钢轨磨耗演变预测模型研究

建立一种可计算沿钢轨纵向和横向三维分布的钢轨磨耗演化预测模型,利用车辆-轨道耦合动力学计算轮轨动态相互作用;基于Kalker非Hertz滚动接触理论进行轮轨滚动接触分析;选用Braghin磨耗模型计算材料磨耗;使用局部加权回归散点平滑法对计算的钢轨型面进行平滑处理。运用该模型计算分析CRH3型动车组以300km/h速度在Ⅰ型板式无砟轨道直线段运行时钢轨磨耗的演变形态。结果表明:钢轨光带沿轨道纵向几乎是平直的,光带宽度约为20mm;随着通过车辆数目的逐渐增加,钢轨的磨耗速率先减小后增大;钢轨磨耗后,轮轨接触点在钢轨上的分布集中于磨耗区边缘的两个狭窄区域;在线路初始运营阶段,钢轨磨耗对轮轨横向力的影响大于其对轮轨垂向力的影响。     

基于车轮磨耗寿命预测的轨道参数研究

为研究轨道参数对车轮磨耗寿命的影响,以C80型货车为例在SIMPACK软件中建立车辆-轨道动力学模型,利用傅里叶逆变换将轨道不平顺的功率谱密度从频域转换为时域;基于半赫兹接触理论、FASTSIM算法和Zobory磨耗模型在MATLAB中编制车轮磨耗仿真程序,分析轨道曲线半径、轨距、钢轨轨底坡、钢轨型面、轨道不平顺和轮轨摩擦因数对车轮磨耗的影响。计算结果表明:曲线半径从400 m增加到2 000 m后,段修磨耗寿命增加5.1倍;轮缘磨耗减小13.4倍;当轨距从1 430 mm增加到1 435 mm和1 440 mm时,磨耗寿命分别增加了12.6%和27.5%;轨底坡从1/20减小为1/30,1/40和1/50时,段修磨耗寿命分别增加3.7%,7.4%和6.9%;采用CN75钢轨和UIC60时的磨耗寿命较CN60钢轨分别增加20.1%和13.9%;五级谱、六级谱和三大干线谱时磨耗寿命较四级谱时分别增加21.4%,35.9%和26.0%;轮轨摩擦系数为0.25、0.4和0.55时,磨耗寿命较摩擦因数为0.1分别减少24.2%,24.8%和22.3%。     

考虑车轮扁疤的轮轨磨耗演化及其对车线桥系统的影响分析

基于车辆-轨道-桥梁相互作用理论和Archard材料磨损原理,建立高速车辆-轨道-箱梁桥耦合系统动力学模型,计算M2维护周期内含扁疤车轮轮轨磨耗深度分布,探讨含扁疤的轮轨磨耗演化对轮轨接触特性及车辆-轨道-桥梁系统动力学性能的影响.研究结果表明:随磨耗深度增大,含扁疤的磨损轮轨匹配时轮对横移引起的接触角、半径差变化越大;在踏面不发生二次擦伤时,初始微小扁疤随磨耗里程增大,其长度增大深度几乎不变,对车线桥耦合系统冲击作用减弱;含扁疤的磨损轮轨磨耗演化主要影响轮轨横向力;桥梁结构对磨损轮轨的磨耗演化较为敏感,建议以桥梁垂向振动加速度监测轮轨磨损状态.     

智能转辙机

正如今,轨道交通的密度日益增加,对其可靠性、经济性和可用性提出了更高的要求。然而,可用于维护的时间却变得非常紧张。多年来,在预防性故障检测和基于状态的维护理念指导下,行业中主要使用的是诊断系统。随着数字化的发展和智能现场元器件的使用,为铁路运营商和基础设施公司提供了新的应用方法。     

高速道岔尖轨磨耗规律及对动力学性能的影响

研究目的:针对高速道岔尖轨的磨耗问题,目前高速铁路养护维修部门通过钢轨打磨、调整几何形位、更换钢轨件等措施进行定期整治,但多为基于工程经验和现场情况的被动性方法,整治效果并不显著,磨耗问题仍不断出现,无法从根本上彻底解决。因此,需要对道岔区轮轨相互作用关系进行深入研究,探明岔区钢轨磨耗的产生及发展规律,以及因磨耗引起的列车过岔动力学性能演化规律,从而有针对性地提出科学、合理的整治方法。研究结论:(1)随着道岔服役时间的增长,转辙器尖轨和基本轨的磨耗均不断加重;(2)直尖轨垂向磨耗情况较曲尖轨严重,两者垂向磨耗均是随着断面不断加宽呈现先增后减的趋势,分别在顶宽35 mm、50 mm断面位置最为严重;直、曲基本轨垂向磨耗均是随着断面的加宽总体呈减小的趋势;(3)曲尖轨侧磨情况明显较直尖轨严重,两者均是从3 mm宽断面开始呈现先增后减的趋势,直尖轨在顶宽5 mm断面位置侧磨最严重,曲尖轨在顶宽20 mm断面位置侧磨最严重;直、曲基本轨的侧磨程度基本相当且数值均较小;(4)随着尖轨磨耗程度的加剧,将会一定程度地导致轮轨动力相互作用的增大,进而提升了安全运行风险,但对车体振动加速度等舒适性指标则影响较弱;(5)本研究成果可为高速道岔设计、施工和运营维护提供一定参考。     

防止钢轨滚动接触疲劳的预防性打磨技术

由于滚动接触疲劳引起的波浪形磨耗、裂纹和裂缝已成为钢轨维护所面临的巨大挑战。高速打磨作为一种预防性技术可以温和去除轨面的脆化和裂纹。高速打磨列车已在德国铁路成功应用。     

轮轨材料硬度匹配对车轮多边形磨耗影响的试验研究

为研究轮轨材料硬度匹配对车轮多边形磨耗的影响和寻找避免出现车轮多边形磨耗的轮轨材料硬度匹配关系,利用轮轮滚动接触磨损的小比例试验台,开展低、中、高硬度轮轨材料在9种硬度匹配时干燥条件下的车轮试样多边形磨耗试验。结果表明:轮轨材料硬度比小于1.05时,车轮试样产生明显的16阶多边形磨耗,且与轨道试样耦合振动频率为53.3Hz,车轮试样多边形磨耗的径跳随轮轨材料硬度比的提高逐渐降低;当轮轨材料硬度比大于1.36时,车轮材料试样几乎不发生多边形磨耗;在9种硬度比下,钢轨试样均未出现明显的多边形磨耗。     

柔性轮轨下轮轨波磨综合作用的振动特性研究

运用ANSYS联合SIMPACK建立基于柔性轮轨下的某型高速动车组的车辆-轨道耦合振动模型,选取典型的车轮谐波磨耗(20阶,幅值0.01～0.03mm)及钢轨波磨(波长120～150mm,幅值0.01～0.04mm)进行综合分析,对比分析4种模型在不同磨耗下的振动特性。结果表明:模态共振导致柔性体振动幅值大于刚性体振动幅值,而远离模态共振时,柔性体产生的振动幅值小于刚性体振动幅值;考虑轮轨柔性状态时,轮轨非均匀磨耗综合作用产生的轮轨力大于单独考虑轮对或钢轨磨耗时产生的轮轨力;轮轨非均匀磨耗综合作用下产生的轮轨力、轮轨振动加速度随幅值增大而增大,与速度、钢轨波磨波长呈非线性关系;轮轨非均匀磨耗综合作用下,轮对振动加速度及轮轨垂向力呈周期性包络现象。     

基于实测数据的曲线轨道处钢轨横截面载荷研究

铁路具有运量大、运输密度高、车辆轴重大等特点,其对轨道结构的冲击作用力相当大,容易导致钢轨磨损以及轨道部件破损,降低行车安全性。曲线轨道作为线路的重要组成部分,具有转向角和外轨超高的特点,因此列车通过时,轨道的受力状况会发生变化,导致车辆晃动、轨道磨耗加剧。为研究小半径曲线处钢轨的受力状况(包括垂向力和横向水平力),奥地利联邦铁路公司下属基础设施股份公司(?BB-Infrastruktur AG)开展了一项课题研究。研究目的是基于实测数据创建小半径曲线上钢轨横截面的垂向力和横向水平力载荷谱,并基于所创建的载荷谱估算小半径曲线中钢轨的寿命。     

柔性轨道下高速列车车轮谐波磨耗对轮轨滚动接触蠕滑特性的影响

针对柔性轨道下因谐波磨耗车轮激励而引发钢轨和轮对振动时的轮轨蠕滑问题,在分析柔性轨道下轮轨间滚动接触振动对轮轨蠕滑特性影响机理的基础上,基于CRTS型双块式无砟轨道和CRH2型高速列车,采用ANSYS和UM软件建立柔性轨道下高速列车的动力学数值模型;选取6种典型谐波磨耗(阶数分别为1,6和11阶;对应波深分别为0.1和0.3mm)车轮,进行轮轨滚动接触振动特性、轮轨蠕滑力和蠕滑率的分析。结果表明:车轮谐波磨耗阶数和波深的增加均导致钢轨垂向加速度、轮对垂向加速度、轮轨垂向力及轮轨蠕滑力和蠕滑率的大幅增加,且与阶数的影响相比,波深对滚动接触蠕滑特性的影响更大;当车轮的谐波磨耗取11阶和0.3mm波深时,轮轨垂向力最大值、钢轨垂向加速度最大值、轮对垂向加速度最大值和平均值、纵向蠕滑率平均值、纵向蠕滑力绝对平均值、横向蠕滑力最大值、纵向蠕滑力最大值分别约为车轮无谐波磨耗时的7.27,49.6,20.35,15.18,7.8,9.064,6.7和8.57倍;考虑柔性轨道后,轮轨接触脱离时间明显增加,轮轨蠕滑率和蠕滑力也有明显增大。     

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。     

地铁车辆轮缘润滑对车轮磨耗的影响

为了研究轮缘润滑对车轮磨耗的影响效果,对国内某地铁线路安装轮缘润滑器的列车和未安装轮缘润滑器的列车的车轮磨耗进行了跟踪测试。结果表明,该线路地铁车轮轮缘磨耗分布在-40~-30 mm位置范围内,主要集中在轮缘根部,踏面磨耗分布在-30~60 mm位置范围内;轮缘润滑对车轮的轮缘厚度、轮缘高度及踏面磨耗速率影响较小,且对踏面为LM30的拖车轮缘磨耗速率的影响也较小,但能极大地减缓踏面为LM32的动车和拖车车轮轮缘磨耗。仅在动车上安装轮缘润滑器时,减磨效果能达到24%,而在整列车(包含动车和拖车)安装轮缘润滑器时,减磨效果则能达到36%。针对所调查的地铁线路实际情况,建议整列车均保留轮缘润滑器。     

多功能检查车

11月11日，瑞士联邦铁路部门将交付由MerMec公司设计、制造用于160km／h轨道、高架线和隧道基础设施的多功能检查车。这台自行式机动车用于检测轮轨型面和钢轨波磨状况、轨道和高架线几何状况及接触导线磨耗状态。视频检查系统能自动识别如受损枕木和紧固件、道碴坑、遗缺的紧固件等故障以及如裂纹、磨耗、钢轨剥离和断裂的焊缝等轨道缺陷。     

不同工作条件下交流、直流传动机车的接触应力、热量和磨耗对比

介绍了一种交流、直流传动机车在磨损内外轨上运行引起的轮轨接触应力、热量和磨耗的估算方法。针对第3台机车的导轴和从轴开展了研究,其轴荷载远大于第1、2台机车荷载。文章以澳大利亚目前运行的交流和直流两种传动类型的机车为例,针对其实际服役条件下的多种轮轨接触工况(不同的轴重、冲角和黏着水平)开展了研究。利用商用有限元法软件LS-DYNA建立了轮轨接触综合模型,并进行了温度与磨耗分析。该数值模型基于澳大利亚标准轮轨型面(ANZR1车轮和60 kg钢轨)和轨道子组件(如轨垫、轨枕和道砟等)而创建。此外,还应用了分析法和安定图法来分别估算轨道温升和材料响应。钢轨磨耗量的计算基于Archard磨耗模型而开展。结果表明,交流机车运行产生的接触应力、热量和磨耗远大于直流机车。此外,在内轨与从轴(第三轴)接触处还出现了高接触应力。     

地铁大修钢轨廓形及其对等效锥度影响分析

地铁钢轨达到大修周期需进行更换,为探究大修期废旧钢轨的磨耗水平与轮轨匹配关系,实测了大修期钢轨的廓形,并仿真计算轮轨匹配等效锥度,并进一步分析大修钢轨廓形对等效锥度的影响。研究结果表明：(1)选用UIC519积分法,利用多体动力学软件UM计算轮轨匹配等效锥度合理可行,计算结果可靠;(2)达到6亿t换轨期后,直线段钢轨磨耗量普遍小于3 mm,远小于维修规则中侧磨16 mm、垂磨14 mm的限值要求;(3)大修所换钢轨廓形的磨耗对轮轨等效锥度影响均未超标准限值,说明钢轨磨耗对轮轨动态影响较小;(4)钢轨廓形垂磨中扁平状的磨耗对等效锥度影响相对较大,说明轨顶扁平状不利于行车舒适性和安全性。     

多功能检查车

11月11日,瑞士联邦铁路部门将交付由MerMec公司设计、制造用于160km／h轨道、高架线和隧道基础设施的多功能检查车（见图1）。这台自行式机动车用于检测轮轨型面和钢轨波磨状况、轨道和高架线几何工况及接触导线磨耗工况。视频检查系统能自动识别如受损枕木和紧固件、道碴坑、遗缺的紧固件等故障以及如裂纹、磨耗、钢轨剥离和焊缝断裂等轨道缺陷。     

普速铁路钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生研究和检验

以普速铁路京九线不同曲线半径为研究对象,建立车辆-轨道动力学模型、磨耗和裂纹萌生预测模型;计算60N廓形在不同曲线半径条件下的轮轨接触状态,预测了不同曲线条件下磨耗发展率、裂纹萌生位置与寿命,并与京九线现场观测结果进行对比验证.研究结果表明:随着疲劳损伤的累积,不同曲线半径下钢轨的阶段磨耗发展率呈下降的趋势,其中曲线半径小(600 m)的磨耗发展率降低最快,随着曲线半径的增大,平均磨耗发展率降低趋势减缓;不同曲线半径下钢轨裂纹萌生位置均在钢轨表面以下1~3 mm处,横向位置在距离轨顶中心15~20 mm范围内,曲线半径600 m外轨裂纹萌生寿命大约为2.64×10^5次,内轨裂纹萌生寿命约为4.86×10^5次,与现场观测较为符合.     

改进轮对测量的可靠性

尽管轮对测量系统为改善轨道方向品质提供了可能性,但是轨道线路基础设施运营商采用此种措施的进展却很缓慢。瑞士Prose公司研发基于网络的新型运行系统,致力于改善测量过程的经济性。     

基于Zobory模型的机车车轮磨耗研究

以D20E型内燃机车为例,采用SIMPACK软件建立了该型机车动力学模型,并根据越南干线实际线路建立线路模型。根据FASTSIM算法与Zobory磨耗预测模型,对机车车轮踏面磨耗的分布和发展情况进行仿真计算,并与现场测量结果进行比较。结果表明:车轮踏面上(-50~45mm)区间是发生磨耗的主要范围,在轮缘根部处(-37~-26mm)范围内磨耗最大;随着运行距离的增加,车轮轮缘根部处的磨耗更加明显,踏面磨耗发展规律基本相同;踏面磨耗量的预测结果较实际测量结果低。     

地铁120 km/h刚性接触网局部磨耗分析及预防措施

接触网的局部磨耗包括机械磨耗和电气磨耗,而且大部分这两种磨耗同时存在。从广州地铁3号线及3北线120km/h运营时速接触网局部磨耗特征表现、现场隧道环境、受电弓匹配性以及接触网的弹性等方面,分析导致接触网局部磨耗产生的原因。为有效提高接触线使用寿命和改善弓网关系,从接触网换线及换型、提高轮轨匹配关系、加强轨道维护、优化弓网匹配度、改善刚性接触网弹性、研发防卡滞线夹等方面提出相应的预防措施。