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。     

浅析重载条件下的曲线钢轨磨耗和剥离问题

从朔黄铁路重载列车实际运行现状出发,阐述轮轨作用力与钢轨磨耗、塑性变形、剥离之间的关系,从而对重载条件下,钢轨磨耗和剥离掉块现象的成因进行技术分析。在此基础上,提出减缓钢轨磨耗、防止剥离现象的具体技术措施和建议。     

城市轨道交通线路钢轨剥落掉块分析与防治措施

对苏州轨道交通2号线钢轨剥落掉块地段进行调查研究,了解了钢轨剥落掉块的具体情况与原因。通过现场轨底坡调整实验与有限元计算可知,在小半径曲线地段将上、下股轨底坡均由1∶40调至1∶20后,曲线上股钢轨光带由内侧转移至钢轨顶部中间区域;轨底坡调整后,钢轨受力情况由偏荷载变成正荷载,其应力与变形量均减小;轨底坡调整前钢轨应力集中在钢轨内侧轨头弧度位置,与现场剥落掉块处相吻合,轨底坡调整后钢轨应力基本均匀分布于整个轨头,避开了现场剥落掉块处。因此建议在城市轨道交通钢轨剥落掉块预防整治时可以考虑在小半径(半径小于400m)曲线地段将轨底坡设置为1∶20,该措施可减少轮轨非正常接触,延缓剥落掉块的发展。     

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。     

1300MPa级在线热处理钢轨使用性能研究

对铺设在北京、太原、上海和郑州铁路局的半径为300~500 m曲线上的60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨的使用性能进行跟踪观测,研究提高重载小半径曲线钢轨的使用寿命。研究结果表明,60 kg.m-1PG4在线热处理钢轨硬度高、耐磨性能好;在使用初期,钢轨磨耗少,钢轨表面容易出现剥离掉块,此时如果采用液体润滑,会加剧钢轨表面的剥离掉块;钢轨的磨耗主要出现在曲线的圆缓或缓圆部位,当钢轨磨耗到一定程度后,侧磨加快,如果采用正确的固体润滑方法,可使钢轨的侧磨得到有效地控制,且钢轨不会出现严重的剥离掉块;PG4在线热处理钢轨的综合使用性能良好,耐磨性能比U75V热处理钢轨提高1倍以上,适合在钢轨磨耗严重的重载铁路小半径曲线上使用;对钢轨实施预防性打磨、设置适当的欠超高、采用1∶20的轨底坡等改善轮轨匹配关系降低接触应力的措施,均对提高重载铁路曲线区段上钢轨的使用寿命具有重要的作用。     

重载铁路钢轨磨耗演变过程的数值模拟

建立重载铁路钢轨磨耗演变的数值仿真模型。基于UM软件建立货车-轨道耦合动力模型,对减振楔块、心盘等细部构件精细建模,采用多点-面接触模型模拟部件间各种接触摩擦,并充分考虑部件间隙。基于Hertz理论及FASTSIM算法进行轮轨接触计算;基于Specht材料磨损模型进行钢轨磨耗计算,根据磨损程度采用不同磨耗系数。针对各种车型和通过速度,开展多工况计算并设置权重因子,模拟线路实际行车条件。为提高数值计算稳定性,基于累积磨耗深度更新钢轨型面;基于磨耗演变模型研究重载铁路不同地段钢轨磨耗的发展规律。结果表明:曲线地段钢轨磨耗比直线地段严重;曲线外轨侧磨明显,内轨磨耗相对较轻,主要分布在轨头中部,外轨磨耗大于内轨;圆曲线地段外轨磨耗强于缓和曲线地段,而内轨磨耗弱于缓和曲线地段;直线地段左右钢轨磨耗相差不大,均主要分布在轨头中部。     

浅析重载条件下的钢轨磨耗和剥离问题

对重载条件下钢轨磨耗和剥离掉块进行分析，阐述了轮轨作用力与钢轨磨耗、塑性变形、剥离之间的关系，并对防止钢轨磨耗和剥离提出建议。     

润滑时机对地铁试验段曲线钢轨剥离掉块与磨耗影响研究

为探究地铁小半径曲线润滑处理时机对钢轨磨耗及剥离掉块的影响,选取两条运营条件相似的线路,其中一条线路进行润滑与停止润滑两个阶段的处理,将其称为工况1,另一条未经任何处理的线路作为对比工况,称为工况2。分别对2个工况现场进行跟踪观测,并对观测结果进行对比分析。研究发现：在进行了润滑处理的后期运营期间,2个工况的钢轨侧磨都在正常增长值内,润滑处理在新轨下道前期对钢轨侧磨影响不大,主要对其轨距角与轨顶磨耗有抑制影响。对比工况2可以发现,工况1在润滑阶段早期出现了大面积的剥离掉块现象,这是由于早期润滑导致的“油楔效应”加速了疲劳裂纹的发展,最终造成曲线段上大面积的剥离掉块。通过研究获得的地铁曲线合理润滑时机与周期,可为地铁公司运营维护提供理论基础。     

朔黄铁路曲线下股热处理钢轨剥离伤损成因分析

对朔黄铁路的5段75 kg·m^-1的U75V钢轨性能进行检验,分析伤损钢轨裂纹附近的性能。分析表明：U75V热轧钢轨母材的组织和硬度均合格,但U75V热处理钢轨的淬火层深度及横断面硬度均未满足TB/T 2635—2004的要求;显微硬度数据显示,在钢轨横断面存在较薄的硬化层;曲线下股钢轨踏面中心裂纹的深度在1.3 mm左右,并呈现不同程度的剥离掉块,与钢轨硬度分布特征有关;裂纹萌生于钢轨轨头表面塑性流变层内,裂纹起始的发展与列车运行方向成一定的锐角,出流变层后基本以垂直方向朝轨头内部扩展,到一定程度后,裂纹呈鱼钩状,以大致与列车运行的相反方向朝轨顶面扩展,最终导致剥离掉块。建议使用符合标准的热处理钢轨;对曲线钢轨及时进行大机打磨;采取措施,降低纵横向蠕滑力。     

U71Mn钢轨踏面剥离掉块缺陷分析

U71Mn钢轨在铁路曲线线路外轨使用一段时间后,在钢轨踏面上出现不同程度的剥离掉块缺陷。对产生缺陷的钢轨进行性能检验的结果表明:钢轨的化学成分和氢氧含量、拉伸性能、脱碳层、金相组织、非金属夹杂物和踏面硬度等均满足TB/T 2344-2012标准的要求,因此剥离掉块缺陷的产生与钢轨自身质量没有直接关系。对缺陷特征进行分析的结果表明:出现在曲线线路外轨踏面工作边轨距角圆弧区域的剥离掉块是一种典型的滚动接触疲劳伤损,这主要是由于轮轨长期在此区域接触导致该区域接触应力过大所致。通过改善轮轨匹配关系使轮轨形成共形接触,合理进行预防性和校正性打磨,并严格执行钢轨分级使用规定,可以有效预防和减轻钢轨剥离掉块缺陷的产生。     

朔黄铁路钢轨润滑与摩擦控制技术应用功效分析

重载铁路小半径曲线地段曲上轨侧面磨耗速度快,钢轨更换频繁,换轨成本大,严重影响铁路运能。采用车载式和地面润滑设备对轨面和轨顶进行润滑,通过钢轨涂覆前后数据对比,探讨减缓钢轨侧面磨耗的方法,以减缓小半径曲线地段钢轨侧磨,延长曲线地段钢轨使用寿命,减少换轨成本投入,提升铁路运能。     

钢轨廓形打磨对京广线曲线磨耗速率及钢轨表面状态的影响

针对京广线曲线上股钢轨鱼鳞伤严重,下股光带不良,轨距角有明显斜裂纹等问题,分别采用传统打磨方式与廓形打磨方式消除。对打磨前后效果进行分析比对得出,采用廓形打磨后,曲线上股轨面状态较好,斜裂纹、剥离掉块等发展速率均得到控制,曲线下股光带分布合理;采用传统打磨方式,钢轨表面鱼鳞伤得到消除,但是由于轨距角处切削量太大,导致轨侧有高频次接触,不利于减缓钢轨磨耗。提出研发适用于我国线路的钢轨打磨列车,制定合理的钢轨打磨周期及打磨策略,优化钢轨廓形打磨委外服务模式和优化钢轨廓形的建议。     

重载铁路钢轨伤损形成分析及对策

从朔黄铁路75kg/m无缝线路小半径曲线地段钢轨出现的鱼鳞状剥落掉块、焊缝伤损问题出发,与大秦线的技术状态和钢轨伤损状况进行类比、归纳、分析,指出钢轨伤损形成的原因与钢轨接触性疲劳、钢轨材质、列车制动、列车运行速度、焊缝硬度、线路养护维修等有关,并提出病害整治的措施和预防对策及亟待研究的重点。     

高速铁路道岔钢轨材质及强度等级选用研究

针对高速铁路道岔关键部件使用中存在磨耗快、出现剥离掉块等问题,通过对钢轨材质性能对比及配套技术研究,再综合考虑道岔使用情况,尤其参考新铁德奥350HT在线热处理钢轨道岔使用情况的基础上,为了进一步延长道岔使用寿命,简化道岔生产,便于现场更换,提出高速铁路道岔用轨选用建议:全部采用在线热处理钢轨(U71MnH G或U75VHG)制造高速铁路用道岔,包括道岔基本轨、尖轨、心轨、翼轨和导轨。同时建议尖轨、心轨的跟端锻造热处理要采用电感应加热、轨头喷风冷却的锻后热处理工艺,岔区铝热焊剂的选用要与在线热处理钢轨硬度相配套。     

采用250m长轨条单侧更换曲线磨耗轨施工探讨

铁路提速、重载，加剧了曲线钢轨的伤损和磨耗超限，缩短了钢轨的使用寿命。本文介绍了在超长无线路地段以250m长轨条更换曲线磨耗轨并同时焊接，降低了成本延长钢轨的使用寿命，增加了旅客列车的舒适度。     

P60N型钢轨的地铁服役效果试验研究

针对武汉地铁钢轨伤损现状,开展了在地铁运行环境下P60N型钢轨对轮轨接触关系及轨面状态改善的实践研究。跟踪观测了武汉地铁2号线小半径曲线P60N型钢轨和3号线仿形打磨成的P60N型钢轨服役周期内的状态。数据表明：相较于P60型钢轨,P60N型钢轨的轮轨接触面光洁、无剥离掉块伤损、光带分布合理、磨耗速率较小,达到了预期的效果。建议新建地铁线路或大修换轨施工中推广采用P60N型钢轨,以延长钢轨的服役年限、降低维护成本。     

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。     

南京地铁钢轨掉块病害分析与防治

通过对南京地铁2号线曲线地段钢轨顶面掉块的观测研究,发现掉块发生在无减振措施的小半径曲线上股内侧,掉块是由于钢轨顶面疲劳伤损形成裂纹并发展而成。经分析认为:钢轨顶面掉块与曲线上股钢轨受力、线路轨底坡、轨道的弹性以及列车的驾驶模式有关。预防和减缓钢轨顶面掉块病害应从轨道设计、施工及后期运营维护三方面进行考虑。     

重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究

通过对重载铁路钢轨伤损的现场调查分析,确定出钢轨伤损的主要类型和规律,在此基础上提出了预防对策措施并进行了试验验证。结果表明:①在半径小于1 200 m的曲线上铺设轨面硬度大于370 HB的含铬热处理钢轨(U77 MnCr和PG4)、采用每天1次固体润滑并设置欠超高,可以减少钢轨的严重侧磨;②热塑性弹性体垫板可以增加轨道弹性,减少轨道动应力和钢轨的疲劳核伤;③在减少所用钢轨表面脱碳层深度和钢中夹杂物的基础上及时进行钢轨打磨,可有效抑制钢轨轨距角剥离掉块伤损的发展;④虽然热轧轨出现的剥离掉块深度较浅,但会在轨面外侧出现严重的深层肥边掉块,影响钢轨的安全使用,因此,重载铁路曲线下股仍应铺设高强度的热处理钢轨;⑤在优化焊接工艺和提高接头内部质量的基础上,对焊接接头采用焊后再淬火,以提高接头轨面的硬度,从而明显减少焊接接头轨面的低塌和焊接接头的伤损。     

朔黄铁路神池南站钢轨剥落掉块原因的数值分析

采用有限元分析软件ANSYS,结合疲劳与磨耗耦合模型,分析朔黄铁路神池南站钢轨裂纹疲劳与磨损的行为机制。结果表明:裂纹扩展速率明显大于钢轨表面的磨耗速率,钢轨破坏形式以疲劳破坏为主;随着裂纹的不断扩展,其扩展速率由快变慢,当裂纹扩展到600μm时,其扩展速率达到最大;在裂纹初始扩展阶段,裂纹扩展方向基本与行车方向一致;当裂纹长度大于600μm后,裂纹扩展方向发生了改变(沿着与起始阶段相反的方向扩展),形成鱼钩形裂纹,导致钢轨表面出现剥离掉块。