钢轨万能轧制过程轨头宽展规律的理论和实验研究

为了得到钢轨万能轧制过程中轨头的宽展规律,在计算宽展时引入了考虑轨腰和轨头压下率差异的变形协调系数和轧件材质影响系数,对Smirnov宽展公式进行了修正。为了验证修正后轨头的宽展模型,用刚塑性有限元软件DEFORM-3D对18kg/m普碳钢轻轨的万能轧制过程进行了数值模拟,并且在燕山大学轧钢实验室完成了18kg/m普碳钢轻轨的万能热轧实验,实测了采用不同轧制规程时轨头的宽展值。通过比较可知,修正后的轨头宽展模型具有比较高的精度,其计算结果比修正前的模型更接近于实测值。修正后的轨头宽展模型可以用于预测钢轨万能轧制过程宽展和合理制定轧制规程。     

波纹轨腰钢轨轧制的数值模拟与实验研究

用MARC有限元软件对一种新型钢轨———波纹轨腰钢轨进行了轧制模拟计算,并进行轧制实验,掌握了波纹轨腰钢轨变形的特点和轧制过程中的关键技术。实验结果表明,波纹轨腰钢轨完全可以通过轧制方法生产。由于波纹轨腰钢轨有优越的力学性能,将有很好的开发应用前景。     

万能轧制线高速钢轨轧制参数优化模型研究

针对高速钢轨万能轧制线多变量强耦合的特征,以钢轨断面轧制精度为目标,将优势区间控制算法与神经网络相结合,建立了钢轨轧制参数优化模型。将生产现场采集的大量轧制过程数据与钢轨断面检测数据建立对应关系,数据预处理后利用优势区间控制算法求出特定生产条件下的辊缝及轧制力的初始值,再利用神经网络对初始值进行偏差修正。实践证明,该模型能够减少主观因素的影响,提高钢轨的轧制精度。     

基于有限元分析的重轨终轧温度场数值模拟分析

基于传热学及有限元理论,采用SolidWorks三维软件,建立60kg/m、U75V重轨三维瞬态非线性有限元模型。采用ANSYS Workbench对重轨轧制后自然空冷过程中的温度场进行有限元数值模拟,并在不同初始条件下做对比分析。分析结果表明:重轨在冷却过程中,轨头的温度始终最高,轨腰、轨底依次降低,两端部温度较中部温度低;不同环境温度时,温度越低终冷温度越低;相同环境温度,断面温度越高,终冷温度越高;不同初始温度,温度越低重轨发生相变越早;相同环境温度,断面温差越大,终冷温度越高。     

YFZ-50型液压方枕器勾轨装置主要技术参数的设计计算

YFZ-50型液压方枕器是广泛适用于木枕和混凝土轨枕的方正作业的小型机具.独创的勾轨装置设计有三种宽度尺寸,以适应对43kg/m、50kg/m及60kg/m钢轨线路轨枕的方正,它能迅速自锁于钢轨底部面而不影响相邻轨枕.同时,锁紧时不打滑,不损伤轨底.     

基于修正的轮轨非Hertz接触的重载铁路曲线超高对钢轨磨耗的影响分析

为了探讨重载铁路平曲线超高对钢轨磨耗的影响,首先利用有限元方法求解了轮轨法向接触影响系数,然后建立了详细的钢轨磨耗预测分析模型,模型包括车辆-轨道耦合动力学模型、修正的轮轨非赫兹法向接触模型、轮轨切向接触模型和Archard磨耗模型,并用现场实测结果验证了预测模型的正确性。利用该模型计算分析了曲线超高对重载铁路钢轨磨耗的影响。结果表明:假定车速为60 km/h,在曲线半径450 m线路条件下,曲线中点处外轨的侧磨量大于垂磨量;随着通过总重的增加,钢轨磨耗宽度,垂磨量呈阶梯状发展,磨耗宽度在磨耗初期发展迅速,随后趋于稳定;在曲线超高0.05 m、0.07 m、0.09 m,线路半径1 000 m的条件下,随着外轨超高增大,外轨磨耗有增大的趋势,内轨磨耗有减小的趋势,主要原因是轮对横移量比轮轨法向力对钢轨磨耗的影响更加明显。     

万能线高速钢轨轧制参数优势区间在线控制模型研究

针对钢轨轧制精度有万能区多机架联合控制的特征,以钢轨断面轧制精度为目标,用优势区间控制算法实现各机架轧制参数输入范围控制。将生产现场轧制过程数据与钢轨断面检测数据建立对应关系,数据预处理后利用优势区间控制算法求出特定生产条件下的辊缝及轧制力的取值范围。实例证明,该模型能够减少主观因素的影响,对提高钢轨轧制精度具有重要实际意义。     

重载铁路低温焊接铝热焊接头断裂失效研究

2017年12月下旬至2018年1月上旬,大准线60kg/mU75V淬火轨铝热焊接头连续发生多处同一形式断裂,且该断裂接头均是2017年11月完成的焊接。通过选取两处典型断口进行宏观形貌观察、微观断口分析、能谱分析、化学成分分析、金相组织分析、力学性能分析及硬度分布分析等手段,对折断铝热焊接头进行失效原因分析。通过分析,断裂铝热焊接头断裂方式和裂纹源位置相同,均为解理脆性断裂,裂纹均起始于轨腰与轨底的过渡区表层。该位置属于焊接区,存在比较密集的夹渣、孔洞等焊接缺陷。断裂原因主要是2017年大准线秋季集中修时间安排较晚,预热时间不足和保温措施不够造成焊缝处钢轨表面预热不彻底和热能散发速度快,使得钢轨表面和内部的温度不均匀,最终导致钢轨轨腰和轨头尺寸相差较大的部位内部溶液凝固时收缩不一致,最终在焊接区形成密集的夹渣、孔洞等焊接缺陷。     

约束阻尼钢轨减振性能的有限元分析

为研究约束阻尼钢轨的减振性能,利用有限元软件建立标准钢轨模型、单层约束阻尼钢轨模型和多层约束阻尼钢轨模型。首先对其进行谐响应分析,获得3种钢轨的振动规律。然后以移动载荷模拟轮轨滚动接触行为,分析3种钢轨的动态响应规律。谐响应分析发现,约束阻尼在显著频率处可以有效地降低钢轨的位移峰值,多层约束阻尼钢轨减振效果最好。移动载荷激励下的结果也表明约束阻尼可以有效降低钢轨轨顶和轨腰的垂向位移,且多层约束阻尼钢轨减振效果优于单层约束阻尼钢轨。     

便携式双L型测头钢轨外形测量仪的研究

比较分析已有钢轨测量仪器,研究了双L型测头五连杆钢轨外形测量仪,建立测量模型与逆解模型。针对不同测量规格钢轨的需要,对五连杆参数进行优化仿真。用Matlab模拟编码器采样过程,对原理误差、编码器量化误差进行计算。理论分析结果表明:仪器能测量钢轨轨头以及轨头两侧下颚的外形,测量范围宽,为钢轨磨耗的研究提供可靠数据。     

润滑剂对轮轨摩擦与磨损的影响

利用MMS-2A磨损试验机模拟轮轨系统在润滑油、二硫化钼锂基脂、植物油和石墨钙基脂4种润滑剂润滑下的摩擦与磨损行为,研究润滑剂对轮轨副摩擦、磨损特性的影响.结果表明:与干态相比,4种润滑剂均使摩擦副的摩擦因数减小,表面磨痕深度减小,磨损量降低,其中石墨钙基脂的减摩和抗磨效果最好;试验结束后,轮轨试样接触表面的硬度均有不同程度的增加,其中涂有石墨钙基脂的轮轨试样的表面硬度增加最小.     

Novel Analytical Model of Mean Temperature and Experimental Research on the Rail Universal Rolling

For building the analytical model of mean temperature in rail universal rolling, the cross-section ofworkpieces and the profile of horizontal roll and vertical roll are simplified rationally. The mean temperature of the web of rail, the top of rail and the base of rail are considered individually. The temperature rises for plastic deformation and friction incorresponding deformation zone, the temperature drop for contact is calculated on the base of variation principle and energy conservation law. Then the mean temperature is obtained. For verifying the theoretical model, the 18 kg/m light rail universal rolling experiments are accomplished in Yanshan University Roiling Laboratory, China and the surface temperature is measured. The surface temperature is not exact enough to express the true temperature and the mean temperature can show the status of the true temperature basically. So the mean temperature can be used to express the true temperature and this theoretical model and its results can be applied as an important reference to control the temperature of rail universal rolling and the beat treatment of the rolled rail.     

考虑摩擦因数与滑动速度相关时的轮轨滚动接触有限元分析

使用与滑动速度相关的摩擦因数替代库伦摩擦定律中的常系数,结合mixed Lagrangian/Eulerian方法建立轮轨滚动接触有限元模型,分析牵引力主导的蠕滑工况下的干燥状态的轮轨滚动接触特性。通过与摩擦因数取值为常数的轮轨滚动接触分析结果对比发现:与滑动速度相关的摩擦因数对轮轨滚动接触最大接触应力和接触斑面积影响不大,均在1%以内;但是对轮轨接触斑内最大Mises应力、最大纵向切应力、最大横向切应力和最大等效塑性应变影响较大,特别是对最大纵向切应力影响幅度近20%;更需要引起注意的是对轮轨滚动接触摩擦力矢量分布和切向塑性应变分布影响明显,这对轮轨滚动接触疲劳损伤分析非常重要。     

轮轨黏着特性试验研究

利用JD-1轮轨模拟试验机研究了干态工况下蠕滑率、速度和轴重等参数对轮轨黏着系数的影响.结果表明:蠕滑率是影响轮轨黏着系数的主要因素;当蠕滑率为0时,黏着系数很小大约为0.02;当蠕滑率在0～1%时,轮轨黏着系数快速增加;蠕滑率在1%时黏着系数达到最大值,随后随蠕滑率的增加黏着系数出现下降趋势并逐渐趋于稳定,此时表现为轮轨宏观滑动.轮轨黏着系数随着速度增加而降低,随着轴重的增大呈现增加趋势.     

铁路轮轨润滑脂的研制

采用IR、XRD、SEM-EDS等手段,对常用铁路轮轨润滑脂进行剖析,得到润滑脂的基础油种类和添加剂组成。研制一种新型铁路轮轨润滑脂,并与常用铁路轮轨润滑脂的性能进行比较。结果表明:研制的润滑脂的最大无卡咬负荷为863 N,比常用铁路轮轨润滑脂的大一倍多,其摩擦因数为0.008～0.032,明显小于常用铁路轮轨润滑脂的0.039～0.051,但烧结负荷小于常用铁路轮轨润滑脂;研制的润滑脂具有更好的胶体稳定性和耐热性。     

对称 T型钢轨外形磨耗测量仪研究

介绍了对称T型钢轨外形磨耗测量仪的结构及数学模型。用Matlab对其进行运动仿真、参数优化,分析其原理误差及编码器量化误差。理论分析结果表明：仪器选用10000线的光电编码器可满足形状极差要求;仪器测量范围覆盖完整轨头断面,测量范围大,同时体积小,更便携。     

油污染工况下轮轨黏着特性研究

利用JD-1轮轨模拟试验机研究新污油、油水混合物以及油水砂混合物介质对轮轨黏着系数的影响.结果表明:在污油、油水以及油水砂工况下,轮轨黏着系数均远远小于干态工况下的轮轨黏着系数；对比3种介质,油水介质工况下轮轨黏着系数最小,约为0.03,污油介质工况下轮轨黏着系数略大,约为0.05,油水砂介质工况下轮轨黏着系数最大,约为0.08.     

不同介质作用下轮轨粘着特性研究

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机开展介质工况下的轮轨粘着特性试验,研究干态、水、油、砂、树叶等介质对轮轨粘着系数的影响。结果表明:不同介质工况下的轮轨粘着系数明显不同,干态下轮轨粘着系数最大,油水介质下粘着系数最小,加水和油将显著降低轮轨粘着系数,且油介质下的轮轨粘着系数明显小于水介质下的粘着系数;随环境湿度增加轮轨粘着系数明显降低,当湿度从20%增加到100%时,粘着系数将降低约17%;干态和油水介质下,随轴重增加轮轨粘着系数呈明显增加趋势;轮轨接触面间加入新鲜树叶后粘着系数将降低,树叶与水共同作用下的轮轨粘着系数最小;通过撒砂能提高水油介质工况下的轮轨粘着系数,但会加剧轮轨试样表面损伤,导致剥落损伤出现。     

点线啮合齿轮变位系数的研究

为了避免根切,根据点线啮合齿轮、特点及啮合的基本定律,研究了点线啮合齿轮通用无侧隙啮合方程、直齿点线啮合齿轮和斜齿点线啮合齿轮最小变位系数计算公式。以一实例来阐述点线啮合齿轮中大齿轮变位系数的计算过程,整个计算过程通过软件完成。得出点线啮合齿轮无侧隙啮合方程,及最小变位系数计算同渐开线圆柱齿轮类似、点线啮合齿轮应计算最小变位系数、只能在封闭图中才能准确地确定大齿轮变位系数和螺旋角等3个结论。