地铁不同曲线半径下钢轨磨耗发展特性

通过建立车辆-轨道耦合动力学模型和Archard磨耗模型,计算不同曲线半径线路钢轨磨耗的分布范围和发展程度,并研究了钢轨磨耗与曲线半径的关系。结果表明:外轨磨耗主要分布于轨头中部和轨肩区域,其中轨肩区域磨耗较大;内轨磨耗主要分布于轨头中部区域。相同型面输出次数下,外轨磨耗峰值均大于内轨,且外轨倾向于发生侧面磨耗,内轨主要发生轨顶磨耗。随着曲线半径增大,外轨磨耗幅值呈增大趋势且磨耗位置由轨肩区域逐渐向轨头中央移动,而内轨磨耗幅值逐渐减小且磨耗分布范围相对集中。曲线半径越大,外轨越不容易发生侧磨现象,磨耗主要发生在轨顶区域且磨耗量较大;曲线半径的变化对内轨磨耗影响较小。     

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。     

重载铁路曲线几何参数对钢轨磨耗影响的研究

重载线路小半径曲线外股钢轨侧磨速率明显加快.采用仿真计算结合现场测试,分析我国重载铁路轨道几何参数(超高和轨底坡)对曲线钢轨磨耗速率的影响规律.采用多体动力学软件 NUCARS 建立我国重载货车—轨道模型,改变超高和轨底坡两项轨道几何参数,采用数值积分方法仿真计算车辆通过曲线的性能.分析结果表明,设置合理的曲线欠超高和非对称的轨底坡可改善车辆通过曲线时的轮轨接触状态,降低了轮对冲角、外轨横向力和磨耗指数,从而在一定程度上减小钢轨磨耗速率.现场试验段长期观测的数据表明,两种措施对改善小半径曲线钢轨侧磨起到积极的作用.     

高速铁路钢轨型面变化的跟踪观测及仿真分析

对沪宁城际铁路某曲线段设立跟踪试验观测段,研究其钢轨型面的发展变化规律.观测数据统计分析表明,钢轨型面状态保养良好,且型面变化较缓慢,一年的平均最大磨耗量仅为0.34mm;内外轨磨耗区域主要集中在轨顶中心附近,外轨磨耗量略大于内轨.此外,利用所测钢轨型面数据,完成了轮轨接触状态的仿真分析,与现场观测基本吻合,从而验证了理论分析方法的可靠性,为深化高速铁路钢轨型面变化分析及其养修对策的制定提供了可资借鉴的理论依据.     

重载铁路高密度行车条件下轨温变化规律试验研究

通过轨温变化现场测试研究重载铁路高密度行车条件下直线和曲线地段轨温变化规律。试验结果表明:重载列车经过时,钢轨的温度由于受到列车风作用先降低,经过一定时间后升高;钢轨温度增加幅度自轨头、轨腰至轨底依次减小;大气温度不同列车通过时轨温变化也有所差异;列车通过直线段和曲线段的轨温变化趋势基本相同,但是曲线段钢轨的温度要比直线段钢轨温度高2℃左右。     

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。     

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。     

小半径曲线钢轨型面优化对车辆动力学性能的影响研究

钢轨磨耗和滚动接触疲劳等病害会缩短钢轨使用寿命,增加铁路养护成本,甚至会威胁行车安全。为探究钢轨型面优化对车辆动力学性能的影响,建立机车、客车、货车3种车辆动力学模型,对国内某段小半径曲线钢轨型面进行优化设计,基于最小距离搜索法程序比较其轮轨接触关系,运用Simpack软件分析车辆动力学性能的变化。计算结果表明,钢轨型面进行优化后曲线上股接触范围由47 mm减小至28 mm,同时在轨距角处的接触概率明显减少,从而使钢轨侧磨明显减轻,钢轨型面优化后曲线下股轮轨接触点都集中在轨顶,避免钢轨出现满光带现象;钢轨型面优化后,外轨横向力降低3.3%～21.1%,轮轴横向力降低6.9%～21.9%,但轮轨垂向力的变化不明显;钢轨型面优化能减小机车车辆轮重减载率、脱轨系数和磨耗功率,有利于提高列车运行安全性。     

曲线区段磨耗后轮轨型面匹配分析

车轮与钢轨在运用中相互作用引起磨耗,在曲线区段轮轨磨耗尤为严重。本文以大量现场检修数据为基础,经过统计整理,得出机车轮缘及曲线区段钢轨型面磨耗演变规律。基于现场实测轮轨型面数据,建立了有限元模型,对曲线区段磨耗后车轮及钢轨进行弹塑性接触计算,有限元计算结果与现场检修数据相互验证。经过分析可得:机车车轮磨耗按轮缘磨耗速率不同可分为5个阶段,其中第3个阶段磨耗速率最低;圆曲线区段钢轨磨耗稳定期型面与磨耗后车轮型面接触性能最好,根据接触斑的变化可以得出曲线区段钢轨磨耗后型面演变规律。     

铁路小半径曲线外轨侧磨影响因素分析

随着铁路运营向高密度和重载方向飞速发展,钢轨磨耗问题日益突出,严重影响铁路运营安全,增加运营成本。依托石太线对小半径曲线外轨侧面磨耗影响因素进行研究,分析小半径曲线五大主点外轨侧磨规律,采用广义控制变量法等统计方法分析钢轨使用年限、曲线顺坡率对外轨侧磨的影响。研究结果表明:圆曲线段侧磨更为严重,缓和曲线段侧磨发展速率更快;外轨侧磨在新轨使用4~5个月后基本呈线性增长,并随顺坡率的增大先减小后增大,变化趋势呈抛物线型。     

重载铁路钢轨技术的研究

为满足重载铁路发展的需要,对钢轨和道岔用轨进行持续不断的研究,并取得一些阶段性成果：采用钢轨预打磨和设计新的轨头廓形,使轮轨在轨头踏面中心区域接触,或形成共形接触,可有效降低轮轨接触应力;高强耐磨新钢种钢轨和道岔用轨的研制和应用、钢轨焊接技术的优化、打磨技术的科学应用,可显著提高钢轨和道岔用轨的耐磨、抗疲劳性能,大幅提高钢轨的使用寿命、延长换轨大修周期。     

奥地利研究弹性元件对曲线区段钢轨磨损的影响

奥地利铁路线存在大量250～300m的小半径曲线，并伴有严重的钢轨磨损现象。为解决曲线外轨轨头的磨耗问题，奥地利铁路重点研究了弹性元件对曲线线路钢轨磨损的影响。研究包括改用R350HT材质钢轨（使磨损率降低），改进扣件扣着力以改变钢轨承受的侧向力，改用轨枕弹性垫板以减缓轨底对轨枕的冲击破坏。     

高速铁路钢轨型面变化观测及分析

对沪宁城际铁路上行K190₊₆₆₄-K191₊₃₈₀曲线跟踪观测,研究其钢轨型面的变化规律。观测数据统计分析表明,其一年的平均最大磨耗量仅为0.34mm,内外轨磨耗区域主要集中在轨顶中心附近,外轨磨耗量略大于内轨。根据所测钢轨型面数据,结合现场观测情况,验证理论分析方法的可靠性,为深化高速铁路钢轨型面变化分析及其养修对策的制定提供可资借鉴的理论依据。     

30 t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究

论述国外重载铁路钢轨技术体系及标准,分析我国重载铁路钢轨使用现状,开展30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究.针对轨型/单重研究、轨头廓形优化及新廓形75N钢轨的研发、重载铁路用新钢种钢轨研究、维修养护策略研究、30t轴重钢轨的选用、重载铁路钢轨标准研究进行分析,提出30t轴重铁路钢轨使用单重75 kg/m钢轨,直线铺设钢轨强度等级为980 MPa或1080 MPa,曲线铺设钢轨强度等级为1300MPa及以上;钢轨廓形选用新廓形75N钢轨廓面.建议设置试验段,对技术体系进行试验验证.     

重载汽车荷载下平交道口的钢轨伤损分析

针对目前在厂矿铁路外围平交道口中走行轨轨腰处和轨头下颚的裂纹,建立平交道口中走行轨及其横向支撑的有限元模型,分析了不同横向支撑条件(无支撑、倒放钢轨连续支撑、倒放钢轨间断支撑、连续刚度支撑、间断点弹簧支撑)下荷载冲击处钢轨断面内从轨腰底部至轨头下颚处的应力和位移。研究结果表明:在重载汽车冲击作用下,若走行轨的横向支撑刚度不足或横向支撑未顶实,则导致走行轨的轨腰处垂向应力过大,出现裂纹,在荷载反复作用下裂纹沿走行轨线路纵向发展,且走行轨的轨头最大横向位移为2.4 mm,危及行车安全;在直线地段的平交道口,采用倒放钢轨连续支撑走行轨效果较好;在曲线地段的平交道口地段,建议采用刚度为50~100 k N/mm的连续横向支撑材料代替倒放钢轨。     

地铁车辆轮轨型面匹配及其对接触应力的影响

为了改善地铁车轮出现的异常磨耗问题,对上海地铁3号线车辆车轮踏面DIN5573出现的磨耗进行测试,获得2种磨耗车轮踏面。在SIMPACK软件中建立了地铁车辆动力学仿真模型,计算得到未磨耗、凹形磨耗、沟槽状磨耗3种车轮踏面与TB60,60N钢轨型面匹配时轮对横移量,将其输入到用ABAQUS软件建立的轮轨三维弹塑性有限元模型,分析不同轮轨型面匹配对接触应力的影响。结果表明:3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨接触点均匀分布在轨顶和车轮踏面中部,等效锥度基本稳定;在半径350 m的曲线上,与TB60钢轨型面匹配相比,3种车轮踏面与60N钢轨型面匹配时轮轨最大接触应力最多减小384.9 MPa,钢轨、车轮最大Mises应力最大减幅分别为40%,35%。城市轨道交通小半径曲线地段较多,采用60N钢轨型面可以明显降低曲线外股的接触应力,减少轮缘磨耗和钢轨侧磨,从而降低钢轨疲劳伤损。     

磨耗状态下机车车轮与曲线钢轨的接触分析

利用轮轨型面测量仪现场实测SS4型机车JM3磨耗型车轮踏面和干线铁路曲线段不同位置的钢轨型面。选取典型轮轨型面,建立三维弹塑性接触有限元模型,利用有限元软件Marc计算两种车轮在不同位置处与钢轨的接触状态。分析结果表明:同一段曲线上不同曲率钢轨的磨耗量和磨耗区域有较大差异;在相同外载荷条件下,与标准车轮相比,磨耗车轮与实测钢轨的接触斑面积较大,轮轨型面匹配较好,接触状况得到改善;针对线路上大量磨耗状态车轮,曲线钢轨型面应以磨耗状态车轮型面为参考对象进行设计,而不是标准车轮型面。     

基于三维动态有限元模型的轮轨磨耗数值分析

提出基于三维动态有限元模型的轮轨形面磨耗的数值预测方法,应用非线性有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,对轮轨滚动接触过程中的磨耗问题进行数值仿真研究。分析中,轮、轨材料采用双线性的弹塑性本构模型,联合使用有限元隐式（静态）和显式（瞬态）求解方法模拟轮轨瞬态滚动接触过程;采用基于微面积的Archards磨耗模型的积分形式,对轮轨材料的滚动磨损进行计算;用基于三次样条插值函数的曲线光滑技术,对磨耗过程的磨损量分布进行光滑化处理,再根据光滑化后的磨损分布来更新轮轨形面;用Laplace网格光滑技术对车轮踏面和轨轮轨头内部的有限元网格进行光滑化处理。以以往轮轨试验为实例对数值分析模型和方法进行了验证,试验结果与数值分析结果具有良好的一致性。     

改善轮轨接触状态的重载车轮型面优化研究

基于轮轨接触几何关系,以轮径差函数为设计目标,对重载线路75kg/m钢轨型面进行逆向求解,优化出满足轮径差函数的重载车轮型面;对优化前后重载车轮踏面的静态接触、动力学性能和基于磨耗数的车轮损伤函数进行了对比。结果表明:优化后重载车轮踏面与75kg/m钢轨匹配时,轮轨间接触点分布更加合理,接触斑最大正压力有所降低,具有更好的曲线通过性能;优化后的车轮踏面在高低轨呈现出更小的损伤值,可有效降低轮轨磨耗与裂纹损伤。     

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。