表面粗糙度对轮轨黏着特性影响

水油介质下极易发生轮轨低黏着现象,结合轮轨黏着试验和根据二维滚动接触理论和部分弹流润滑理论建立轮轨黏着数值仿真模型,给出了水油介质下轮轨表面粗糙度对轮轨黏着系数和增黏的影响规律,验证了数值仿真模型的有效性.结果表明:水介质下随蠕滑率增加黏着系数呈先快速增加后小幅减小并稳定的变化;水、油介质下随表面粗糙度增加轮轨黏着系数呈增加趋势;水介质下轮轨表面粗糙度从1μm提高到50μm,黏着系数增加126.5%,油介质下轮轨表面粗糙度从5μm提高到20μm,黏着系数增加61.4%.     

世界铁路发展状况及其关键力学问题 全国结构工程学术会议特邀报告

论述了世界部分发达国家和我国铁路发展情况、铁路运输的优点及其在经济建设中所发挥的作用。介绍了世界发达国家和我国铁路发展历史和未来轨道交通发展方向。详细讨论了现有铁路运输存在的问题和未来高速铁路亟待解决的关键力学问题。它们主要是:(1)弓网/列车/轨道(桥梁)大系统耦合动力学; (2)车辆结构强度和可靠度问题;(3)轮轨关系(脱轨、粘着、滚动接触疲劳和波浪形磨损、轮轨噪声);(4)高速列车弓网动力学和高速受流条件下摩擦磨损;(5)轨道结构关键力学和严酷环境下轨道工程破坏问题。这些问题直接危及到行车的安全和运行品质.并提出今后解决这些问题的主要方向。     

轮轨材料/硬度匹配研究进展与展望

车轮与钢轨硬度是影响轮轨磨损的主要因素之一,合理的轮轨材料与硬度匹配对于减轻轮轨磨损、延长服役寿命具有十分关键的作用。当前我国铁路运营过程中存在2种硬度钢轨匹配4种硬度车轮的现象,材料匹配行为复杂。针对铁路轮轨材料和硬度的选用与匹配,至今尚无统一合理的规定与标准。从轮轨材料硬度出发,首先分析了国内外轮轨材料发展与硬度匹配的使用现状,发现不同国家和地区轮轨材料硬度的选用存在较大差异。具体表现为:日本新干线使用的车轮硬度远高于钢轨(H_R/H_W<1),欧洲高速铁路上H_R/H_W值接近1,而中国高速铁路系统中,轮轨种类多,硬度区间大。其次,总结了轮轨硬度匹配研究进展,明确材料硬度和轨轮硬度比(H_R/H_W)对磨损与滚动接触疲劳损伤都具有显著影响,但并没有形成统一的结论,且以往的材料选用经验并不完全适用于当前的铁路系统。然后,针对现阶段轮轨材料与硬度匹配研究,探讨了材料加工硬化、合金钢微观组织、表面热处理工艺、复杂服役环境与车轮运行参数等因素的潜在影响。最后,提出...     

试验机转轴微动损伤机制分析

转轴是试验机的重要传动部件,由于扭转载荷和垂向载荷的作用,转动轴在其与轴承内圈过盈配合面处会出现微动损伤。利用扫描电镜、EDX等微观分析手段对失效转动轴损伤部位进行分析,通过分析,得出转动轴的微动损伤机制为:转动轴表面的微动磨损主要以磨粒磨损和黏着磨损为主,在损伤部位萌生的微动疲劳裂纹具有多源性,且扩展角度较小,损伤部位剖面的塑性变形层沿转动轴轴线分布不均,且转动轴左端的塑性变形层比右端厚。     

轨顶摩擦改进剂对车辆动力学性能的影响

通过对轨顶涂覆摩擦改进剂对轮轨黏着特性影响的分析,发现摩擦改进剂不仅会改变轨面摩擦因数,并且会改变Kalker权重系数,这与通常认为的摩擦改进剂只改变摩擦因数不同。考虑摩擦改进剂对摩擦因数和Kalker权重系数的影响,研究货车车辆在轨顶涂覆摩擦改进剂的轨道上运行时的动力学性能。利用SIMPACK软件包建立货车车辆模型,包括车体、摇枕、侧架、轴箱、轮对等部件,分析车辆在轨顶涂覆摩擦改进剂的轨道上直线和曲线运行时的平稳性和安全性。计算结果表明,摩擦改进剂可以明显改善车体的横向平稳性,而对车体的垂向平稳性影响较小;摩擦改进剂会使车辆的脱轨系数和轮重减载率小幅增加,但是均小于国标规定的安全限值,不会影响行车安全。     

JD-1轮轨模拟试验机转轴损伤机制分析

转轴是JD-1轮轨模拟试验机夹具的重要组成部分,在试验机运行过程中承受垂向载荷和制动扭矩的综合作用。针对轮轨模拟试验机转轴-轴承过盈配合面上出现的损伤,从宏观、微观层面分析其损伤机制。转轴和轴承内圈在试验机运行过程中发生的弹性变形量存在差异,导致转轴-轴承过盈配合面区域内出现微小幅度的往复相对运动,从而产生微动损伤。在载荷综合作用下,转轴-轴承过盈配合表面出现了严重的微动疲劳磨损和较为严重的不均匀塑性变形,靠近制动器一端的表面塑性变形不均匀程度更为严重。分析结果为转轴损伤的减缓和预防提供了参考。     

车轮材料对轮轨系统匹配性能的影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究4种含碳量不同的车轮材料分别与PD3热轧钢轨进行匹配的磨损与疲劳性能。结果表明：随着车轮材料的含碳量增加,硬度增大、耐磨性增强,导致磨损量降低,轮轨系统的磨损量呈现先减小后增大的趋势;车轮试样的塑性变形层厚度随含碳量的增加而减小,抗疲劳性能加强;车轮试样表面由严重剥落损伤向轻微剥落转变,伴随有一定的黏着磨损;钢轨试样表面以剥落磨损为主。     

低温环境下制动参数对列车制动材料摩擦性能的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机与温度控制装置模拟低温环境下列车的制动行为,研究了低温环境(-20℃)下制动压力、制动速度对制动盘与制动闸片摩擦磨损性能的影响.研究结果表明,低温环境(-20℃)下制动盘与闸片之间的摩擦因数和磨损率均比室温环境(20℃)下略微提高.在低温环境下,制动压力和制动速度对制动材料摩擦磨损与损伤行为有明显影响.制动盘与闸片之间的摩擦因数随制动压力的增大呈现先减小后趋于稳定的变化趋势;随制动速度增加,摩擦因数呈现先减小后增加的变化趋势.制动盘和闸片的磨损率随制动压力的增大均呈现先增大后趋于稳定的变化趋势,且闸片材料的磨损率均大于制动盘材料的磨损率;随制动速度的增大,制动盘磨损率呈现快速减小的趋势而闸片磨损率呈现先减小后趋于稳定的趋势.随制动压力和制动速度的增大,闸片磨损表面第三体层分布更加均匀,表面剥落坑数量与面积呈减小趋势.     

U71Mn钢轨气压焊接头的损伤行为

采用硬度计、轮廓仪、光学显微镜、扫描电子显微镜等对服役后的U71Mn钢轨气压焊接头的硬度、裂纹形貌及显微组织进行测试与观察,分析接头不同区域的损伤行为。结果表明:焊接接头两侧距接头中心30~50 mm处存在低凹区域,其位置与软化区位置吻合;轮轨接触使接头硬度提高,但是软化区的硬度始终低于母材;根据珠光体形态,接头从中心向两侧热影响区可依次分为层片状珠光体区域、部分珠光体球化区Ⅰ、珠光体球化区、部分珠光体球化区Ⅱ;软化区位于珠光体球化区;珠光体球化区与部分珠光体球化区的裂纹深度和裂纹尖端扩展角都较大,这是由于粒状珠光体对裂纹扩展的阻力较小导致的。     

重载工况下车轮熔覆对轮轨磨损与损伤性能影响

利用CO2多模激光器在车轮试样表面获得Co基合金熔覆层,通过MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机对比研究了不同轴重下轮轨试样的磨损性能与损伤机理。结果表明,车轮试样激光熔覆处理后熔覆层组织明显细化,表面硬度明显提高,约为基体的1.5倍。轮轨试样摩擦系数与磨损率随轴重增加而增大,车轮磨损率仅为钢轨的1/5~1/8;随时间增加,轮轨试样磨损量呈线性增长趋势;随轴重增加,轮轨试样表面损伤越严重,相同条件下,车轮试样损伤比钢轨轻微,轴重较小时,车轮熔覆层磨损主要为粘着磨损和氧化磨损,钢轨主要为疲劳磨损与氧化磨损。随轴重增加,轮轨试样主要为严重疲劳损伤,氧化磨损较为轻微。