大秦线钢轨侧磨原则分析及减磨措施

简要叙述了钢轨侧磨的机理，重点分析了列车牵引重量、轴重和曲线半径对侧磨的影响，认为大秦线上钢轨减磨的对策应当是在加强轨道养护的基础上逐步配套强化轨道结构。     

60kg／m侧磨钢轨疲劳试验研究

对６０ｋｇ／ｍ侧磨钢轨进行了疲劳试验研究,得到侧磨量与疲劳寿命及疲劳应力与疲劳寿命两个回归方程,为控制调边钢轨下道提出了理论依据。     

曲线钢轨不均匀侧磨成因分析

本文对现场测得的曲线钢轨侧磨数据进行三次样条函数拟合，并用数字信号处理方法对采样数据进行处理、分析，求得钢轨侧磨不均匀程度系数（ｒｗ）及其频谱分布图。据此确定最大侧磨点间距，为分析引起侧磨不均匀的因素提供了方法，并提出一些减缓不均匀侧磨的措施。     

钢轨波磨研究进展

为了解轨道车辆运营中普遍存在的钢轨波磨问题,分析了钢轨波磨的形成机理,阐述了钢轨波磨对车辆-轨道系统动力学性能的影响,综述了常见的钢轨波磨检测、监测与抑制方法,并展望了钢轨波磨的研究方向。研究结果表明：车辆-轨道系统耦合振动、轮轨反馈振动、轮轨自激振动和轮轨接触振动是形成钢轨波磨的主因,车辆-轨道结构、线路运营条件、轮轨材料、钢轨型面和车轮踏面轮廓等多方面因素相互耦合作用亦会引起钢轨波磨;重载、高速铁路和地铁钢轨波磨会影响车辆-轨道系统动力学性能和车辆与轨道零部件寿命,也会影响扣件、钢轨、轨枕、轨道板(道砟)和轴箱等零部件的振动特性,各零部件的阻尼、刚度等物理参数与运行条件不匹配时也会造成钢轨波磨,列车长时间运行在钢轨波磨路段时会导致车辆-轨道结构产生强烈共振,造成严重疲劳损伤,影响行车安全;检测与监测是研究和发现钢轨波磨的重要辅助手段,抑制钢轨波磨主要通过改善轮轨接触关系、钢轨打磨、提高钢轨表面材料硬度、添加相关摩擦调节剂和轮轨润滑剂、使用钢轨吸振器技术、优化轮轨系统结构以及调整列车运营规定等措施来实现;目前,钢轨打磨仍是消除和减轻钢轨波磨最直接、最有效和最经济的措施,应提升并改善钢轨打磨技术。     

钢轨磨耗型波磨计算模型与数值方法

分析了国内外铁路钢轨波浪形磨损理论模型, 提出了车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型, 发展了相应的数值方法。模型中车辆结构和轨道下部结构被简化成等效的质量、弹簧和阻尼系统, 钢轨用Euler梁代替, 并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形, 利用修改的Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和摩擦功, 假设材料单位面积磨损量正比于轮轨接触面摩擦功密度。利用该模型和相应的数值方法分析了几个磨耗型波磨情况, 结果表明该模型可以模拟轨道多种缺陷(轨缝、扁疤、凹坑、轨枕间距、随机不平顺等因素)引发的钢轨磨耗型初始波磨和发展规律, 可以模拟由于钢轨在机械加工或打磨过程中形成的初始波磨的演化过程, 可以通过改善轨道特性来消除或减少波磨的发生和发展。     

轮轨接触应力与钢轨波磨分析

根据轮轨滚动接触中钢轨循环加载塑性累积和材料的Ratcheting效应，应用强化材料模型对钢轨内部的残余应力和累积变形进行了数值分析。分析结果表明钢轨材料的Ratcheting效应和轮轨接触应力的波动是钢轨表面剥离与压溃形波波磨产生的重要原因。     

大秦线钢轨侧磨原因分析及减磨措施

简要叙述了钢轨侧磨的机理,重点分析了列车牵引重量、轴重和曲线半径对侧磨的影响,认为大秦线上钢轨减磨的对策应当是在加强轨道养护的基础上逐步配套强化轨道结构。      

地铁车辆曲线区段轮轨接触的有限元分析

建立了地铁车辆车轮与曲线区段钢轨接触的有限元模型,应用有限元参数二次规划法分析这一三维轮轨接触问题．对不同轴重和横向力作用下的轮轨接触模型分别进行计算,得出了大量的轮轨接触应力的分布及变化规律．这些计算结果将有助于找到缓解钢轨侧磨的方法．     

钢轨接头应力的有限元分析

利用有限元软件ANSYS建立了钢轨接头的三维计算模型,分析了螺栓转矩变化对接头区钢轨应力、接头夹板应力和螺栓应力的影响.结果表明,对于一般接头,螺栓转矩不应超过600～700N·m;对于"冻结"接头,螺栓转矩的合理范围为900～1000N·m.     

龙门起重机金属结构强度有限元计算分析

对起重机金属结构进行有限元分析,得到各种工况下最大应力值,与材料的容许应力值比较,从而对其安全性作出评价,并为设计类起重机提出合理建议.     

以减小外轨侧磨为目标的超高计算方法的探讨

针对我国小半径曲线地段外轨侧磨目益严重这一现状，笔者在前期研究工作的基础上给出了外轨侧磨和超高关系的数学模型，进而提出了以减小外轨侧磨为准则的超高计算办法的理论框架。     

地铁钢轨波磨对车辆和轨道动态行为的影响

采用钢轨波磨测量仪测量了钢轨波磨特征, 采用加速度和位移传感器测量了钢轨打磨前后车辆和轨道零部件的振动加速度, 分析了钢轨波磨对车辆和轨道零部件振动的影响, 建立了车辆-轨道耦合动力学模型, 研究了钢轨波磨对轮轨相互作用力的影响, 确定了钢轨打磨限值。研究结果表明: 钢轨波磨主波长为30~40 mm, 次波长为16 mm; 钢轨轨头和弹条在650~800 Hz的振动和轴箱在670~800 Hz的振动与30~40 mm波长对应的车辆通过振动行为一致, 因此, 短波钢轨波磨导致地铁车辆和轨道零部件振动过大, 是车辆一系钢弹簧和轨道扣件弹条疲劳断裂的主要原因; 钢轨打磨可以有效解决疲劳断裂问题, 打磨前钢轨轨头、弹条、轨枕和道床振动加速度均方根分别为243.4、309.3、17.1、2.6 m·s^-2, 打磨后振动加速度均方根下降为51.5、8.8、1.5、0.5 m·s^-2; 轮轨垂向力和横向力均对钢轨波磨波长非常敏感, 当钢轨波磨波深为0.1 mm时, 35、80 mm波长对应的轮轨垂向力分别为307、109 kN, 横向力分别为56、25 kN; 当车辆运营速度为90~120 km·h^-1时, 根据轮重减载率限值标准, 35 mm波长钢轨波磨波深为0.05~0.08 mm, 根据轮轨垂向力限值标准, 35 mm波长钢轨波磨波深为0.03~0.06 mm, 建议30~40 mm短波钢轨波磨波深达到0.05 mm时进行打磨处理。     

钢轨波磨预测模型验证工况的研究

钢轨波磨会降低乘坐舒适性,增大轨道结构伤损,甚至影响列车的安全运行. 为判断钢轨波磨预测模型的准确性,首先,基于钢轨波磨现场调研数据,统计地铁线路和干线铁路的钢轨波磨发生率;其次,针对现有钢轨波磨预测模型验证方法的局限性,同时结合钢轨波磨发生的规律性,提出预测模型验证的3种基本工况:线路曲线半径≤350 m时的内轨波磨和外轨波磨、曲线半径 ≥ 650 m时的非科隆蛋扣件曲线线路或者直线线路钢轨的波磨,并进行实例验证;最后,根据基于轮轨蠕滑力饱和情况,提出了一种快速预测钢轨波磨发生的新方法. 研究结果表明:现有的波磨预测模型验证工况缺乏一般性,大部分没有考虑线路曲线半径的影响,忽视了从新轨到波磨出现阶段的钢轨振动演变规律,造成通过验证的波磨预测模型预测准确率偏低;所提出的波磨快速预测方法准确率可达到85.00%.      

高速列车制动区段钢轨波磨抑制方法

为研究高速列车制动区段制动结构/轨道结构对轮对-轨道-制动系统摩擦自激振动的影响,首先,结合现场调研,建立CRH3高速列车轮对-轨道-制动系统有限元模型;然后,采用复特征值法研究考虑轮轨粘滑和制动滚滑作用下的轮对-轨道-制动系统的摩擦自激振动特性;进而探究制动结构中表面织构对整个系统摩擦自激振动特性的影响;最后,对轨道结构中扣件参数进行参数化分析,并采用最小二乘法和粒子群算法求得抑制钢轨波磨的扣件参数的最优解. 研究结果表明：高速列车在制动区段时,轮轨粘滑和制动滚滑作用导致的轮对-轨道-制动系统摩擦自激振动的主要频率为526.75 Hz,与现场波磨特征频率接近,说明轮对-轨道-制动系统的摩擦自激振动可能是该区段钢轨波磨的主要诱因;采用具有表面织构的闸片或制动盘能有效抑制制动区段的钢轨波磨,其中沟槽型闸片的抑制效果最佳;当扣件的垂向刚度为65.5 MN/m,横向刚度为46.0 MN/m,垂向阻尼为84.0 kN·s/m和横向阻尼为23.5 kN·s/m时,可以抑制高速列车制动区段的钢轨波磨.     

钢轨铣磨车60D廓形刀盘设计和验证研究

钢轨铣磨是一种有效修复钢轨廓形、消除轨面伤损的作业方法.铣磨对钢轨廓形的修复是通过将刀粒根据目标钢轨廓形排列在刀盘上,再由铣磨车驱动刀盘沿轨面纵向铣削来实现的.钢轨铣磨的廓形依赖于铣磨刀盘上刀粒的排列布局.根据逆向工程设计原理,采用3D扫描技术还原铣磨车刀盘及其刀粒组合特征;结合钢轨打磨60D设计廓形对刀粒在刀盘上的布...     

短轨枕区段钢轨吸振器对钢轨波磨抑制机理的研究

钢轨波磨是地铁轨道中最显著的损伤问题之一,迄今未能得到有效解决,其中钢轨吸振器对钢轨波磨具有良好的抑制作用,但其抑制机理尚不明确。根据重庆地铁1号线双碑—石井坡区间的现场调研结果,建立了短轨枕支撑小半径曲线的车辆-轨道系统动力学模型,分析了地铁车辆通过小半径曲线区段的动力学特性;结合现场测试和动力学分析结果,基于轮轨系统摩擦自激振动诱导钢轨波磨的观点,建立了轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型;采用复特征值法和瞬时动态法从频域和时域角度分析了钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制机理,对比了轨底吸振器和轨腰吸振器的抑制作用,分析了钢轨吸振器关键参数对钢轨波磨的影响规律。研究结果显示：钢轨吸振器能有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动,进而抑制钢轨波磨的产生与发展,轨底吸振器与轨腰吸振器对钢轨波磨的抑制效果相近;同时在一定范围内增加了钢轨吸振器的质量比和连接刚度能降低轮对-钢轨-吸振器系统发生摩擦自激振动的可能性。     

缩尺轮轨模型中钢轨波磨的相似性

为了研究地铁小半径曲线线路的钢轨波磨现象,基于轮轨间饱和蠕滑力引起摩擦自激振动导致钢轨波磨的理论,对全尺寸和缩尺轮轨模型的相似性进行了研究.分别建立1∶1和1∶5车辆-轨道系统的动力学模型,确定每个车辆模型在通过小半径曲线线路时前转向架导向轮对与轨道间的蠕滑力饱和情况;根据动力学仿真所得轮轨接触参数,建立轮对-轨道-轨枕有限元模型;采用复特征值分析研究各个轮轨系统的稳定性.研究结果表明:全尺寸和缩尺车辆模型分别通过小半径曲线线路时,导向轮对内外车轮上的蠕滑力均接近饱和;轮对两端垂向悬挂力的偏差小于3%,轮轨接触角的偏差小于5%;相似不稳定振动模态对应的频率偏差均小于3%;缩尺轮轨模型在动力学表现及稳定性方面与全尺寸模型具有良好的相似性,故可用缩尺模型对钢轨波磨的形成机理进行理论与试验研究.     

科隆蛋扣件区段钢轨吸振器抑制钢轨波磨的机理

开展了重庆地铁1号线钢轨波磨的现场调研,建立了科隆蛋扣件小半径曲线区段车辆-轨道系统的动力学模型,研究了导向轮对通过该区段时的动力学特性;基于轮轨系统摩擦自激振动理论建立了相应区段轮对-钢轨-吸振器系统的有限元模型,应用复特征值法和瞬时动态法研究了钢轨波磨的形成机理和钢轨吸振器的抑制机理;采用控制变量法探究了钢轨吸振器连接参数和安装方式对钢轨波磨的影响规律。研究结果表明：科隆蛋扣件小半径曲线区段导向轮对与钢轨间的蠕滑力趋于饱和,容易引起轮轨系统发生频率为477.65 Hz的摩擦自激振动,从而导致低轨表面形成30~40 mm的钢轨波磨;安装钢轨吸振器能有效降低轮轨系统对应频率下的摩擦自激振动,进而抑制科隆蛋扣件小半径曲线区段钢轨波磨的产生;在一定范围内增大钢轨吸振器的连接刚度和连接阻尼,或改变钢轨吸振器的安装方式均有助于减小轮轨系统的摩擦自激振动,从而抑制波磨的产生和发展;当钢轨吸振器横向连接刚度和阻尼分别为60 MN·m^-1和50 kN·s·m^-1,纵向连接刚度和阻尼分别为60 MN·m^-1和50 kN·s·m^-1,垂向连接刚度和阻尼分别为120 MN·m^-1和100 kN·s·m^-1,并且钢轨吸振器连续安装在钢轨轨腰两侧,轮轨系统发生摩擦自激振动的可能性最小。