钢轨的接触模型,计算分析接触区域的形状、面积及其上的压力分布;将砂带上的磨粒简化为球顶圆锥模型,推导出磨粒切入深度与打磨压力间的数学关系,从单颗磨粒受力分析计算整个接触区域的切向力分布,进而建立钢轨砂带打磨功率的预测模型。在综合试验平台上进行36+号陶瓷磨料砂带打磨U71Mn钢轨圆环的试验,试验结果与预测模型的预测结果对比表明,打磨功率的预测值与试验值平均仅相差2.02%,证明了打磨功率预测模型的有效性和适用性。以60kg·m~(-1)钢轨砂带打磨为例,采用预测模型分析打磨功率与砂带速度配比对打磨宽度的影响。结果表明:打磨宽度虽由接触压力直接决定,但仍受打磨功率的约束,在同样打磨功率下,曲率半径为300mm弧段可调整的打磨宽度范围最广,80mm弧段次之,13mm弧段最窄。     

基于Kriging插值的钢轨打磨温度预测

针对钢轨打磨施工过程中产生的大量磨削热会使磨削区域温度持续升高,影响钢轨打磨质量问题,基于钢轨打磨施工基本原理,建立钢轨打磨单磨粒磨削温度模型和多砂轮磨削温度模型,分别计算不同打磨参数下的打磨温度。为实现对不同打磨参数下打磨温度的实时预测,以不同打磨参数及其对应的打磨温度为样本,采用Kriging插值方法,建立钢轨打磨温度关于打磨参数的预测模型。预测误差分析结果表明,该预测方法的最大预测误差为4.5%,可以应用于钢轨打磨列车打磨参数在线优化系统中。     

高速铁路轮轨形面匹配研究

介绍国内外高速铁路轮轨形面和硬度匹配情况和存在问题。分析总结轮轨接触光带不良带来的危害。通过对钢轨预打磨优化轮轨接触、轮轨硬度合理匹配和新轨头廓形钢轨进行研究,提出预打磨轨头廓形设计、钢轨预打磨的技术要求和需要注意的其他问题,并对钢轨预打磨进行实践和使用评价;提出我国高速铁路新轮与新轨的几何形面不匹配,表现为轮轨接触光带不在设计的轨头踏面中心等结论;建议统一动车车轮形面并开展新轨头廓形钢轨的研发和应用,以改善轮轨接触关系。     

钢轨打磨控制策略研究

以钢轨打磨控制策略为研究对象,通过建立钢轨磨削的三维坐标,分析钢轨磨削的基本理论和打磨压力的PID控制理论,得出了影响钢轨打磨效果的重要因素和关键参数,提出了钢轨打磨控制策略和方案,详细介绍了该控制策略的原理和流程。通过设计控制系统,并大量装车应用,测试了控制系统的运行特性。测试结果表明,基于该控制策略方案开发的自主打磨控制系统,能够实现平缓无冲击落轨,落点同步性好,整体打磨效果良好,具有很好的市场应用前景。     

基于比磨削能的中低速钢轨打磨技术研究

为了提高钢轨打磨效率,依据现有机床加工磨削原理与高速切削比磨削能计算方法,开展中低速钢轨打磨切削量精准控制技术应用研究。以标准60N钢轨轨头廓面打磨为例,首先提取廓面几何特征并将其分为4个打磨区域,根据钢轨预打磨廓面比磨削能与切削量的经验关系,建立钢轨廓面各打磨区域切削量的经验计算模型,并通过现场打磨测试验证该计算模型的可行性和精准性。结果表明,经过3次打磨计算,钢轨轨头廓面区域2的磨削面积总量最大为7.28 mm2,区域3的磨削面积总量最小为1.18 mm2,并且现场打磨测试的总切削量与理论计算的相对偏差分别为-3.57%和-4.24%,磨削总量结果基本吻合,达到钢轨磨削精度要求。     

钢轨打磨对动车组运行性能的影响

在广深线部分大半径曲线区段和直线区段,钢轨内侧存在明显的侧磨,且动车组水平加速度频繁超限。通过对钢轨侧磨区段发生异常晃动车体的前后端、左右侧加速度进行测试,结合侧磨区段钢轨廓形的测量结果,可以判断出在该型动车组频繁水平加速度超限区段存在不良轮轨接触关系。采用SIMPACK动力学分析软件建立该型动车组单轮对、转向架、整车的动力学模型,分析了自由轮对仿真模型和弹性定位、完全刚性定位转向架仿真模型采用广深线打磨前后实测钢轨踏面时蛇行频率与车体固有频率的仿真结果。分析结果表明:当动车组以160 km/h左右速度运行在打磨前实测廓形区段时,转向架蛇行频率与车体横向固有频率相同,造成车体平稳性和舒适性严重恶化;钢轨廓形打磨以后,改善了轮轨匹配关系,车载仪超限数量、添乘仪报警个数、轨检指标较打磨前均得到明显改善。     

基于磨粒切削模型的钢轨打磨机理研究

基于砂轮打磨钢轨的原理建立磨粒与钢轨接触的几何模型和受力模型,分析磨粒切削深度与打磨设定功率即钢轨打磨车电机输出功率的理论关系;依据磨粒分布及其突出高度的统计规律和磨粒切削深度与参与切削磨粒数目及电机输出功率的关系,仿真研究被测区域的钢轨打磨效果,并与试验结果进行对比。结果表明:切削深度的增加会引起参与切削磨粒数目的增加,而参与切削磨粒数目的增加亦会增加测试区域中打磨区域的重叠;受钢轨本身廓形曲率变化的影响,在电机输出功率相同而砂轮摆角不同时,钢轨的打磨结果也不相同;砂轮在钢轨轨顶部位的打磨会形成最宽的打磨带以及最大的打磨横断面面积,而轨肩部位的打磨带则较窄且打磨横断面面积较小;仿真与试验结果吻合,说明基于磨粒模型预测打磨砂轮的实际打磨性能是可行的。     

钢轨打磨对轮轨滚动接触斑行为影响研究

高速铁路钢轨轨头非对称打磨有效地减缓了钢轨疲劳斜裂纹的形成与发展.利用三维弹性体非Hertz滚动接触理论及数值程序CONTACT分析了钢轨轨头非对称打磨对轮轨接触斑行为的影响.结果表明,打磨后轮轨磨耗数有所增加,有利于预防钢轨疲劳裂纹的形成.     

钢轨打磨对动车组运行性能的影响

广深线部分大半径曲线和直线区段钢轨内侧存在明显的侧磨和动车组频繁水平加速度超限。通过对侧磨区段发生异常晃动车体的前后端、左右端加速度进行测试,结合侧磨区段钢轨廓型的测量结果,可以判断出现该型动车组频繁异常水平加速度超限区段存在不良轮轨接触关系。通过SIMPACK动力学分析软件中建立该型动车组单轮对、转向架、整车的动力学模型,分析了自由轮对仿真模型、弹性定位、完全刚性定位转向架仿真模型采用广深线打磨前后实测钢轨踏面时蛇行频率与车体固有频率的仿真结果。仿真结果表明当动车组以160km/h左右速度运行在打磨前实测廓形区段时,转向架蛇行频率与车体横向固有频率重合,造成车体平稳性和舒适性严重恶化。钢轨廓型打磨以后,改善了轮轨匹配关系,车载仪超限数量、添乘仪报警个数、轨检指标较打磨前均得到明显改善。     

北美最佳钢轨打磨策略

详细介绍北美铁路最佳钢轨打磨策略。从中总结出以下主要结论:(1)在不同服役条件下,不同材质钢轨裂纹处于稳定发展阶段的时间决定了科学的预防性打磨周期,裂纹深度决定了最经济磨耗速率;(2)应对不同磨耗状态的轮对进行应力分析,并以此设计钢轨的最佳打磨廓形,最佳打磨廓形并非一成不变,应根据条件变化及时更新;(3)处理严重轨面RCF伤损时,渐进式预防性打磨比修理性打磨更具经济性;(4)应对曲线下股钢轨非工作边进行适当打磨,避免与假性轮缘发生高应力接触,产生严重伤损与变形;(5)应用高强度钢轨可有效延长钢轨打磨周期,减少金属打磨量,应在新轨上道不久后对其进行廓形打磨,实现轮轨共形接触;(6)最佳钢轨打磨策略是通过预防性钢轨打磨与合理润滑、轨顶摩擦系数控制有机配合实现的。     

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。     

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。     

个性化钢轨廓形打磨技术在高速铁路上的应用

针对个性化钢轨打磨目标廓形设计和打磨过程中存在的问题,基于某高铁线路应用实例,采用SIMPACK动力学仿真软件建立了实参数轮轨耦合动力学模型,对相同工况下动车组通过打磨前后线路的稳定性、安全性和平稳性进行了仿真分析,并与现场实测结果进行了对比。结果表明:打磨后轮对运行稳定性、安全性和平稳性指标均得到了有效改善,仿真分析结果与现场实测数据相吻合,打磨后消除了因加速度超限而引起的报警现象。个性化钢轨廓形打磨技术基于实际车辆和线路条件的设计方法能够保证良好的轮轨接触关系,基于打磨量最小化的打磨方案自动生成系统大幅减小了人为控制打磨量带来的偏差,能够有效控制打磨质量和效果。     

短裂纹产生/扩展与磨耗耦合情况下的钢轨损伤评估

介绍了研究钢轨轨头短裂纹产生/扩展和磨耗耦合分析的数值模拟程序。采用通用多体动力学分析软件,对单节车辆曲线通过进行仿真,分析轮重、轮轨横向力和轮轨接触位置等参数,然后将仿真结果输入到轮轨滚动接触有限元计算软件中,探讨了对曲线半径和钢轨钢种的影响。     

钢轨非对称打磨对车辆运行性能影响

针对钢轨斜裂纹特点提出钢轨非对称打磨技术以减轻和控制斜裂纹的形成与发展速率。利用SIMPACK动力学软件建立"蓝箭"号动车动力学分析模型,研究钢轨非对称打磨对列车运行性能的影响。研究结果表明:钢轨非对称打磨基本不影响车辆动力学性能和蠕滑行为;钢轨非对称打磨改变了轮轨接触几何参数,使轮轨接触点远离原内侧轨肩位置;钢轨非对称打磨通过改变钢轨廓形导致接触斑面积增大,明显降低轮轨最大接触应力;钢轨非对称打磨通过改变轮轨接触点分布和降低接触应力可减缓钢轨斜裂纹的萌生与扩展。     

钢轨廓形打磨在朔黄重载铁路中的应用

以朔黄铁路为例,针对钢轨廓形打磨在打磨重载铁路过程中存在的问题,采用SIMPACK动力学仿真软件建立了实参数轮轨耦合动力学模型,对比分析了打磨前后轮轨作用力、轮轨磨耗和疲劳损伤,结果表明：打磨后轮轨关系改善,轮轨作用力明显减小,曲线上股钢轨侧磨和上下股轨顶疲劳损伤发展得到了有效抑制。     

钢轨打磨工艺在郑西高铁中的应用研究

在郑西高铁钢轨打磨实践中,先期进行了钢轨全表面覆盖打磨,打磨后光带有些出现在非正常位置,部分地段钢轨的轨顶中部磨削较为困难。进行第二次钢轨打磨,修正了钢轨轮轨关系,打磨效果达到预定作业标准。