铁路车轮与钢轨的强度及硬度匹配

研究表明,铁路车轮的硬度低于钢轨时,车轮与钢轨的打滑现象就会增加,车轮就容易产生擦伤、剥离等缺陷.车轮与钢轨的硬度匹配要求为1.21至1.41,我国目前PD3或BNbRe钢轨的硬度为300 HB左右,因此车轮轮辋表面的实际硬度也应相应提高.     

提高铁路轮对耐磨性的可能途径

在分析轮轨接触情况和磨耗过程的基础上，指出近年来车轮磨耗锰增的主要原因很可能是轮轨硬度的不平衡度。作者认为，根据国外的经验和国内的现状，把车轮的硬度提高到等于或大于钢轨的硬度（两者最佳比值为１．２：１）是提高车轮耐磨性的根本方法。     

高速铁路轮轨硬度匹配试验研究

针对我国高速铁路出现车轮磨耗相对较大的问题,对国内外高速铁路轮轨硬度匹配关系的研究及应用现状进行分析,并在实验室进行3种硬度车轮与3种硬度钢轨的对磨试验,对比分析硬度不同的车轮与钢轨对磨时的轮轨磨损、变形和接触疲劳伤损等。结果表明:适当提高车轮的硬度即提高轮轨硬度比以减轻车轮磨耗较大的问题已成为国际上通行的做法;9组轮轨磨损试验中,轮轨硬度比为0.95∶1~1.15∶1时轮轨总磨耗量较小,轮轨硬度比大于1∶1时,轮轨变形和表面接触疲劳伤损较轻,轮轨硬度比为1.15∶1时轮轨总磨耗量最小,且接触疲劳伤损也最轻;随着车轮硬度的提高,不但车轮的磨耗减小,而且其抗变形能力也显著增加。建议动车组车轮与U71MnG钢轨的硬度比控制在1∶1以上,以解决我国高速铁路车轮磨耗较大的问题。     

沈阳铁路局科学技术研究所

移动式焊接接头轨面硬化技术及设备 主要完成单位：沈阳铁路局科学技术研究所 钢轨焊接接头性能及质量的优劣直接关系到铁路运输的效率和安全。全长淬火钢轨在经现场焊接（移动式闪光焊、气压焊）后，钢轨焊接接头部位原有的硬化层消失．原有的强度和韧性降低．焊缝和热影响区原有的硬度指标也有较大程度的减少，形成硬度低落区。焊头轨面硬度下降会造成钢轨低接头，轨顶低陷日趋严重，将加大车轮和钢轨间的冲击力，从而缩短了钢轨的使用寿命。     

车轮硬度的提高

介绍了对客货车辆车轮运用中造成各种类型损坏的统计分析，揭示了片面提钢轨头部硬度使轮轨系统造急剧损坏的教训，通过轮轨硬度的对比分析和试验研究，阐述了采用车轮轮辋淬火提高硬度、使之保持略高于钢轨头部硬度的水平，从而提高车轮的耐久性，延长使用寿命的方法。     

碳含量对车轮钢滚动摩擦磨损性能影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究碳含量对车轮钢滚动摩擦磨损性能影响。结果表明:碳含量对车轮材料滚动摩擦系数基本无影响;随碳含量增加车轮钢硬度增加,耐磨性增强导致磨损量降低;车轮硬度增加导致对摩擦副钢轨试样磨损量增加,且轮轨试样总磨损量呈现增加趋势;车轮与钢轨试样两者损伤形态存在一定差异;碳含量为0.64%时车轮钢容易发生小块剥落损伤,而0.5%含碳量时容易发生大块状的剥落;钢轨试样主要表现为表面剥层损伤。     

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。     

轮缘等离子强化

随着铁路车轮轮缘等离子强化有效性讨论的不断深入，必须仔细研究该强化过程的一些特点和车轮强化后的使用效果。强化工作的问题之一就是要了解车轮轮缘在作强化之前的硬度值是多少。科研人员对此所作的试验表明：为了能使钢轨用钢和轮缘用钢相互间的接触疲劳寿命得到保证，其硬度值应该相似。因此，在讲轮缘强化硬度时必须明白，表面强化工艺会使得强化表面某些区域的局部硬度(显微组织)达到最大值。     

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。     

轮轨硌伤诱发滚动接触疲劳机制的材料影响

利用GPM-30滚动接触疲劳磨损试验机，在油润滑条件下试验研究轮轨材料对丝锥硌伤诱发局部滚动接触疲劳(LRCF)的影响，涉及ER8高速车轮钢、U71MnG高速钢轨钢，以及1 280 MPa和1 380 MPa级的贝马复相、PG4、PG5等4种新开发的重载钢轨钢。发现硌伤诱发的剥离掉块仅发生在硬度低于300 HV的ER8和U71MnG高速轮轨材料，且只有在硌伤深度超过150～200μm的临界值时发生，对于硬度高于400 HV的重载钢轨材料，表面硌伤不太可能诱发局部滚动接触疲劳。试样表面和剖切观测显示，初始疲劳裂纹可萌生于硌伤内部和前、后沿，底部萌生的裂纹更容易导致包含深裂纹和大块剥离的局部滚动接触疲劳，后沿比前沿更容易萌生初始裂纹。与U71MnG高速钢轨相比，硬度更低的ER8高速车轮钢试样上硌伤引发剥离掉块的可能性更高，但U71MnG钢轨钢试样上萌生的初始裂纹可扩展得更宽、更深，更易引发大块剥离，局部滚动接触疲劳造成的后果更严重。     

弯矩作用下钢轨疲劳裂纹扩展行为研究

研究目的：车辆在运行过程中受到多种载荷的相互作用。在多种因素作用下，如车轮本身有不圆度；车辆在通过曲线段、轨缝、岔道时对钢轨产生冲击，不可避免车轮会对钢轨产生法向载荷，从而使得弯矩对疲劳裂纹的萌生和扩展产生影响。为研究弯矩对不同材料钢轨疲劳性能的影响，本文在NENE-2型微动实验机上，对U71Mn、PD32种材料钢轨在弯矩作用下的疲劳裂纹扩展性能进行试验研究，据此提出减缓钢轨疲劳损伤的措施。研究结果：分析研究和试验表明，疲劳裂纹从应力集中点首先开始萌生，其中主剪切应力占有重要影响；静载作用时裂纹扩展方向会发生大角度改向，而动态加载过程中疲劳裂纹扩展方向稳定；相同加载速率条件下，PD3钢轨疲劳裂纹较U71Mn钢轨更易萌生与扩展。为了防止和减缓钢轨的疲劳损伤，应根据线路的类型和钢轨的实际工作环境选择适合材料的钢轨，货运重载线路，选择较高机械强度的PD3钢轨；高速线路，选择U71Mn钢轨．     

车载减摩装置减低噪声和振动

严格控制钢轨与车轮之间的摩擦可提高转向架通过曲线的性能。为控制摩擦系数，改善轮轨接触区的摩擦特性．由日本工程师组成的研究小组为东京地铁车辆开发了一种向钢轨喷洒润滑剂的车载装置。     

高速铁路轮轨硬度匹配研究及方向探讨

针对我国高速铁路轮轨关系中钢轨磨耗小、车轮存在凹磨和多边形磨耗、车轮镟修周期短和维护成本高等问题,从轮轨硬度匹配角度,开展轮轨材质硬度摩擦磨损小比例试验、现场轮轨磨损规律测试试验、轮轨磨耗仿真计算等研究,对轮轨硬度匹配指标和方案进行探讨。研究结果表明,轮轨硬度比控制在1.00∶1.00以上,可有效减小车轮磨耗;提高车轮硬度,可抑制和减缓多边形磨耗的产生。建议适当提高我国应用车轮的硬度,推广我国自主研发的强韧性兼备高硬度车轮,延长车轮镟修周期,节约养护维修成本。     

轨道由哪几部分组成

钢轨 是轨道的主要部件，它用于引导列车行驶、承受列车荷载，并为车轮滚动提供平滑的运行表面，标准钢轨长度为12．5米和25米两种。     

钢轨轨头三维应力有限元分析

应用有限元分析程序ANSYS5．5对60kg·m-1钢轨轨头接触应力和最大负弯矩截面的弯曲应力进行了分析计算，并给出在实际机车轮压作用下有关截面上的应力数值和分布规律，为今后研究钢轨轨头近表面区域缺陷的发展规律及预测伤损钢轨的使用寿命提供了依据。     

铁道车辆车轮和轨道轮的接触几何

论述了车轮与轨道轮接触三元程序ＣＯＮＣＴ－Ｋ的产生和计算过程，并与车轮与钢轨接触程序ＣＯＮＣＴ－Ｒ及车轮与轨道轮接触程序ＣＯＮＣＴ－Ｍ进行了计算比较。还说明了车轮，钢轨与车轮，轨道轮在接触状态上的差异。     

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。     

轮轨关系中的硬度匹配研究

为提高轮轨综合使用寿命,研究轮轨的合理硬度匹配。针对国内外普遍使用的轮轨材料,归纳分析轮轨硬度匹配的典型的实验室研究结果、轮轨硬度匹配的现状和存在的问题,并结合国内轮轨使用情况,阐述轮轨硬度、加工硬化对轮轨使用寿命的影响以及轮轨材料的最新发展,初步提出不同运输条件下轮轨硬度匹配的建议。重载铁路:在半径>1 200 m的曲线以及直线段上铺设轨面硬度>280 HB的轧态钢轨;在半径为1200 m以下的曲线段上铺设使用H370热处理钢轨;应积极研发使用轨面硬度>370 HB的钢轨、以及轮辋表面硬度>320 HB的重载铁路用车轮。客运专线铁路:铺设轨面硬度>260 HB的轧态钢轨,采用轮辋表面硬度>260 HB的ER8等级的或轮辋表面硬度>248HB的ER7等级的车轮。对引进的时速200 km及以上动车组在我国的使用情况进行跟踪研究,以进一步研究轮轨关系中硬度的合理匹配问题。     

高速动车组服役性能与钢轨廓形匹配适应性研究

动车组在高速铁路不同线路区段上经常出现异常振动问题，为研究动车组服役性能与钢轨廓形匹配的适应性，在不同高速铁路直线及大曲线区段选择200多个典型钢轨断面进行钢轨廓形跟踪测试，得到钢轨廓形偏差分布规律；分析不同偏差钢轨廓形分别与新轮、磨耗车轮匹配时的等效锥度、动车组动力学性能及轮对、构架、车体时频振动特性。结果表明：偏差在-0.2～0.3 mm范围的钢轨廓形占比约34%;与LMa新轮匹配，等效锥度基本保持在0.03,动车组各项动力学性能指标优良；与磨耗车轮匹配，随着钢轨廓形偏差由-0.4 mm增加到0.8 mm,名义等效锥度逐渐由小于0.01增加到0.3,当钢轨廓形偏差大于0.6 mm时，构架横向振动加速度等指标明显增大，动车组动力学性能和运行品质劣化，动车组对于线路的适应性下降。     

60 kg/m钢轨和60N钢轨轮轨接触几何关系对比分析

为揭示我国新研究设计的60N钢轨的轮轨接触几何关系,运用常用的迹线法,以LM型和LMA型车轮踏面为例,对60 kg/m钢轨(简称60钢轨)和60N钢轨轮轨接触几何关系及其对轨底坡和轮对摇头的适应性进行详细研究。结果表明:相比60钢轨,60N钢轨与LM型和LMA型踏面匹配时,轮轨接触点在钢轨上位于钢轨中心位置附近,同时不会在钢轨轨距角附近出现轮轨接触,且在发生轮缘接触前,60N钢轨相比60钢轨对应的等效锥度随着轮对横移量变化很小,说明60N钢轨有效的改善了轮轨接触几何关系;同60钢轨,60N钢轨对于LM型车轮踏面,当轨底坡为1/20时匹配更佳,对于LMA型车轮踏面,当轨底坡为1/40时匹配更佳,而摇头角对60钢轨和60N钢轨的影响基本一致。