轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响

考虑轮轨蠕滑接触关系,以及普通货车两轴转向架的导向轮对和非导向轮对分别作用在曲线两股钢轨轨头上的应力、应变,建立基于临界平面法的钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测模型,研究不同轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明:在各种轨底坡下外轨疲劳裂纹均主要由导向轮引起,而内轨疲劳裂纹在轨底坡为1∶40~1∶25时主要由导向轮引起,在轨底坡为1∶20~1∶10时主要由非导向轮引起;线路曲线半径越小,导向轮作用下的内外轨疲劳裂纹萌生越早,反之则非导向轮作用下的内轨疲劳裂纹萌生越早;磨耗型新轮与75kg·m-1新轨接触时,在曲线半径≤1 000m条件下采用1∶20的轨底坡,在曲线半径1 000m条件下采用1∶40的轨底坡,可以延长钢轨疲劳裂纹萌生寿命;选取不同的轨底坡,可以改变轮轨接触斑的位置、面积和黏着—滑动区的分布及蠕滑力,进而影响到钢轨疲劳裂纹萌生寿命,但改变轮轨接触斑位置的范围有限,不同轨底坡时接触斑移动距离在外轨上小于10.2mm,在内轨上小于3.0mm。     

基于损伤累积和权重参数的重载铁路曲线内轨裂纹萌生特征及剥离掉块分析

基于单轮对荷载作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的预测方法,结合疲劳损伤累积理论,提出基于疲劳损伤累积的钢轨裂纹萌生寿命预测方法,确定转向架前、后轮对累积荷载作用下重载铁路曲线内轨裂纹的萌生寿命及其特征;构造权重参数,用以表征前、后轮对在内轨裂纹萌生过程中各自的作用权重。采用SIMPACK仿真软件建立C70型货车、LM型车轮踏面、U75V钢轨构成的车辆—轨道模型,预测不同曲线半径、超高、轨底坡和摩擦系数工况下内轨裂纹的萌生寿命、萌生位置和开裂方向、权重参数,并与现场试验进行对比。结果表明:内轨裂纹的萌生要早于外轨,并发生在距离轨顶约2~3mm的轨头次表面,车轮对内轨的磨耗作用不大;在内轨裂纹的萌生过程中,随着轨道条件的变化,轮对的权重取值范围可以划分为3个区域,分别对应前轮对作用权重绝对大和相对大以及后轮对作用权重相对大3类情况;大多数内轨裂纹的开裂方向分布在一定的范围之内,但有少部分裂纹的开裂方向异常且在扩展过程中容易产生剥离掉块。     

城市轨道交通轮轨硬度匹配研究

考虑城市轨道交通小半径曲线、大坡道等复杂线路条件,建立了车辆-轨道动力学模型、磨耗和裂纹萌生预测模型;根据该模型,计算了不同坡度条件下钢轨的表面切向力和磨耗指数,预测了不同硬度的钢轨在大坡道条件下的型面变化、磨耗发展率和裂纹萌生寿命,并提出了城市轨道交通的轮轨硬度匹配建议。结果表明,在城市轨道交通的小半径曲线、大坡道条件下,采用硬度为280 HB以上的钢轨可得到较好的抗磨耗性能和较长的裂纹萌生寿命;钢轨与车轮硬度比应接近,且钢轨硬度应略大于车轮硬度。     

地铁不同曲线半径下钢轨磨耗发展特性

通过建立车辆-轨道耦合动力学模型和Archard磨耗模型,计算不同曲线半径线路钢轨磨耗的分布范围和发展程度,并研究了钢轨磨耗与曲线半径的关系。结果表明:外轨磨耗主要分布于轨头中部和轨肩区域,其中轨肩区域磨耗较大;内轨磨耗主要分布于轨头中部区域。相同型面输出次数下,外轨磨耗峰值均大于内轨,且外轨倾向于发生侧面磨耗,内轨主要发生轨顶磨耗。随着曲线半径增大,外轨磨耗幅值呈增大趋势且磨耗位置由轨肩区域逐渐向轨头中央移动,而内轨磨耗幅值逐渐减小且磨耗分布范围相对集中。曲线半径越大,外轨越不容易发生侧磨现象,磨耗主要发生在轨顶区域且磨耗量较大;曲线半径的变化对内轨磨耗影响较小。     

朔黄重载铁路钢轨服役寿命研究北大核心

基于钢轨磨耗、钢轨重伤、换轨修理、线路运营等数据,分析曲线段外轨侧面磨耗和直线段(包括大半径曲线段)钢轨重伤量随累计通过总质量的发展规律并建立预测模型,提出朔黄重载铁路钢轨换轨周期建议值。结果显示:对于半径R≤800 m的曲线段,侧面磨耗是钢轨服役寿命的决定因素;对于直线段和R> 800 m的曲线段,钢轨寿命由钢轨重伤量决定。本文建立的预测模型能够有效预测钢轨磨耗、钢轨重伤量的发展规律。对于R≤400 m的曲线段,换轨周期(服役寿命)建议不超过通过总质量700 Mt;对于400 m 800 m的曲线段,换轨周期建议不超过通过总质量2 000 Mt。     

地铁小半径曲线钢轨磨耗影响因素研究

地铁线路中普遍存在半径小于600m的曲线,小半径曲线钢轨磨耗严重,不仅影响运行安全,而且增大养护维修工作量和运营成本。为改善地铁小半径曲线钢轨磨耗,应用多体动力学软件Simpack建立地铁B型车拖车的动力学仿真模型,分析曲线半径、超高、轨底坡和轨距对钢轨磨耗的影响。研究结果表明:适当增大曲线半径、设置一定的欠超高、内外轨轨底坡分别设置为1/20和1/40以及适当的轨距正偏差,均能在一定程度上减缓地铁小半径曲线钢轨磨耗,可使得钢轨磨耗降低20%～40%,延长钢轨使用寿命,降低养护维修成本,提高经济效益。     

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。     

重载铁路钢轨疲劳裂纹萌生影响因素

基于临界平面理论的钢轨疲劳裂纹萌生预测模型,建立轮轨三维瞬态滚动接触有限元模型;模拟重载铁路的轮轨接触状态;分析不同轨底坡(分别为1∶40,1∶30,1∶20,1∶10)和不同摩擦系数(分别为0.25,0.30,0.35,0.40,0.50)对轮轨接触状态和钢轨疲劳裂纹萌生的影响。结果表明:轨底坡为1∶40时,采用以上钢轨预测模型得到的钢轨疲劳裂纹萌生位置与现场观测结果基本吻合;轨底坡对轮轨接触斑的位置及应力状态影响较大,LM型踏面车轮与75 kg·m-1钢轨在轨底坡为1∶20时更为匹配;随着轨底坡增大,钢轨疲劳裂纹萌生时的通过总重先增大后减小,轨底坡为1∶20时达到最大;随着摩擦系数增大,钢轨疲劳裂纹越容易萌生。     

小半径曲线钢轨非正常侧磨分析及防治措施

本文通过对京广线铺设60kg/m钢轨地段的24个小半径曲线上股钢轨侧面磨耗的八年实际观测数据的分析，找出了牵引动力型式与钢轨侧磨率之间的关系，并通过半径为646m的小半径曲线上两年多的钢轨侧磨试验及观测，揭示了曲线钢轨轨头侧磨的规律，发现了同一曲线、同一根钢轨磨耗的不均匀性，指出曲线钢轨非正常侧磨的主要原因是内燃机车三轴转向架造成的。阐明了中间轮对对钢轨侧磨的影响，且呼吁机务部门关心此事。文中叙连了为减步钢轨侧面磨耗从工务养护上采取的若干措施及取得效果，并提出下一步拟采取的设置欠超离、调整轨底坡、涂油、采用全长淬火轨及非对称打磨钢轨断面等五条措施。     

周期性钢轨廓形打磨对小半径曲线寿命的影响

选取半径300 m小半径曲线作为试验曲线,从轮轨接触几何特性、车辆动力学特性、现场打磨效果3个方面分析了周期性钢轨廓形打磨对小半径曲线寿命的影响。结果表明:周期性廓形打磨后轮轨间等效锥度显著改善;列车1～4位车轮与9#钢轨接触时磨耗功、最大脱轨系数均较为理想;周期性廓形打磨后钢轨轨面未出现比较严重的病害,侧磨速率显著降低,轨道质量指数有明显改善,有助于延长钢轨使用寿命。     

40t轴重下曲线半径与轮轨磨耗及疲劳损伤的关系

轮轨磨耗及滚动接触疲劳损伤是影响大轴重列车运行安全的重要因素,本文基于多体动力学软件UM建立了40 t轴重重载货车动力学模型,从轮轨磨耗、疲劳损伤2个角度,研究曲线半径对40 t轴重货车通过曲线时动力性能的影响,给出最小曲线半径的建议取值。研究结果表明:货车在曲线上运行时,轮轨磨耗和疲劳损伤均在小半径曲线上更严重;与400 m曲线半径相比,曲线半径800 m时轮轨磨耗降低68%,轮轨间出现轮缘接触的频次得到有效控制;曲线半径1 200 m时轮轨磨耗和疲劳损伤分别降低80%,58%,滚动圆外侧10~30 mm内基本不再出现疲劳损伤。建议最小曲线半径一般情况下取1 200 m,困难情况下取800 m。     

高速铁路小半径曲线轮轨减磨技术研究

针对我国高速铁路小半径曲线钢轨及车轮轮缘磨耗突出的问题,采用轮轨固体润滑技术,在广珠城际铁路进行轮轨减磨试验。通过对钢轨和车轮廓形变化的长期跟踪,研究固体润滑前后轮轨磨耗速率变化,得出主要结论:(1)更换在线热处理钢轨后,小半径曲线上股钢轨寿命可延长1倍以上;(2)固体润滑对钢轨减磨效果显著,润滑试验期间,试验曲线上行上股钢轨的侧磨速率平均值显著降低至0.022 mm/月,仅为试验前侧磨速率平均值(0.105 mm/月)的21%,为同期未润滑下行上股钢轨侧磨速率平均值(0.122 mm/月)的18%,润滑试验停止后,钢轨侧磨速率上升至去年同期水平;(3)固体润滑对动车组车轮轮缘减磨效果显著,试验期间,某动车组偏磨侧车轮轮缘磨耗速率平均值由试验前的0.210 mm/万km降至0.042 mm/万km,降幅达80%,轮缘QR值未降反升,润滑试验停止后,轮缘QR值下降,偏磨侧车轮轮缘磨耗速率上升。     

重载铁路车轮磨耗和滚动接触疲劳研究

基于车辆动力学、非Hertz轮轨滚动接触理论和Archard磨损模型建立车轮磨耗预测模型.利用该模型和安定图对重载铁路车轮磨耗和滚动接触疲劳性能进行定性分析.在数值计算中,主要考察轴重为25 t和30 t货车的车轮硬度对车轮磨耗和滚动接触疲劳性能的影响.研究表明,轮轨间高应力水平的出现频次、车轮磨耗和疲劳破坏的几率随着轴重的增加而增大;随着硬度的增加,车轮磨耗和疲劳破坏现象得到改善.结合国外重载铁路轮轨匹配经验,建议轴重为30 t车轮的硬度大于340 HB.     

地铁车轮磨耗及其对轮轨匹配状态的影响

对国内某地铁线路的车轮磨耗规律进行了现场调查和分析。车轮磨耗集中于轮缘根部和踏面-25~30 mm范围。LM32模板动车车轮踏面磨耗突出区为-8~-4 mm,25万~40万km里程车轮最大磨耗量为2.5~4.0 mm。采用薄轮缘LM30模板镟轮的拖车车轮踏面磨耗集中在-10~10mm范围,19万km以内里程踏面磨耗量为0.2~0.5 mm。利用轮轨接触几何理论和轮轨滚动接触理论,研究不同车轮磨耗状态下的轮轨静态匹配性能,包括接触点对分布和轮轨接触应力,分析车轮表面裂纹的机理。车轮轮缘根部与钢轨轨距角集中接触容易导致接触光带偏向轨距角。轮缘根部及踏面上小曲率半径区与钢轨集中接触是产生车轮踏面接触疲劳的主要原因。     

全长淬火钢轨踏面伤损及横向疲劳断裂分析

对实际伤损钢轨的宏微观形貌、金相、硬度以及探伤等检验分析,确定轨头踏面下4mm～6mm区域存在纵向水平疲劳裂纹是产生全长淬火钢轨伤损的原因。检验分析表明,在轮轨接触剪应力作用下,由于淬硬层区域存在金相组织、硬度过渡不均匀等淬火缺陷,导致轨头内部纵向水平疲劳裂纹萌生和扩展,引起钢轨伤损;在分析基础上,提出预防和改进措施。     

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。     

铁路曲线上轮轨磨耗影响参数的仿真研究

运用SIMPACK虚拟样机技术,从线路设计及养护维修的角度出发,对铁路曲线上车辆速度、轨底坡、曲线超高及钢轨涂油对轮轨磨耗的影响进行仿真计算和分析。分析结果表明:为降低轮轨磨耗及保证行车安全,车辆速度以比线路条件决定的最高行车速度略低为宜;曲线超高过低或过高均会增大轮轨磨耗,由于小半径曲线上设置的超高一般偏大,故而适当降低小半径曲线的超高对于降低轮轨磨耗是有利的;轨底坡的适当增大可使得轮轨磨耗有一定降低,但效果不明显,且轨底坡过大会加剧轮轨磨耗;对钢轨进行适当的涂油可有效降低轮轨磨耗,但应进行严格控制,涂油太多对于降低轮轨磨耗反而不利。     

动车组车轮多边形磨耗形成与发展过程仿真研究

针对动车组车轮多边形磨耗愈发严重的问题,基于车辆-轨道耦合动力学模型、轮轨接触模型、Archard磨耗模型和循环迭代模型,建立车轮多边形磨耗长期磨损迭代模型;模拟我国某型高速动车组20阶车轮多边形的发展过程,结果与实际情况吻合,证实模型的准确性。基于长期磨损迭代模型,研究车辆运行速度、轮轨模态振动特性和轨道参数对车轮多边形发展的影响。结果表明:随着车辆运行速度增大,最终形成的车轮多边形主导阶次逐渐减小,但产生的激励频率始终在550~600 Hz之间,验证了“频率固定”机理的可靠性;对比分析柔性轮轨、刚性轮柔性轨、柔性轮刚性轨、刚性轮轨4种工况下车轮多边形的发展过程,发现钢轨模态的振动特性对于高阶车轮多边形的产生具有一定的促进作用;增大扣件的刚度可抑制高阶车轮多边形的产生和发展,而增大扣件阻尼则可抑制车轮多边形整体的发展速度。     

CRH2010A综合检测车测力车轮与钢轨滚动接触弹塑性分析

运用非线性有限元分析软件ABAQUS,考虑通过直线、曲线线路和道岔3种工况,建立CRH2010A综合检测车的测力车轮与钢轨的三维滚动接触有限元模型,进行不同工况下测力车轮与钢轨的滚动接触特性及车轮辐板和轴毂的受力分析。结果表明:测力车轮的滚动接触特性与动车车轮相似;通过直线线路且轮对横移量为8mm时,产生轮缘效应,车轮磨损加剧;通过曲线线路时,左侧车轮与钢轨出现两点接触中心区;通过道岔时,左侧车轮与长心轨均发生塑性变形,车轮和钢轨的磨耗加剧;轴毂的过盈连接对轮轨接触特性的影响,远小于其对轴毂连接区域和辐板加工区域应力的影响;在这3种工况下测力车轮均满足静强度要求。