重载铁路钢轨损伤行为分析

利用电感耦合等离子体光谱仪、硬度仪、光学显微镜和扫描电子显微镜等对现场重载铁路损伤钢轨进行各种微观测试分析,分析了重载钢轨的损伤机理。结果表明:重载钢轨中碳、硅、锰含量较高,这有利于提高钢轨强度、硬度和耐磨性;现场服役损伤钢轨的表面硬度明显高于新钢轨的表面硬度,其轨距角处和轨顶区硬度高于非接触区的硬度;现场服役钢轨和新钢轨试样均表现为残余压应力;疲劳裂纹主要在轨顶区表面萌生,扩展较深且扩展角度明显不同,疲劳裂纹扩展方式主要表现为穿晶和沿晶扩展,钢轨侧磨区几乎无疲劳裂纹存在;轨顶区域塑性变形严重,塑性区组织明显被拉长细化呈流线型,塑性层厚度与裂纹扩展深度大致相同。     

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。     

高速重载线路钢轨损伤特性分析

结合广深线钢轨斜线状裂纹损伤特性分析,对比分析了高速与重载线路钢轨的损伤差异。结果表明:重载线路钢轨主要以磨损和塑性变形为主,而高速线路钢轨主要表现为疲劳损伤,无明显的塑性变形发生;U71Mn钢轨的含碳量低,具有较好的韧性,相比PD3钢轨,U71Mn更适于铺设于高速轻载线路。     

山区铁路钢轨磨损情况调查与防治技术试验研究

介绍了对实际线路钢轨现状调查的结果:随着我国五次铁路提速,铁路的超负荷运行,加上路线等原因导致铁路钢轨磨损严重．通过制定相应的抗磨损措施并进行实践操作,在对比分析基础上,得出机车合理轮缘喷脂间距能有效减缓钢轨鱼鳞伤损的发生和发展,提高钢轨防断能力,在此基础上提出适合我国山区铁路的抗磨损方法和保养措施．结论对我国铁路钢轨的养护具有参考价值．     

基于应变模态变化率的钢轨损伤检测

为了准确、快速检测出钢轨中的损伤及其损伤位置和程度,提出了基于应变模态变化率的钢轨损伤检测方法。以五跨钢轨为例,通过数值仿真分析和实验室足尺模型测试表明:基于频率的变化可判断钢轨发生损伤,但无法确定损伤的位置及程度;基于应变模态的变化和基于应变模态变化率的变化可判断钢轨发生损伤、确定损伤的位置和程度;损伤程度对于损伤识别的影响较大,损伤程度越大,损伤单元的应变模态变化率就越大,钢轨的前两阶应变模态变化率可以确定损伤的发生、位置及损伤程度。     

地铁钢轨滚动接触疲劳损伤研究

钢轨滚动接触疲劳损伤在地铁线路上较为常见。建立包含地铁车辆系统动力学模型、基于安定图的疲劳指数和基于磨耗数的损伤函数为一体的钢轨滚动接触疲劳预测模型,分析车辆在通过三种典型曲线时钢轨的受力状态、接触点位置和损伤情况。研究结果表明,车辆通过曲线时低轨侧钢轨蠕滑力的合力指向直角坐标系的第四象限,接触点主要位于轨顶区域;高轨侧钢轨蠕滑力的合力主要指向直角坐标系的第三象限,接触点主要位于高轨内侧轨距角处。钢轨表面疲劳指数大于0的概率较大,材料易处于棘轮效应区,同时根据损伤函数得到钢轨的损伤值大于0,即属于疲劳裂纹损伤。容易导致钢轨表面在轮轨常接触区产生与蠕滑力合力方向相垂直的裂纹,其方向与现场观察到的裂纹方向相一致。随着曲线半径的减小,轮轨蠕滑力合力显著增大。磨耗后的车轮和磨耗后的钢轨在小半径曲线上频繁地相互作用,易使钢轨材料产生棘轮效应,是导致钢轨表面产生裂纹和剥离掉块的主要原因。     

PD3与U71Mn钢轨疲劳裂纹扩展特性研究

针对广深线铺设使用中已出现斜线状裂纹的PD3和U71Mn两种钢轨试样进行了成分、机械性能与微观形貌分析。结果表明：PD3钢轨的强度性能优于U71Mn钢轨的强度性能;U71Mn钢轨裂纹扩展角度比PD3钢轨的裂纹扩展角度要小;U71Mn钢轨在疲劳裂纹扩展中以沿晶和穿晶混合型扩展为主;而PD3钢轨试样的疲劳裂纹扩展主要以穿晶为主,裂纹更容易扩展,扩展速率更大。综合分析表明,U71Mn钢轨更适合于高速铁路铺设使用。     

PD3与U71Mn钢轨疲劳裂纹扩展特性研究

针对广深线铺设使用中已出现斜线状裂纹的PD3和U71Mn两种钢轨试样进行了成分、机械性能与微观形貌分析。结果表明：PD3钢轨的强度性能优于U71Mn钢轨的强度性能;U71Mn钢轨裂纹扩展角度比PD3钢轨的裂纹扩展角度要小;U71Mn钢轨在疲劳裂纹扩展中以沿晶和穿晶混合型扩展为主;而PD3钢轨试样的疲劳裂纹扩展主要以穿晶为主,裂纹更容易扩展,扩展速率更大。综合分析表明,U71Mn钢轨更适合于高速铁路铺设使用。     

钢轨材料对滚动接触疲劳影响及高速铁路选轨研究

使用JD-1型轮轨模拟试验机针对淬火和热轧的PD3和U71Mn四种钢轨试样进行模拟试验,采用赫兹接触理论在实验室条件下模拟轮轨试样间的摩擦相互作用过程与现场中的相似.利用机械式光电分析天平通过称重法测量钢轨试样的磨损量,使用光学显微和扫描电子显微镜对钢轨滚轮试样进行微观分析,对高速铁路的钢轨选择提供依据.结果表明,材料硬度越高,磨损量越小,磨损面附近塑性变形层越薄,抗磨损性能越好,但高硬度材料裂纹扩展较深,疲劳损伤严重.硬度略低的材料,磨损量大,磨损面附近塑性变形明显,但由于部分刚萌生的微裂纹被磨去,疲劳损伤较为轻微.高速钢轨损伤主要以疲劳为主,U71Mn热轧钢轨有较好的抗疲劳性能,更适合于高速铁路铺设使用.     

钢轨滚动磨损性能试验研究

在JD-1型轮轨摩擦试验机上研究了轴重与曲线半径对钢轨滚动磨损性能的影响。结果表明：轴重与曲线半径是影响钢轨磨损的主要因素。试样磨损量随着载荷的增加而增加,也随着曲线半径的减小而增加;试样表面磨损形貌随着载荷与曲线半径的改变而表现出不同的变化,其中大载荷和小曲线半径试验使钢轨试样磨损程度严重,表面容易产生较明显的塑性形变以及龟裂现象;制动力条件下滚动试样磨损更为严重。     

PCrMo钢的摩擦磨损特性实验研究

采用自制的销盘式摩擦磨损试验机、光学及扫描电子显微镜，研究了PCrMo钢配副的干滑动摩擦磨损特性。结果表明：摩擦因数随着载荷的增加而增加，随着滑动速度的增加而减小；磨损率随着载荷的增加而增加，随着滑动速度的增加先增加而后降低。PCrMo磨损失效机理主要表现为疲劳剥落和粘着磨损。     

表面具有焊层的45~#钢冲击磨损的实验研究

使用杠杆原理式冲击磨损实验台及表面形貌仪等研究冲击载荷作用下表面具有不锈钢焊层的45#钢的表面损伤行为。实验工况分干接触及2种不同黏度的润滑油润滑3种接触方式,研究在不同冲击次数条件下,材料表面的损伤情况,并探讨不同黏度润滑油对冲击磨损机制的影响。结果表明:不锈钢焊层对45#钢基体起到了良好的保护作用,润滑油的存在会在一定程度上抑制冲击所造成的塑性变形,使冲击凹坑呈现出与干接触时不同的表面形貌;随冲击次数的不同,材料的损伤机制主要是黏着磨损、疲劳破碎及疲劳剥落;在材料损伤的各个阶段均伴有塑性变形的出现。     

新型CL60钢地铁车轮摩擦磨损试验研究

为了提高地铁车轮的服役性能,对车轮用CL60钢材料中Si、Mn、Cr等元素的质量分数进行重新设计和优化,研发新型CL60钢地铁车轮,通过GPM-60摩擦磨损试验机模拟轮轨磨损试验,研究原CL60钢车轮与新型CL60钢车轮在实验室条件下的磨损特性。基于赫兹模拟准则设计计算了模拟试验采用的轮轨试样尺寸、施加的载荷和转速;通过不同载荷工况下的摩擦磨损试验和轮轨材料微观组织分析,研究2种轮-轨试样的磨损量、磨损率、塑性变形及表面形貌的变化规律及特征,对新型CL60钢车轮的使用性能进行评价。结果表明：与原CL60钢车轮相比,在不同载荷下新型CL60钢车轮试样磨损量、轮-轨试样总磨损量、磨损率及摩擦表面塑性变形层厚度均大大降低,其抗磨损性能和塑性变形能力得到了改善。     

有无电流工况下钢铝复合轨/受电靴的摩擦磨损特性

利用改进设计的销盘摩擦磨损试验机,研究了用于地铁供电的钢铝复合轨与受电靴在有无电工况下的滑动摩擦磨损性能,对比了磨损量与摩擦因数的变化,观察和分析了微观磨损形貌,分析了其摩擦磨损机制。试验表明:电流对摩擦副的干摩擦滑动行为具有显著的影响,随着电流的增加,钢铝复合轨和受电靴的磨损质量增加,摩擦因数减小,摩擦表面出现粘着磨损、电弧烧蚀、磨粒磨损、疲劳剥落特性。     

水润滑塑料轴承的摩擦性能研究

用MPV—200型摩擦磨损试验机测定了超高分子量聚乙烯(简称UHMW—PE)塑料合金轴承水润滑条件下的摩擦学性能，考察了载荷、速度、运行时间等因素对轴承摩擦系数和磨损率的影响，得出了摩擦学性能随各种因素的变化规律。并对作用机理进行了系统的分析，为水润滑超高分子量聚乙烯塑料合金轴承的实际应用提供理论依据。     

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.     

基于BP神经网络的钢轨磨损量预测

随着列车运行速度和轴重的提高,轮轨系统的磨损越来越严重,其中曲线半径、轴重和运行速度是影响轮轨磨损的重要因素。建立了钢轨磨损量影响规律的径向BP基函数神经网络模型,该网络具有3路输入,3个神经层;在JD-1大型轮轨模拟试验机上通过改变试验参数进行钢轨磨损试验,获得不同试验参数下的钢轨磨损量;以钢轨磨损数据作为BP神经网络的目标样本,对不同试验参数下的磨损量进行了预测。结果表明,模型可较准确地计算轮轨冲角和速度对钢轨磨损量的影响规律,利用BP神经网络对钢轨磨损量预测具有较高的精度,可在一定程度上验证试验结果。     

PD3与U71Mn钢轨材料微观与宏观磨损性能分析

采用纳米压痕划痕仪与AFM,研究PD3与U71Mn钢轨微观力学性能与摩擦磨损特性,通过拉伸实验和JD-1轮轨模拟试验机研究2种钢轨的宏观力学特性与摩擦磨损性能。结果表明:2种材料力学性能在微观和宏观表现一致,即PD3钢轨硬度较大、抗压能力强,具有良好的抗磨损能力;U71Mn钢轨塑性高、韧性大,具有良好的抵抗疲劳的能力。微观实验结果显示,2种钢轨在载荷不大时都以磨粒磨损为主,随载荷增大,交变应力作用增强,受疲劳影响PD3钢轨划痕两侧出现沟纹;U71Mn划痕损伤在犁沟摩擦力作用下,产生塑性变形。微观与宏观实验结果具有一致性,对2种钢轨磨损特性的测量误差在5%之内,因此在一定程度上可以用微观实验来代替宏观实验研究钢轨材料的摩擦磨损特性。     

车速变化对钢轨磨损影响的数值计算与实验研究

用数值计算方法分析静态接触情况下,轮轨接触质点间蠕滑力、黏滑区的分布随横移量和摇头角变化速率的变化,利用模拟试验研究有制动力作用下车速对钢轨试样磨损特性的影响。结果表明:有制动力影响时钢轨磨损量随车速的增大呈非线性减小,在车速小于160 km/h时,钢轨磨损量随车速增加急剧减小,但是当车速超过200 km/h之后,磨损量随车速的增大而下降的趋势相对比较平缓;随着摇头角变化速率和横移量变化速率的增大,轮轨接触斑中最大滑动量逐渐减小,滑移区的面积减小,而黏着区的面积增大。