4种车轮材料与U71Mn热轧钢轨匹配特性

为研究车轮材料对轮轨匹配行为的影响,在MMS-2A型轮轨磨损试验机上模拟研究了U71Mn热轧钢轨和4种不同车轮材料的摩擦磨损行为.采用电子分析天平测量试样磨损量,采用SEM对试样进行微观分析.结果表明:随着车轮含碳量升高,车轮硬度升高,车轮的磨损量逐渐降低,而与之匹配的钢轨磨损量逐渐升高;轮轨试样的磨痕粗糙程度与磨损程度相关,磨损越严重,磨痕越粗糙;轮轨试样的硬度比决定轮轨试样的磨损机制,轮轨硬度比较低时,主要以磨粒磨损为主,磨损最严重,当轮轨硬度比继续升高,主要以疲劳磨损为主,磨损降低,当轮轨硬度比接近1.1时,轮轨氧化达到最严重,主要以氧化磨损为主.      

车轮材料对轮轨滚动摩擦磨损行为的影响

为了使轮轨材料更好地匹配,降低轮轨磨损与损伤,利用MMS-2A滚动磨损试验机,研究了3种不同含碳量车轮材料与U71Mn热轧钢轨干态对磨时滚动摩擦磨损与损伤性能.结果表明:车轮材料变化基本不影响轮轨滚动摩擦因数,其摩擦因数保持在0.4左右;随车轮材料碳含量增加,车轮磨损量呈线性下降趋势,钢轨磨损量呈线性增加趋势,总轮轨磨损量呈降低趋势;不同车轮材料与U71Mn热轧钢轨对磨时的磨痕表面形貌具有较大差异,当碳含量为0.57时,车轮损伤以剥落损伤为主,试样塑性变形相对轻微,随车轮硬度降低(碳含量为0.51),表面剥落损伤轻微,但塑性变形严重;对磨钢轨试样以粘着和剥落磨损为主.      

轮轨滚滑磨损试验研究

在自行研制的ＤＬＧ１／１５型轮轨模拟试验机上，在不同车轮硬度、不同冲角，不同速度等试验条件下，研究了轮轨滚滑运行条件下的磨损率变化规律，结果表明，车轮表面硬度提高，其磨损率明显减小，而对钢轨磨损则几乎没有影响，这为机车轮缘局部淬火延寿技术研究提高了理论依据，冲角加大，车轮的磨损明显加剧；车轮转速较大时，按运行时间计其磨损率也较大，但若按运行行程计，车轮磨损率就较小。     

Ag-Cu/Ti双层膜摩擦磨损特性研究

对Ag-Cu/Ti双层膜的摩擦磨损特性，显微硬度进行了实验研究和理论分析，结果表明，在干摩擦条件下，当膜最在0．224－0．576μm时，磨损率分别随膜厚，载荷，滑动速度的增大而增大，摩擦系数分别随膜厚，载荷的增大而减小，显微硬度随膜厚度的增大而减小；其磨损的形式主要以磨粒磨损为主，并伴有轻微的粘着磨损。     

剥离掉块对轮轨滑动接触热弹塑性的影响

利用有限元软件ANSYS建立了钢轨轨面剥离掉块伤损条件下的轮轨滑动接触有限元模型, 考虑了轮轨材料的非线性影响, 计算了车轮经过剥离掉块凹坑时的轮轨接触冲击行为, 并采用瞬态分析方法研究了不同剥离掉块伤损长度、深度、摩擦因数与轮轨间相对滑动速度对钢轨剥离掉块伤损区域热弹塑性的影响。分析结果表明: 在剥离掉块伤损区域长度为2 cm、深度为4 mm时, 钢轨等效塑性应变最大, 且伤损区域后侧的值为前侧的3~4倍; 在剥离掉块伤损区域长度为2 cm、深度为6 mm时, 塑性变形最大, 且伤损区域后侧的值约为前侧的2倍; 轮轨接触应力随摩擦因数的增大而减小, 钢轨的摩擦温升、等效塑性应变、塑性变形、等效应力与纵向剪切应力均随随摩擦因数的增大而增大, 当摩擦因数大于0.3时, 等效应力和纵向剪切应力的增长速率变缓; 当相对滑动速度等于3 m·s-1或大于等于6 m·s-1时, 钢轨的受力、变形和温升最不利。     

弹性金属塑料复合材料的干摩擦特性

在MPX－2000盘销式摩擦磨损试验机上,研究了弹性金属塑料复合材料在干滑动条件下的摩擦磨损特性,结果表明：在给定的试验条件下,EMP复合材料与40#锻钢对摩时,相同滑动速度下摩擦因数随载荷的升高而减小,相同载荷下滑动速度等摩擦因数反而低,当试验转速分别1102r/min和370r/min时,其摩擦因数最后分别基本稳定为0．074和0．082,而磨损率随载荷的升高而增大,高速时的磨损率比低速时的大,结合磨损表面的扫描电子显微镜分析,给出了EMP复合材料磨损的主要过程,并据此解释了该材料的上述现象。     

车轮剥离性能试验研究

在JD-1型轮轨摩擦模拟试验机上，在赫兹接触条件下，对4种不同含碳量车轮轮箍钢的剥离和磨损性能进行了试验研究．结果表明：磨损量随含碳量的增加而减小；含碳量越高，剥离程度越严重，剥离块越大；降低含碳量，可减轻剥离的发生，但同时会增加车轮的磨损量．     

基于个性化钢轨打磨对调边轨优化研究

选陇海线1条磨损较为严重的小半径曲线下股调边轨作为研究对象,进行个性化打磨方案设计,对轮轨几何接触状态进行分析,并进行车辆-轨道多体系统动力学仿真。结果表明:打磨后调边轨面掉块、轨面光带、钢轨磨耗速率及钢轨质量指数TQI得到显著改善;通过轮轨接触几何分析可知,打磨后等效锥度及轮轨接触点均得到优化,列车运行稳定性及轮轨接触状态得到改善;通过车辆-轨道多体系统动力学仿真研究可知,打磨后1～4位车轮与调边轨接触时接触斑内磨耗功最大值、轮重减载率最大值、车体垂向/横向加速度均降低,轮轨磨耗特性、列车运行安全性及稳定性均得到改善。     

磨损试验中的切入法数据处理

本文主要介绍用M－200磨损试验机进行试验时，采用切入法对试件的磨损量进行分析处理，以比较材料的耐磨性能，并提供实用性数据。     

受电弓滑板载流磨损机理演变过程试验研究

为了研究高速弓网系统材料载流摩擦磨损行为,采用高速环-块式载流磨损试验机,研究了载流200 A、法向载荷70 N、滑动速度80~160 km/h条件下,纯碳滑板/铜合金接触线之间电弧放电现象和纯碳滑板的载流磨损特性,并用光学显微镜来观察滑板磨损表面形貌.研究结果表明:随着试验时间的增加,滑板振动和电弧放电现象逐渐加剧,电弧放电频率先增加后逐渐趋于稳定,电弧平均单次放电能量也增加,滑板磨损量缓慢增加后快速上升;当滑动速度为160 km/h时,试验时间50 min的磨损率(0.037 27 g/km)是试验时间10 min磨损率(0.013 40 g/km)的3倍;高速载流条件下,滑板磨损机理随着试验的进行发生了由轻微机械磨损到重机械磨损伴随轻微电弧侵蚀,最后转变为机械磨损和电弧侵蚀共存状态的变化.      

城市轻轨车辆通过小半径曲线时轮轨磨耗的探讨

本文针对城市轻轨车辆在通过小半径曲线时的轮轨磨耗进行了研究,指出轮轨磨耗量的大小主要决定于接触点上滑动率、接触压力和摩擦系数的大小,并提出了计算方法.计算表明:当曲线半径从50m减小到30m时,滑动率将增加27％;当半径减小到20m时,滑动率将急剧增加到60％,这意味着轮轨磨耗将要增加一倍,可见城市轻轨交通系统的最小曲线半径规定为30m比20m来得合理.最后提出了有关减少轮轨磨耗的措施.     

轮对在轨缝冲击力作用下的响应分析

利用简化的轮对振动模型进行了轮对在周期性轨缝冲击作用下的响应计算，由计算结果可以看出，轮轨冲击力随着车辆运行速度的提高在迅速增长，但是阻尼对冲击力能起到有效的抑制作用。对于速度达到１４０～１６０ｋｍ／ｈ的提速列车，甚至达到２００ｋｍ／ｈ的高速列车，当选取相对阻尼系数ζ＝０．０７左右时能得到比较理想的动力性能。     

铁道车辆运行安全评判的轮对爬轨脱轨准则

为了掌握车辆爬轨脱轨机理及主要影响因素,分析了轮对的三维空间受力,推导了轮轨横向力和垂向力比值的一般表示式,假设车轮在达到最大轮缘接触角时为脱轨的临界状态,并认为这时轮轨间出现完全摩擦滑动,导出了不考虑轮对摇头角的临界脱轨判别的二维准则与考虑轮对摇头角和轮轨蠕滑率效应的三维脱轨判别准则,给出了轮轴脱轨系数的定义,采用轮轴脱轨系数和轮重减载率进行脱轨的判别。仿真计算结果表明:二维脱轨判别准则与三维准则相比偏于保守;摇头角越小甚至变负,越有利于防止脱轨,摇头角越大,三维准则的临界脱轨曲线越接近于二维准则的;减小轮轨摩擦系数与增大轮缘角均有利于防止脱轨的发生。     

轨距杆对重载铁路小半径曲线轮轨动力学性能影响

为探明轨距杆对重载铁路小半径曲线轮轨动力学性能影响，基于车辆-轨道耦合动力学理论，分析了机车以70 km/h的运行速度通过R300 m曲线时的轮轨动态相互作用和轮轨磨耗，系统对比分析了运行速度、曲线半径和轨距杆对机车通过小半径曲线时钢轨跨中轨距动态扩大量和轮轨磨耗数，进一步研究了轨距杆的布置间距对线路横向稳定性的影响。仿真结果表明：轨距杆能够加强轨道轨距保持能力并减小曲线外侧钢轨翻转角；相比未安装轨距杆的曲线，安装了轨距杆的曲线其内侧钢轨的接触点更靠近曲线内侧；机车通过有无轨距杆的小半径曲线时的轮轨磨耗数和轨距动态扩大量均随着曲线半径减小和运行速度增大而增大；增大轨距杆布置密度可以有效增强线路轨距保持能力，当轨距杆布置间距由4个轨跨减小至3个轨跨时，轨距动态扩大量将降低36.3%。     

考虑不同轮轨耦合作用的高速列车动力学响应分析

基于多体系统动力学理论,利用多体动力学软件建立了某型高速车辆系统动力学模型,对比分析了不同轮轨耦合作用下车辆系统的振动响应,计算得到了两种轮对的非线性临界速度,并合理选取了六种典型线路工况,研究了不同轮轨耦合作用对车辆系统动力学性能的影响.结果表明:轮对弹性变形使车辆系统的非线性临界速度降低,并降低了车辆系统与无质量轨、移动质量轨耦合下的脱轨系数、轮轨横向力和轮轴横向力等动力学指标,但与柔性轨道耦合时,上述动力学指标却升高;当车辆系统与无质量轨耦合时,轮对弹性变形使车体Sperling平稳性指数在横向上最大增幅为5.3%,而在垂向上最大增幅仅为0.7%.     

驱动工况单轮对横向稳定性

为了解驱动工况下轮对横向稳定性,建立了考虑驱动力矩的简化单轮对动力学模型,针对不同轮轨的黏着特性,研究了弹性定位单轮的横向蛇行稳定性.结果表明:驱动工况下,轮对横向稳定性优于惰行工况,对于弹性定位动力单轮对,当平均蠕滑率为0.8%时,横向非线性临界速度为惰行时的1.1倍;驱动时,轮轨黏着饱和导致轮对摇头力矩减小,有利于横向稳定性,但纵向切向力增加使得横向切向力减小,对轮对横向稳定性不利.     

高速铁路曲线外轨超高智能调节

当列车高速通过曲线时,由于离心力和向心力的作用,当列车通过曲线时,固定的外轨超高不仅对列车运行速度有很大的限制,也增加了轮轨磨损,威胁到行车安全。对列车通过曲线时车体受力进行了分析,结合铁路运输设备的特点,提出了铁路曲线外轨超高智能调节方法。     

宽温域下高速轮轨界面粘着与车轮表面损伤行为

搭建了高低温服役环境轮轨滚动试验台，在实验室条件下成功再现了哈大线等高寒铁路冬季车轮表面剥落和麻点严重、夏季异常光滑的季节性损伤特征；研究了宽温域(-50 ℃~60 ℃)下高速列车轮轨界面粘着和车轮损伤行为，系统探讨了不同服役温度下轮轨滚动接触界面的粘着系数演变规律，分析了车轮表面磨损形貌和表层材料塑变行为等重要特性。研究结果表明:随着服役温度的提高，轮轨界面粘着系数总体呈下降趋势，同时，车轮表面的凹坑尺寸减小，在高温60 ℃时，凹坑特征消失，磨损表面变得较为平整；在低温-40 ℃时，车轮表面最为粗糙，算术平均粗糙度为3.74，而随着服役温度的上升，磨损表面粗糙度显著下降，在高温60 ℃时，车轮表面算术平均粗糙度较小，为0.97；随着服役温度的升高，轮轨接触界面的磨损区域内Fe元素含量与O元素含量之比逐渐减小；低温低湿环境抑制了轮轨界面的摩擦氧化作用，增强了摩擦剪切作用，加剧了车轮表面的剥落、严重的塑性变形和表面疲劳裂纹的萌生与扩展，因此，磨损表面较为粗糙；而高温环境加速了轮轨界面的摩擦氧化作用，氧化磨屑的形成一定程度上起到了固体润滑作用，从而降低了轮轨界面间的粘着，车轮表面相对光滑；磨损机制由低温(-50 ℃~-20 ℃)服役工况下的疲劳磨损逐渐转变为常温(20 ℃)工况下的磨粒磨损和氧化磨损与高温(40 ℃~60 ℃)工况下的粘着磨损。      

车轮多边形对重载机车轮轨相互作用及接触损伤的影响分析

为了研究重载机车轮轨接触损伤问题，建立重载列车-轨道三维耦合动力学模型，研究车轮多边形与多种轨面摩擦条件下的机车轮轨系统动态相互作用行为.在此基础上，建立基于轮轨系统动力学响应的车轮踏面疲劳损伤预测模型，研究制动工况和轮轨接触表面变摩擦条件下车轮多边形磨耗对车轮表面磨损的影响.结果表明：严重的车轮多边形磨耗不仅加剧轮轨动态相互作用，也会增大轮轨接触界面磨耗损伤；在干燥接触条件下，车轮多边形会加剧车轮踏面疲劳损伤，车轮多边形导致机车第1位轮对和第4位轮对的损伤指数波动范围较正常车轮损伤指数的波动范围增大19.59%和39.43%；在低黏着接触条件下，车轮多边形会加剧车轮磨耗，车轮多边形导致轮轨蠕滑力波动增大5.85倍，使得机车第1位轮对和第4位轮对的磨耗数波动范围增大6.44倍和6.22倍.     

钢轨错牙接头区轮轨接触的热弹塑性分析

为了探究钢轨错牙接头区轮轨滑动接触关系,利用有限元软件ANSYS建立了轮轨滑动接触热弹塑性二维有限元模型,分析了错牙高度、滑动速度以及常、变摩擦系数对轮轨间接触应力以及钢轨摩擦温升的影响.研究表明:轮轨间的接触应力、摩擦热、剪应力、等效应力以及等效塑性应变均随错牙高度增大而增大,错牙高度从1.6mm增加到1.8mm时剪应力、等效应力以及等效塑性应变急剧增大;轮轨接触应力等各值也随着滑动速度的增加而增大,在3m/s时存在速率突变;最大摩擦温升、剪应力、等效应力和等效塑性应变随摩擦系数的增大而增大,但轮轨接触应力则随摩擦系数的增加而减小.