道岔辙叉区磨耗车轮动力学分析及摩擦因数影响

研究磨耗车轮通过道岔辙叉区的轮轨相互作用特性及控制摩擦因数减缓轮轨磨耗的措施,以CRH2型动车组和18号高速道岔辙叉区为研究对象,基于迹线法原理,计算不同运行里程的磨耗车轮与辙叉区钢轨特征截面的接触点分布。采用UM建立车辆-道岔耦合动力学模型,结合非椭圆多点接触Kik-Piotrowski的轮轨接触算法,计算不同摩擦因数下磨耗车轮通过辙叉区的轮轨动力学变化特性及轮轨磨耗特性。研究结果表明：随着车轮磨耗加剧,岔区轮轨匹配趋向不良,接触点跳跃更为复杂、剧烈,跳跃宽度增大;车轮磨耗初期,轮轨动力学特性有所改善,车轮磨耗对横向力的影响较大;相对于标准新轮,运行里程为20.3万km的磨耗车轮通过辙叉区的轮载过渡位置延后0.134 m;减小轮轨摩擦因数会降低列车通过辙叉区的安全性和平稳性,但有利于减缓轮轨磨耗;当车轮运行里程达到20.3万km时,摩擦因数由0.55分别降低至0.45,0.35,0.25和0.15,钢轨磨耗指数分别下降6.3%,15.5%,34.0%和49.8%,钢轨润滑有利于减缓辙叉区钢轨磨耗,提高道岔区钢轨的使用寿命。     

成果信息

激光强化铁路小半径曲线及道岔钢轨部件技术激光强化铁路小半径曲线及道岔钢轨部件技术是以铁路小半径曲线及道岔区轮轨耦合关系、摩擦磨损机理、钢轨表面处理工艺及材料、设备、工装等方面的理论研究和科学试验为基础,采用金属材料激光表面强化技术,研制开发的适     

地铁曲线钢轨波浪型磨耗的测量分析

研究了钢轨波浪型磨耗(简为"波磨")的测量方法.根据该方法研制了测量仪器.应用测量仪器对某地铁曲线钢轨波磨进行了测量及分析.钢轨波磨属于短波型波磨,出现在半径小于500m的曲线内轨轨顶,也出现在道岔曲线的内轨上.该测量结果为进一步的钢轨波磨成因研究提供了关键信息.     

高速铁路道岔钢轨磨耗发展规律的试验研究

既有区间线路及道岔钢轨磨耗研究多采用仿真计算和理论分析的方法,岔区钢轨磨耗测试工作较为零散,缺乏时间上的连续性。针对此不足,以沪宁(上海—南京)城际高速铁路镇江站11#道岔作为研究对象,采用MiniProf钢轨廓形测试设备,对转辙器区特征断面尖轨和基本轨的型面及磨耗情况进行长期跟踪测试,探究高速道岔钢轨磨耗的分布和发展规律。研究结果表明:尖轨和基本轨磨耗发展呈现逐渐收敛的趋势;基本轨垂向磨耗在轮载过渡区前后较大,在轮载过渡区相对较小,直尖轨垂向磨耗比曲尖轨更严重;曲尖轨侧向磨耗明显大于直尖轨,在轮载过渡区前侧向磨耗较小,轮载过渡区侧向磨耗明显,基本轨侧向磨耗主要集中在尖轨前端及岔前区域,直基本轨侧向磨耗比曲基本轨更严重。试验结果可为磨耗仿真研究提供试验验证,同时可为高速道岔的养护维修提供科学指导。     

重载道岔轨底坡设置研究

轨底坡作为道岔的主要参数,直接影响钢轨使用寿命,结合30 t轴重重载道岔研究需要,对轨底坡进行系统研究。针对重载线路道岔鱼鳞纹、掉块、肥边等病害,运用车辆轨道耦合动力学理论,对25 t轴重货车通过不同轨底坡道岔时的动力响应进行分析。结果表明:轨底坡增加,横向轮轨力、接触应力和安全指标,导曲线上股钢轨磨耗功都有不同程度的降低,长期观测结果显示,采用1∶20轨道坡的试验道岔,导曲线钢轨光带居中,未见伤损。     

京沪高速铁路廊坊站道岔打磨验收标准的分析及应用

钢轨打磨作为铁路工务部门在线路养护维修中的一种重要方法已经在我国得到广泛的应用。采用新型打磨设备和检测仪器对廊坊站高速道岔进行打磨和检测,并分析原铁道部颁布的验收标准和德国铁路验收标准,从钢轨波形磨耗、钢轨廓形、钢轨表面粗糙度和外观这几方面进行验收。实践表明,钢轨打磨后道岔动力学指标得到明显改善,轴向加速度、减载率峰值明显下降,延长了道岔钢轨的使用寿命。     

轮轨润滑对高速道岔曲尖轨磨耗的影响研究

研究目的:为研究轮轨摩擦系数匹配对曲尖轨磨耗的影响,本文以18号高速道岔为例,结合车辆-道岔耦合动力学仿真计算,研究不同轮轨摩擦系数匹配下,车辆通过转辙器部分时的系统动力响应和轮轨磨耗特性,以期在保证车辆安全通过道岔的前提下,为降低曲尖轨磨耗、延长曲尖轨使用寿命,提供合理的轮轨摩擦控制方案。研究结论:(1)轮轨摩擦控制能有效减缓曲尖轨磨耗,两侧轮轨摩擦系数由0. 4降低到0. 1～0. 25,则钢轨侧磨将减小45%～76%;(2)相比于单侧轮轨润滑,双侧轮轨润滑下,曲尖轨侧磨降低可达40%;(3)轮轨摩擦控制对行车舒适性几乎没有影响,但当轮轨摩擦系数较低时,脱轨系数为0. 65,接近安全限值0. 8;(4)建议对服役道岔转辙器部分两侧钢轨进行润滑,保证基本轨侧摩擦系数不大于尖轨侧,以减缓曲尖轨磨耗,延长曲尖轨使用寿命。     

面向大数据分析的道岔轨件磨耗统计方法

道岔尖轨、辙叉等轨件的特征断面与区间钢轨的特征断面有明显区别，依据传统的轨件垂直磨耗和侧面磨耗统计方法很难全面地反映全轨头断面的磨耗情况。为解决这一问题，本文提出了径向磨耗的概念，即沿钢轨轨头设计廓形法向的磨耗。通过计算径向磨耗，可得到钢轨轨头各个位置的磨耗量；利用动力学分析结果，分析廓形改变与伤损之间的联系；计算问题轨件的径向磨耗，绘制径向磨耗图并总结其特点，可有效、直观地把理论与现场使用情况联系起来。未来在大数据采集基础上，可利用径向磨耗图对道岔区轨件养护维修提供指导意见。     

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。     

大秦铁路重载钢轨踏面摩擦控制试验

介绍摩擦控制技术在大秦线铁路试验情况。论述和分析涂覆方式及涂覆量、试验曲线钢轨与非试验钢轨表面接触疲劳和磨损对比、试验曲线钢轨与历史情况对比、轮轨冲击加速度测量和有效涂覆距离。试验结果表明,重载铁路实施钢轨踏面摩擦控制可延缓疲劳裂纹萌生和扩展,减少踏面碾压变形和磨耗,减少轮轨冲击负荷和降低轮轨接触应力。     

基于轮轨动力学的道岔尖轨切削方式选型研究

为给不同号码道岔选取合适的尖轨切削方式,以获得较好的行车性能和钢轨磨耗性能,基于轮轨系统动力学建立车辆-转辙器动力耦合模型,分别以18号和42号道岔转辙器为例分析5种尖轨切削方式下轮轨系统的动力响应及钢轨磨耗情况,对影响磨耗指数的相关因素进行计算。结果表明:从动力学角度对各种尖轨切削方式进行评判,可以为尖轨选型提供准确合理的指导;号码较小的18号道岔选择切线型及半切线型尖轨时使用性能较优,钢轨磨耗程度低,相离半切线型尖轨粗壮度大,也可作为主要线型之一;号码较大的42号道岔以半切线型尖轨适用性较强;计算运营中道岔转辙器动力性能时需考虑几何不平顺等因素的影响。     

客货混运线路重载运输条件下钢轨适应性分析及强化措施

为解决大包铁路客货混运重载运输条件下钢轨长期适应性问题,从钢轨疲劳伤损、曲线钢轨磨耗和钢轨接头伤损方面进行论述和分析。根据现场调研及动态测试结果,提出大包铁路提升钢轨等级、强化小半径曲线、道岔等特殊区段轨道结构等强化措施;建议新建列车轴重25 t及以上的线路应铺设75 kg/m钢轨或60 kg/m及以上高纯度钢轨,并铺设跨区间无缝线路,按《铁路线路修理规则》规定的修理周期进行大型机械养护维修作业。     

我国主型12号道岔动力学特性分析

对我国主型12号道岔进行动力学测试发现,空车通过道岔侧向时脱轨系数超过限值要求。为此实测钢轨型面,对其轮轨接触特征进行分析,发现磨耗后的道岔下股钢轨轨顶呈明显扁平状,轮轨接触点向车轮踏面外侧转移,使得轮径差减小;上股钢轨轨肩磨耗明显,形成两点接触,减小了导向力矩;双重因素作用下降低了道岔侧向通过性能。优化轮轨关系是改善道岔区动力学性能的有效途径,结合道岔区实际运营状态,提出一种适用于道岔区的钢轨打磨廓形,优化了道岔区轮轨接触参数。动力学计算结果表明:钢轨打磨廓形可有效改善轮轨相互作用特性,明显降低车辆通过道岔侧向时的动力学指标,提高道岔区安全运营裕量。     

钢轨磨耗对道岔区车辆动态脱轨行为影响分析

小号码道岔区钢轨磨耗严重,易诱发车辆爬轨掉道,严重影响车辆的正常运行和轨道养护维修。基于多体系统动力学理论,建立货运列车-6号对称道岔动态脱轨仿真计算模型,通过在车体重心施加横向力和抗侧滚力矩以实现车辆爬轨脱轨,模型考虑了轴箱及斜楔等部位的非线性特性。为研究道岔钢轨磨耗对车辆动态脱轨机理的影响,对道岔钢轨廓形进行跟踪测试,将实测廓形输入到动力学软件中,对比研究标准廓形和不同磨耗程度廓形对列车动态脱轨行为的影响,揭示动态脱轨临界状态下列车在岔区的脱轨轨迹、运动姿态、脱轨系数和车轮抬升量等关键指标的变化规律。研究结果表明：随着磨耗程度的加剧,车辆导向轮掉道位置距尖轨尖端越近;仿真结果的车轮爬轨位置、掉道位置和脱轨轨迹与现场调研结果较为一致;车辆更容易在磨耗道岔钢轨上发生爬轨脱轨,作用在车体上的横向力降低了20%。     

重载铁路曲线上钢轨磨耗和剥离原因及整治措施

朔黄铁路自开行重载列车以来,部分平纵断面复杂的路段尤其是曲线地段,钢轨伤损情况日趋严重,集中表现为侧面磨耗、剥离掉块、轨头压宽及波纹磨耗等。通过对曲线地段钢轨病害的现场调查与观测,从轮轨接触应力与钢轨轨底坡的变化、钢轨磨耗的机理及现有养护维修方法存在的问题等方面对曲线地段钢轨磨耗和剥离掉块的原因进行了分析,并结合朔黄铁路设备实际情况,提出了朔黄铁路钢轨磨耗和剥离整治措施。     

研发曲线侧磨钢轨铝热焊接新型工艺

<正>杭甬高铁线路使用U71M钢轨其强度等级为880MPa,轨顶面硬度260～300 HB,有较好的韧、塑性,焊接性优良。U71Mn钢轨为高速铁路用钢轨,铺设线路时采用长轨条闪光焊接方法,道岔采用现场铝热焊接技术。开通6年来,部分道岔基本轨、尖轨出现疲劳伤损达到维修周期。道岔维修一般采用更换伤损钢轨的方案,利用现场铝热焊接技术。但是无砟轨道施工难度大,质量要求高,更换曲线(曲尖轨及导轨)标准钢轨与磨耗轨焊接尤为困     

京包线小半径曲线钢轨减磨技术

对京包线钢轨侧面磨耗进行现场观测,结合车辆通过曲线时的受力情况,分析在该线路上由于轨道结构、车体运行及人为因素引起曲线上股钢轨磨耗的成因。针对该段曲线磨耗特点提出了减少小半径曲线上股钢轨侧面磨耗的一些措施。     

60N钢轨18号无砟道岔的运用研究

60N钢轨18号无砟道岔在京沈客运专线喀左站进行了试铺,通过预打磨试验、联调联试道岔动力学性能测试及开通后服役性能分析,验证其在高速条件下的适应性。结果表明:60N钢轨道岔可实现与区间60N钢轨的匹配,与60 kg/m钢轨18号无砟道岔预打磨相比减少打磨工作量60%以上,打磨质量更容易保证;综合检测列车以不同速度通过60N钢轨18号无砟道岔时,安全性、平稳性、舒适性和道岔结构动力学等指标均满足列车运行要求。与60 kg/m钢轨18号无砟道岔列车动力学性能测试结果对比表明,构架脱轨系数和轮轨横向力峰值有所降低,其他动力学指标基本相当;60N钢轨18号无砟道岔服役性能试验结果表明,钢轨服役性能良好,无明显磨耗及伤损情况产生。     

采用PQ监测转向架以预测钢轨侧面与轮缘磨耗

车轮轮缘部与钢轨的摩擦状态明显对车辆的运行安全性,还有对钢轨侧面及轮缘的磨耗都有较大的影响。文章介绍从车上定性地把握与钢轨侧面磨耗及轮缘磨耗有关的轮缘与钢轨间的润滑状态的方法,运用本方法预测轮缘磨耗与钢轨侧面磨耗,并与实际状态作了比较,验证了本方法的有效性。在考虑钢轨润滑状态的条件下,对钢轨侧面磨耗与轮缘磨耗的维修方法(CBM-状态修)提出了建议。     

基于轮轨法向间隙的道岔钢轨廓形优化方法

针对道岔转辙器区钢轨容易出现磨耗和滚动接触疲劳的问题,根据轮轨接触理论,以轮轨法向间隙最小为目标对道岔区钢轨廓形进行优化,获得了钢轨打磨的目标廓形。优化结果表明:优化后的轮轨界面之间有较好的共形特征,能有效降低轮轨接触应力,从而降低轮轨磨耗和滚动接触疲劳损伤,且优化后的轮轨接触点分布更加均匀。