高速铁路钢轨波磨对弹条疲劳寿命的影响

为研究高速铁路钢轨波磨对扣件弹条寿命的影响，建立了车辆-轨道耦合动力学模型、扣件弹条瞬态有限元模型、扣件弹条疲劳寿命预测模型，仿真计算了列车高速通过波磨波长60～160 mm、波深20～160μm的钢轨波磨区段时扣件弹条的动态响应及疲劳寿命。结果表明：列车通过波磨钢轨时，钢轨对扣件的作用力及钢轨垂向位移变化曲线均发生明显的高频波动，其波动频率与钢轨波磨引起的激励频率一致，导致弹条动应力大幅增加；当波磨波深相同、波长在80 mm和130 mm时，波磨通过频率与扣件弹条固有频率接近，从而产生共振，导致扣件弹条动应力明显增大而疲劳寿命明显降低；同一波长下，随着波磨波深增加，扣件弹条动态响应加剧，疲劳寿命大幅降低。     

地铁曲线波磨段e型弹条大圆弧共振断裂因素研究

为了科学探究e型弹条大圆弧共振断裂的影响因素,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型。应用非线性有限单元法和模态分析方法并结合运营现场波磨测试结果,计算分析地铁小半径曲线波磨段列车荷载作用下扣件弹条的固有振动特性。研究结果表明：e型弹条在钢轨波磨引起的高频激励条件下发生共振时,弹条等效应力最大值和剪应力最大值位置与现场弹条断裂位置高度吻合。列车过曲线段时,由于DTⅢ型扣件系统铁垫板上部结构的装配误差问题,扣件系统各部件之间存在接触缝隙。轨距挡块在列车横向作用力下会产生横向微动,从而影响弹条趾端边界条件,导致弹条第2阶固有频率大幅降低。在某湿热多雨的沿海地区,地铁线路运营环境较为潮湿,长期的潮湿环境将会减小弹条趾端与轨距挡块接触面之间的摩阻力,随着弹条趾端摩擦约束作用的减弱,e型弹条在安装状态下第2阶固有频率显著降低,并且在轨距挡块出现横向微动的情况下,弹条第2阶固有频率降低幅度增大,甚至接近现场波磨通过频率,导致弹条在第2阶固有频率发生共振。扣件系统装配误差与潮湿的线路运营环境可能会造成弹条大圆弧共振断裂问题。     

地铁扣件弹条失效分析及结构阻尼优化

为研究弹条断裂失效原因,以地铁常见DI弹条为研究对象,分析和总结断裂DI弹条材料宏观及微观特征,初步发现伤损弹条裂纹源区凹凸不平,存在表面缺陷。建立扣件弹条及铁垫板有限元简化模型,分析弹条中肢与扣件铁垫板不同安装深度对弹条强度的影响,发现非正常安装2 mm以上弹条中趾接触位置出现接触应力集中斑,且超过正常安装深度4 mm时应力急剧增大。通过对DI弹条自由、安装下试验模态参数识别,首次得到弹条中肢相对于扣件铁垫板不同安装深度下模态参数特征,弹条模态仿真结果与试验结果对比误差在3%以内。借助行车条件下弹条模态特征及钢轨波磨测试分析结果,揭示DI弹条中肢在超过正常安装深度2 mm以上其安装模态频率与钢轨磨耗激励频率范围(462～668 Hz)基本吻合,导致在周期性强迫振动激励作用下发生共振失效的机理。基于DI弹条断裂失效机理,以“远离激励频带、减小振动幅值及保证互换安装”为改进目标,对弹条进行结构阻尼优化。相对原DI弹条参数特征,优化结果显示,阻尼弹条强度满足材料要求,且疲劳寿命提高4.86倍;阻尼弹条安装模态频率先减小后增大,成功避开钢轨波磨激励频率范围;阻尼弹条主峰值频率幅值下降8.4%...     

地铁用e型弹条异常断裂原因分析

材质为60Si2Mn的某e型弹条进行疲劳试验时,当循环次数仅为60万次时发生断裂。为查找断裂原因,对e型弹条断裂处的形貌、能谱、金相组织、硬度和化学成分等进行分析。分析结果表明：由于弹条原材料表面存在拉伤沟和夹杂物,在疲劳试验过程中受高应力交变载荷的作用,在弹条拉伤沟处产生应力集中,并逐渐形成微裂纹。同时,由于回火马氏体的存在,导致形变过程中产生位错塞积,形成高应力区,加快裂纹扩展,最终导致弹条在较短时间内断裂。     

Ⅲ型弹条断裂原因分析

针对一地铁线DT-Ⅲ型扣件弹条断裂情况进行统计和分析,发现弹条断裂主要集中在曲线地段钢轨波磨处。利用有限元方法建立数值模型,分析了弹条安装状态下的模态特征,对弹条在实际工作状态下的振动特性进行了测试分析,并与现场动力学试验结果进行了对比。研究结果表明,当轮轨力激励频率与弹条固有频率接近或一致时,将会引起弹条的共振效应,从而导致弹条断裂。     

地铁扣件e型弹条受载特征分析

为了科学探究地铁扣件e型弹条真实受载情况下的受载特征,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型,结合金属材料塑性变形和断裂机理研究中的应力状态参数概念,计算分析正常安装状态与共振状态下弹条的断裂危险位置和断裂类型。研究结果表明：弹条现场断裂位置普遍出现在小圆弧与中肢连接处,弹条在正常安装状态下其等效应力最大值出现在小圆弧与跟段连接处,与弹条现场断裂位置不一致,而最大应力三轴度以及最小应力软性系数与现场断裂位置高度吻合,表明应力状态参数可以更好地描述弹条的断裂危险点。在钢轨波磨引发的共振条件下,弹条最大应力三轴度以及最小应力软性系数同样出现在小圆弧与中肢连接处,并且弹条最大应力三轴度增大60.3%,最小应力软性系数减少5.4%,弹条更易于发生脆性断裂。弹条小圆弧与中肢连接处横断面的罗德系数显示,小圆弧内侧约等于1,外侧约等于-1,这表明此处横断面受弯曲应力作用。e型弹条在钢轨波磨引起的共振条件下,弹条小圆弧与中肢连接处易于产生微裂纹,同时小圆弧内侧拉应力场会加速裂纹扩展,从而导致弹条瞬间脆断。     

地铁钢轨波磨引起的扣件病害分析与治理

地铁钢轨波磨引起轮轨关系恶化,导致扣件系统损伤,缩短车辆构架和钢轨使用寿命,危及运营安全。针对钢轨波磨引发的扣件弹条断裂问题,选取半径650 m曲线段进行测试。结果表明:该曲线段钢轨存在63 mm典型波长波磨,导致外部能量输入增大,弹条的振动能量及振动幅值过大;弹条与铁垫板在外部激励下接触挤压,长期高能量振动导致弹条损伤并滋生疲劳裂纹,最终导致弹条与铁垫板接触点应力集中以致脆性断裂。根据弹条断裂原因制定了合理的整治措施,并给出了钢轨波磨治理建议。     

地铁扣件DI弹条安装受力分析及工艺优化改进研究

为了整治地铁扣件DI弹条扣压力不足、疲劳断裂、锈蚀等病害,通过建立DI弹条扣件系统有限元模型进行安装状态受力特性分析,同时对弹条生产的原材料、工艺参数、表面处理方式等进行优化改进,最后对采用新工艺生产的DI弹条进行扣压力、疲劳试验和盐雾试验,验证了优化措施的有效性。研究结果表明:弹程为10. 5 mm时,弹条最大等效应力值为1 400 MPa,发生在弹条后拱小圆弧内侧,此区域为弹条关键受力区;相比60Si2Mn,采用60Si2MnA弹簧钢为原材料的弹条扣压力从8. 17 k N提高至8. 79 k N,疲劳次数从503万次提高至541万次。最优的弹条生产工艺参数为:加热温度应为930～1 020℃,淬火温度应≥830℃,淬火介质应为32号机油,淬火介质温度应为60℃±20℃,回火设备应为网带式连续回火炉,回火温度为500～550℃。弹条表面经多元合金共渗处理后的综合性能最好。     

铁路扣件用弹条表面机械镀层组织和性能的研究

重点对铁路扣件表面机械镀锌层组织和性能进行研究,介绍了以60Si2Mn弹簧钢为基材的W1型弹条样品制备工艺流程、测试项目及方法,分析了测试结果,为弹条的防腐处理性能提供依据.     

高速铁路用WJ-8型扣件弹条模态特征试验研究

高速铁路无砟轨道在钢轨波浪形磨耗或车轮多边形磨耗等影响下扣件产生共振导致弹条断裂的情况时有发生。WJ-8型扣件是我国高速铁路无砟轨道结构常用扣件,为了分析其弹条断裂损伤机理,采用锤击激励法对扣件弹条的模态特征进行了试验研究。结果表明:标准安装状态下WJ-8型扣件配套使用的W1型弹条在0～1 000 Hz频率范围内具有2阶模态,第1阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点反对称外翻振动,两侧肢的振动方向相反,第2阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点对称外翻振动,两侧肢的振动方向相同;弹条固有频率波动与安装状态有关,可通过调整弹条安装状态,避免弹条在轮轨的高频激励下产生共振,从而减轻弹条伤损。     

移动式整车称重系统的研制

移动式整车称重台的安装简便,节省秤重时机车运行时间和费用.利用车辆轮缘进行秤量重力点,取下条形承载板,机车可正常在线路行驶.研制过程中应着重解决称重传感器选择、标定和承载板材料的选择等三项关键技术.     

弹条偏转和扣件松动对弹条扣压力的影响

为了研究螺栓松动、弹条偏转对弹条扣压力的影响,以应用于高速铁路的Vossloh300-1型扣件系统为研究对象,建立扣件系统完整有限元模型,通过扣压力与弹条弹程曲线的实验值和仿真值,验证扣件系统有限元模型的有效性;在此基础上建立不同损伤工况的螺栓松动、弹条偏转的模型,重点研究弹条安装过程中螺栓松动、弹条偏转两种工况对弹条扣压力的影响。结果表明:螺栓松动、弹条偏转会造成弹条扣压力不足,同时加剧螺栓应力波动。安装过程中若出现这些失效工况,将严重影响扣件系统正常工作,研究结果为300-1型扣件系统弹条安装及后续研究提供思路和参考。     

锰神经毒性机制的研究进展

锰主要以烟尘形式经呼吸道吸收,而有机锰可经皮肤吸收,也可直接通过鼻腔经嗅丝转运到达中枢神经系统。锰毒作用主要表现在神经系统,早期以神经衰弱综合征为主,晚期则以锥体外系神经障碍为主,但其神经毒性机制尚未完全清楚。本文仅从锰引起神经递质代谢紊乱、突触传导功能障碍、自由基损伤、细胞凋亡、基因多态性等方面的研究进展作一综述。     

抱轴承箱材料的二次淬火

对机车抱轴承箱材料ZG2 5Mn进行了正火、调质、二次淬火的热处理工艺试验 ,比较分析了不同工艺的金相组织和机械性能 ,阐述了二次淬火的强韧化机理 ,认为二次淬火可以改善组织 ,提高强度与韧性。采用了二次淬火的强韧化工艺后 ,提高了抱轴承箱的综合性能 ,达到了法国 8K机车抱轴承箱的同等水平     

基于颗粒流的含交叉裂纹类岩石水力致裂细观机理研究

针对目前岩石在水力耦合作用下交叉裂纹扩展机理认识不足的问题,采用颗粒流软件(PFC2D)的平直节理接触模型和流域法,模拟计算含交叉裂纹的类岩石三轴压缩水力致裂过程,分析双向水平主应力差和主、次裂纹倾角对水力裂纹起裂、扩展及贯通的影响规律,并揭示其细观断裂机理.研究结果表明:数值模拟与试验结果吻合较好.当有或无水平主应力...     

4种地铁减振轨道轮轨动态相互作用对比分析

为了研究地铁曲线段不同减振轨道的轮轨动态相互作用,通过现场实测数据对比分析了橡胶隔振垫道床轨道、钢弹簧浮置板道床轨道、梯形轨枕轨道、单趾弹条扣件轨道4种减振轨道结构的轮轨力、钢轨动态位移,以及对应断面处隧道壁的垂向振动加速度。分析结果表明:单趾弹条扣件轨道振动相对较大,钢弹簧浮置板道床振动相对较小;4种减振轨道对应的轮轨垂向力、横向力、脱轨系数均满足列车安全运营要求;钢弹簧浮置板道床轨道的钢轨动态位移平均值较大,但小于安全限值。     

CTCS-2/CTCS-3级列控系统等级转换基本原理与实现

CTCS-2/CTCS-3及列控系统等级转换是CTCS的关键课题之一,通过对CTCS-3级列控系统总体技术方案研究,介绍了CTCS-2/CTCS-3等级转换原理,并详细分析了CTCS-2/CTCS-3等级转换过程中地面应答器设备、RBC设备以及车载ATP设备信息交互过程。最后结合工程应用需求,提出等级转换点设计需要进一步研究讨论的问题。     

整体硫化弹性铁垫板结构设计研究

整体硫化弹性铁垫板属于橡胶-金属复合材料,目前普遍应用于铁路、航空、船舶等各行业。整体硫化弹性铁垫板结构特点突出,其弹性均匀,列车运行平顺性好,可提高乘客舒适度;有效限制橡胶劣化途径,可提高产品使用寿命;产品结构适应性好,还能有效降低列车运营振动噪声。重点结合地铁压缩型减振扣件用弹性铁垫板结构设计,论述其关键参数、结构设计、生产制造工艺、相关测试等方面内容,研究弹性铁垫板结构关键参数和型式尺寸接口设计方法,针对结构设计重要参数之一垂直静刚度进行简化计算和有限元分析,并通过相关检验和实测,数据完整翔实。     

U71Mn钢轨焊缝处核伤扩展寿命的估算

根据包兰线银川段U71Mn 50kg/m钢轨运营情况,在应力比R为0.1、0.5条件下对钢轨轨头焊缝处材料进行三点弯曲疲劳裂纹扩展速率测试。采用七点递增多项式法进行回归分析,得出其裂纹扩展速率材料常数C和m。按照50kg/m钢轨实际尺寸建立模型,利用ANSYS有限元分析软件计算其轨顶动弯应力,并根据Paris公式对焊缝处钢轨进行使用寿命估算。相同运营情况下,若核伤由可探测范围(核伤直径不小于10mm)扩展至核伤面积占轨头面积的30%,则应力比为0.1时,容许通过总质量不超过8.65Mt,运营时间不超过87d;应力比为0.5时,容许通过总质量不超过6.28Mt,运营时间不超过63d。研究成果可为确定线路探伤周期和正确评价钢轨运营现状提供依据。