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。     

基于横向蠕滑特性的轮轨黏着试验研究

为提高列车的横向稳定性,研究了轮轨横向黏着特性。利用自主设计加工的横向轮轨滚动振动试验台,在不同介质工况下进行轮轨横向黏着特性试验,分析水、油介质条件以及轴重力、速度对轮轨横向黏着特性的影响。结果表明:相比干态条件,水、油介质条件下会使轮轨横向黏着系数降低;不同介质工况下随着轴重力的增加,横向黏着系数均增加;在干态与水介质下横向黏着系数随着速度的增大而降低,而在油介质下横向黏着系数随着速度的增大而增大,但变化幅度不是很大;在轮轨接触面撒砂能提高横向黏着系数,但对轮轨损伤有一定的影响。     

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.     

磁场作用下轮轨黏着特性研究

利用JD-1轮轨模拟试验机研究水和油介质工况下磁场对轮轨黏着特性的影响。结果表明:在水和油介质工况下,磁场作用下的轮轨黏着力大于无磁场作用的黏着力,其中加磁水介质黏着力相对增幅达20%,加磁油介质黏着力相对增幅达50%;水和油介质工况下,施加磁场时速度对轮轨黏着力影响不大。     

水介质条件下轮轨黏着特性研究

以Carter二维滚滚接触理论和粗糙面间的稳态部分弹流理论为基础,在考虑轮轨接触表面有相对滑动情况下,应用数值分析方法对水介质条件下轮轨黏着特性进行研究,研究滚动速度、轴重对黏着的影响。研究发现:在水介质条件下,轮轨接触区的区域要比干接触时大,流体动压入口约在Hertz接触半宽的2倍处;相同轴重条件下,随着滚动速度增大,流体动压力值增大,而相应的微凸峰接触压力值减小,导致其与总压力的比值减小,引起轮轨之间的黏着系数下降;相同速度条件下,随着轴重的增大,微凸峰接触压力与总压力的比值增大,引起轮轨之间的黏着系数增大。     

空气湿度对轮轨黏着系数影响研究综述

良好的轮轨黏着是列车安全、高品质运行的重要保证,而轮轨黏着又遭受许多外在因素的影响,其中,空气湿度就是其中之一。空气湿度作为轮轨间的第三介质,通过改变轮轨接触表面特性而直接影响轮轨间的黏着,国内外学者就此开展了大量的试验研究、机制分析和数值计算。针对已有的研究成果,阐述空气湿度对轮轨黏着系数影响的试验研究、机制分析和数值计算的研究现状,指出在目前研究中存在未考虑是否形成水膜、试验速度范围较小等问题,并提出今后研究的重点。     

水油介质下研磨子对轮轨增黏与损伤影响

利用滚动磨损试验机开展轮轨黏着试验,研究水油介质下研磨子对轮轨增黏与损伤行为的影响。结果表明:水油介质下研磨子具有明显轮轨增黏作用,其增黏效果随施加压力的增加而增大,相同压力作用时油介质下研磨子的轮轨增黏效果更佳;水油介质下施加研磨子会加重轮轨试样的磨损,随压力增加轮轨试样磨损量呈增加趋势;水油介质下研磨子对轮轨试样表面损伤具有较大影响作用,增加压力会加重轮轨试样的表面损伤和塑性流动;随施加压力增加,水介质下轮轨试样损伤从轻微磨损向明显的表面剥离损伤转变,油介质下轮轨试样损伤从轻微点蚀转变为明显的表面疲劳损伤。     

高寒地区列车遭遇暖湿气流后轮轨界面黏着与车轮损伤响应行为研究

利用轮轨滚动试验机模拟了-40℃环境工况下不同湿度（10%～99%）暖湿气流对高速轮轨界面黏着与车轮表面损伤的响应行为。低温环境下轮轨界面遭遇暖湿气流时,黏着系数会迅速减小,且随着气流湿度的增大,黏着系数减小的幅度和恢复时间均增加;同时,与未遭遇暖湿的轮轨界面相比,黏着系数、磨损量、塑性变形层厚度均明显增大,且随着气流湿度的增大,平均黏着系数减小,磨损量和塑性变形层厚度增大。在低温无湿气作用工况下,车轮磨损机制主要为疲劳磨损,剖面裂纹以表层裂纹为主;低温间歇暖湿气流作用下,车轮磨损机制主要以氧化磨损和黏着磨损为主,磨损表面出现氧化磨屑堆积而成的第三体层,剖面裂纹出现了多层裂纹和次表层裂纹。低温环境下,暖湿气流对列车的轮轨界面黏着和车轮损伤影响显著,主要体现在黏着系数的瞬时大幅减小以及车轮材料更为严重的磨耗和疲劳损伤。因此,高寒地区应特别注意暖湿气流对列车轮轨损伤和黏着的影响,以保证列车的安全运行。     

水介质对动车组直线运行性能的影响

采用理论分析、试验研究及数值仿真相结合的方法,揭示水介质对高速铁路车辆动力学性能的影响。在JD-1轮轨模拟试验机上进行干态、水介质和油介质条件下的黏着特性试验,对不同介质下的轮轨黏着系数进行分析,发现水介质下轮轨黏着系数较干态情况降低了50%~60%,油介质下甚至较低到0.02以下。根据我国现有某型动车组参数建立车辆系统动力学模型,在试验获得的摩擦因数范围内,分析车辆通过轨道不平顺激励时的运动行为。结果表明,当轮轨受较大横向冲击时,较小的黏着系数可以有效降低轮对横移量,减小轮对振动加速度。装有新车轮及磨耗后车轮的车辆在我国高速线路实测轨道不平顺激励下运行,水介质可以有效降低较大横向冲击造成的轮对横移量及横向加速度峰值,对装有新旧车轮的车辆的临界速度均有明显的提高。     

新型高速轮轨接触疲劳试验机研制

220 kW新型高速轮轨疲劳试验机可准确再现时速300 km/h条件下,轮轨滚动接触时的疲劳、钢轨波磨和侧磨等现象,模仿真实工况条件下高速轮轨损伤机理及粘着特性等,为高速铁路发展建设提供必要的研究手段和设计数据。     

A review of railway sanding system research: adhesion restoration and leaf layer removal

ABSTRACT

This paper aims to provide a comprehensive review into academic and industrial research concerning the use of particles as a means of recovering adhesion when low adhesion conditions exist within the wheel/rail contact. The most common particle used is sand, generally possessing a high silica content, usually between 0.85 and 1.4?mm in size. Sand is currently being applied in low adhesion conditions in two ways: firing the sand into the wheel/rail contact by means of a train-borne sanding system, or by suspending it in a gel and applying it to the rail head with either a train-borne system or using a wayside applicator. Sanding has been used for a long time, but little research has been conducted on the sanding system, with research shortfalls surrounding particle properties and models of the mechanical behaviour of the particles’ effect in the wheel/rail contact. This paper includes a gap analysis method whereby previous research has been categorised based on seven criteria, designed to help assess the papers. The research was then graded as either ‘A’, ‘B’ or ‘C’ with ‘A’ grade research representing peer-reviewed work conducted across a range of scales or with an aspect of modelling. Most academic research was of ‘B’ grade due to the lack of multiple scales or modelling, which was also lacking in industrial research, but due to the lack of peer review most industrial research received a ‘C’ grade. The review also found there was evidence to suggest a lack of linkage between academia and industry with regards to taking sanding research findings forward. Additionally, this review helps clarify what future work is needed to optimise the sanding system to best recover adhesion and remove lubricating layers in the wheel/rail contact.     

车轮踏面不圆顺对高速列车轮轨界面黏着与车轮表面损伤的影响

在JD-DRCF/M型滚动接触疲劳/磨损试验台上开展了有/无偏心车轮配副的轮轨滚滑接触摩擦学试验,对比分析了一阶不圆顺车轮和正常圆顺车轮对轮轨界面黏着、车轮表面损伤与滚动接触疲劳特性的影响。结果表明：车轮不圆顺会显著减小轮轨间黏着系数,湿态下不圆顺车轮的轮轨黏着系数不足0.2,影响列车安全运行和牵引效果;车轮不圆顺明显加剧了钢轨磨耗,同时导致车轮沿周向的表面损伤表现出显著差异。具体来说,凸起侧附近疲劳剥落和撕裂断口特征最为明显;迎向凸起侧较背向凸起侧表面剥落更严重、疲劳裂纹扩展角更大;迎向凸起侧表面点蚀现象相对明显,背向凸起侧车轮表面黏着层堆积严重;此外,随着车轮滚动半径r_θ由最小值到最大值再到最小值循环变化,不圆顺车轮沿周向的表面粗糙度、表面硬度和塑性变形层厚度大致均呈先逐渐增加、经过凸起侧附近后又逐渐下降的趋势。     

Analysis of the wheel/rail rolling contact fatigue of a high-speed train under the transient mechanism

The Rolling contact fatigue (RCF) damage of high-speed wheels is a main factor that affects railway safety. This paper presents a Finite element model (FEM) of high-speed transient rolling contact that considers kinetic parameters as initial conditions. This model is used to calculate wheel/rail RCF. With a CRH2 high-speed train as the research object, a head car model is established with the multibody dynamics software UM. The train is driven on a straight track at a speed of 300 km/h. Different contact geometric parameters, such as lateral displacement and attack angle, are obtained. A 3D high-speed transient elastic-plastic FEM of wheel/rail rolling contact is then developed by using ABAQUS with the initial dynamic contact geometric parameters. The actual geometries of the wheel tread and rail head as well as the elastic-plastic properties are considered in this model. This consideration makes the model highly suitable for solving 3D transient rolling contact behavior. The normal force, creep force, and contact area in the contact patch are solved and used in the fatigue model. Owing to the hunting movement of wheels, the wheel/rail force and lateral displacement change significantly at 0.2 and 0.5 s. The longitudinal and lateral creep force increase sharply with the increase in shear stress. The work states of the wheel/rail at 0.2 and 0.5 s easily reach the ratchet effect zone, and the fatigue index is large. The fatigue damage of the wheels is generally near the nominal rolling circle.     

轮轨接触界面摩擦管理研究进展

列车向着高速与重载方向迅速发展,显著加剧了轮轨接触界面间的损伤。通过在轮轨接触界面进行摩擦管理能够有效地降低轮轨之间的磨损、显著提高列车的运行安全性以及降低运营成本。对轮轨接触界面摩擦管理研究现状进行综述,并介绍轮轨界面摩擦控制对轮轨作用力、黏着、磨耗、滚动接触疲劳以及振动与噪声影响的研究进展;展望了轮轨接触界面摩擦管理未来研究方向,即应针对不同应用环境和接触部位,研发合理的摩擦控制材料,以克服摩擦管理过程中对轮轨损伤及使用局限性等问题;应探究车轮踏面/轨顶面和轮缘/轨距面摩擦控制方式,严格控制摩擦材料喷涂量使两接触面不相互干扰,优化改进轮轨接触界面摩擦管理的最佳应用参数;应研发环境友好型的轮缘/轨距面润滑剂与车轮踏面/轨顶面摩擦控制剂,稳定调控轮轨接触界面的黏着特性。     

高速与重载铁路钢轨损伤及预防技术差异研究

结合多年的研究与调查,分析了高速与重载铁路钢轨损伤与预防技术的差异。钢轨侧磨与压溃是重载曲线段钢轨的主要损伤类型,而高速铁路钢轨主要表现为疲劳损伤特征;根据磨损与疲劳的相互制约与竞争关系,提出了高速与重载铁路钢轨选材及车轮型面选择的不同要求;阐述了高速与重载铁路钢轨不同曲线轨头非对称打磨技术的原理及应用。