车轮踏面热裂纹的发生机理及对策

<正>车轮踏面热裂纹是在部分使用闸瓦/踏面制动的车辆上,车轮踏面全周发生的呈阶梯状的表面裂纹,为除去裂纹,要频繁地实施镟修作业,而产生踏面热裂纹的原因及条件并不明确。此前,就利用踏面热裂纹的定置试验再现热裂纹产生及破损安全性的验证作过相关报告,此次,在这一结果的基础上,综合实施了数值仿真、材料调查以及实体车轮验证试验,确认     

基于车轮踏面损伤深度预测车轮旋修量的研究

介绍了根据车轮踏面热裂纹及擦伤而扩展的裂纹深度,预测适宜的车轮旋修量的方法。     

踏面热裂纹与合理的镟修周期、镟修量的研究

车轮踏面擦伤是产生车辆噪声的1个原因,而在调查中证明踏面热裂纹也是形成噪声源的因素,为了消除热裂纹产生的噪声给人体带来的不适感及对环境的影响,可以通过策划合理的车轮镟修周期及镟修量加以解决,本文对此开展了研究。文章介绍了热裂纹发生的机理、热裂纹大小与噪声的关系及待解决课题。     

车轮踏面裂纹分析

针对城轨列车车轮踏面存在的宏观裂纹,采用化学分析、硬度测试、金相观察等方法对踏面裂纹成因进行分析。车轮踏面裂纹为列车制动引起的热裂纹。车轮踏面制动时的高热区域表层组织会产生相变,形成马氏体组织,脆硬的马氏体组织在轮轨接触应力、制动热应力和组织应力的相互作用下极易碎裂萌生裂纹,裂纹在轮轨接触应力的持续作用下逐渐扩展,最终发展为宏观裂纹。建议城轨列车采用盘型制动,为了减少车轮的热裂敏感性,适当降低车轮的碳含量,选用ER8车轮,降低热裂纹产生的概率。     

列车车轮踏面制动温度循环试验与温度场仿真分析

在分析货物列车踏面制动方式下车轮踏面热振裂纹和车轮热疲劳裂纹产生机理的基础上,以国内碾钢车轮材料为对象进行踏面制动温度场试验,重点研究制动过程中摩擦热源向转动车轮踏面表面传热的关系,模拟车轮旋转周期内闸瓦摩擦生热和对流换热交替变化的规律,建立车轮制动过程瞬态温度场三维有限元模型,改进以整体输入热流和对流换热的简化模式为基础的传统理论的热应力计算方法。通过在摩擦制动动力试验台进行的制动试验,证明计算模型从宏观和细节方面比较完整地反映了车轮踏面制动热温度场的实际工况。为确定车轮踏面制动极限和作用方式、列车制动距离等技术规范提供计算依据。     

货车车轮踏面磨耗参数化描述方法及其应用

通过对货车车轮磨耗量进行统计和分析,提出了车轮磨耗量的多项式曲线拟合方法,并以LM型磨耗形踏面外形为基准,得出了车轮磨耗后的轮缘踏面外形。该参数可作为仿真分析车轮磨耗后货车动力学性能的基础输入参数。     

CRH型高速动车组车轮测量基准初探及量具运用

在CRH型高速动车组车轮轮缘踏面检测中,由于LMA、CN和XP55等3种车轮踏面形状不同,因此,统一测量基准可以使车轮的测量工作更加简便。介绍基于统一的测量基准开发的车轮轮缘踏面检测量具的结构,及使用该量具测量3种车轮踏面主要参数的方法。     

城轨车辆车轮踏面裂纹形成的原因探讨

结合运用经验,介绍了城轨车辆车轮踏面裂纹的类型及形成原因,分析、探讨了解决车轮踏面裂纹问题的方法。     

铸铁合成闸瓦

踏面制动是铁道车辆上使用的机械制动方式之一,将闸瓦推压到车轮踏面上,由于踏而与闸瓦间的摩擦而获得制动力.目前使用的闸瓦材质大体上分为3种：合成闸瓦、烧结闸瓦和铸铁闸瓦.其中最早被应用的铸铁闸瓦具有以下优点：对车轮的不利影响小,对车轮踏面的磨耗小及不使车轮踏面产生热裂纹等,即使在雨雪天,也可获得车辆稳定运行必要的轮轨间的粘着力.但另一方面,与其他两种闸瓦相比,铸铁闸瓦的磨耗量大,为提供车辆制动力用的摩擦力小.     

弹性车轮踏面裂纹产生机理研究及解决措施探讨

有轨电车运行条件复杂、恶劣,运用过程中偶尔出现车轮踏面裂纹问题,给行车安全带来隐患。文章通过分析弹性车轮踏面裂纹形貌、显微组织、力学性能、化学成分等内容,探讨了踏面裂纹产生机理,提出造成踏面裂纹的直接因素为车轮在运用过程中出现滑行,轮轨接触表面产生高温,易导致车轮踏面表层出现脆硬的马氏体白层,并伴有微裂纹,在轮轨力反复作用下,微裂纹扩展形成宏观疲劳裂纹。针对此原因,梳理了车辆控制逻辑并分析了车载监控数据,确定了车辆运行中频繁使用紧急制动且撒砂系统动作延时设置不合理是导致车轮滑行的根本原因,制定了撒砂系统动作不延时、车辆运用过程中非必要不采取紧急制动进行减速或停车等措施。经运用验证,上述措施可有效解决此类车轮踏面裂纹的产生。     

高速动车组踏面裂纹成因分析

对高速动车组踏面裂纹状态进行了统计分析,并对裂纹形成周期和踏面硬度分布进行了长期跟踪研究。结果表明,踏面裂纹基本在轮对旋修后运行16万km左右时形成,其原因是车轮踏面塑性变形累积,硬度达到峰值后裂纹开始萌发。头车轮对发生裂纹的可能性较大,这是因为头车轮对碾压异物造成其表层损伤,若旋修不及时裂纹会不断扩展,从而形成深度裂纹。     

铁道科学研究院2005年科技成果简介(续四)

31 机车车辆车轮剥离原因分析及改进对策的研究 在大量现场统计分析的基础上，结合实际运用的特点，对典型样品进行车轮剥离的失效分析，指出机车车辆车轮剥离有4种类型：制动剥离、接触疲劳剥离、局部擦伤剥离、局部接触疲劳剥离。在同一失效车轮上可能存在上述剥离类型的1种或几种。制动剥离一般发生在踏面闸瓦制动的车轮上，是车轮踏面热机械损伤的主要表现形式，研究表明，它主要以制动热裂纹和马氏体碎裂2种形式出现。接触疲劳剥离指的是在轮轨接触应力作用下导致轮轨接触面表层金属塑性变形及疲劳裂纹萌生和发展的破坏方式。     

整体车轮踏面裂损的断裂力学疲劳抗力分析

在使用踏面制动的条件下，由于过度制动的结果，在踏面上形成“蟾蜍皮”状的热裂纹。该裂纹达到临界状态将导致车轮的破损，对行车安全构成威胁。本文借助于线弹性断裂力学理论。分析了在不同运用工况下轮辋及踏面裂纹的特点及扩展机理，并用疲劳抗力分析方法确定了周期性制动力作用下，不致使“蟾蜍皮”裂纹扩展的许用裂纹深度及相应的许用周向残余拉应力值，从而使按现行热变色方法而判废的车轮，经适当处理后能重新投入运用。     

铁路车轮轮辋疲劳裂纹和踏面剥离掉块的微观伤损因素分析

以某型铁道车辆装用的3组(20个为1组)车轮(其中,1组车轮的轮辋出现疲劳裂纹,1组车轮的踏面存在剥离掉块,1组车轮运行30万km未出现伤损)为研究对象,采用ASPEX自动扫描电镜系统研究3组车轮轮辋中非金属夹杂物的组成、性质及定量关系,并采用扫描电子显微镜和金相显微镜,研究轮辋疲劳裂纹、踏面剥离的伤损形貌和特征,分析导致轮辋疲劳裂纹和踏面剥离的微观伤损因素。结果表明:辋裂车轮中的非金属夹杂物以脆性夹杂物为主,约占非金属夹杂物总数的85%,并且断口中存在的毫米级脆性氧化物类夹杂物属于冶炼或浇注过程中混入的耐材或熔渣等外来物,这是轮辋疲劳裂纹形成的主要原因;在踏面剥离掉块车轮和未损伤车轮中,塑性非金属夹杂物占绝对多数,分别约占非金属夹杂物总数的84%和93%,踏面剥离掉块车轮的踏面塑性变形层平均厚度约为1mm,为未伤损车轮踏面塑性变形层的10倍,说明踏面塑性变形层的相对变形量较大是导致车轮踏面剥离掉块的主要原因。     

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。     

关于动车组车轮踏面浅表层损伤机理及对策

随着运行速度的提高,车轮踏面所承受的垂直载荷和水平载荷也相应增加,如果车轮踏面存在硌伤或其他表面缺陷,会引起车轮踏面浅表层萌生裂纹。文章结合国外车轮运行经验及监控手段,提出了相应的对策。     

防止50000型车辆车轮踏面剥离的研究

日本50000型车辆原本是观光旅游列车,采用关节式(铰接式)转向架,即两车连接处共用转向架,也采用踏面制动。并且,采用控制空气弹簧高度以抑制曲线上运行时离心力的车体倾斜控制装置,同时装备了转向架导向控制装置。由于其车轮踏面为圆锥踏面,闸瓦则由树脂部份与铁片部份组成,其踏面曾发生剥离。经观察认为在踏面发生热裂纹的部位,闸瓦内埋铁块与滑动部重合导致热影响增大,并由于材质变化而发展至踏面剥离。通过将踏面变更为圆弧踏面,而且,改进踏面研磨块形状,定期进行踏面削正,可以维持车轮踏面的良好状态。     

基于热—机耦合的大轴重车轮踏面制动热负荷仿真分析

重载列车车轮踏面制动是一个复杂的动态接触热—机耦合问题。文章利用有限元分析软件ABAQUS建立了重载车轮踏面制动的瞬态热—机耦合有限元模型,对单闸瓦踏面制动过程进行了紧急制动工况的数值仿真,并利用重载货车车轮制动热负荷试验结果对模型进行验证。利用该模型分析了不同工况下重载车轮紧急制动过程中的热负荷及热应力情况,为研究大轴重车轮踏面制动热负荷极限和热损伤问题提供了理论技术支持。     

轴重等工况对轮轨接触疲劳的影响

采用有限元分析软件对钢轨表面存在微裂纹的轮轨接触问题进行研究,依次考虑轴重、裂纹长度和车轮踏面形状对轮轨接触的影响,得到不同裂纹位置的应力强度因子。结果表明,磨耗型车轮踏面的应力强度因子比锥形车轮踏面小得多;轴重或裂纹长度的改变对钢轨的应力强度因子和微裂纹的扩展也有着显著影响;且在同一类型载荷作用下,随着轴重的增加,钢轨的疲劳寿命大幅下降。     

制动装置的开发

本文介绍了制动装置的开发情况，并就目前应用的锻钢制动盘、新干线用C／SiC陶瓷制动盘等进行了介绍。阐述了车轮踏面热裂纹的再现试验，制动装置和车轮的摩擦因数的推测方法等。