铁路轮轨润滑膜的减磨机理与应用

当今世界铁路运输，除磁悬浮列车等个别运输方式外，绝大多数仍都采用车轮、钢轨的机制。因而，车轮，钢轨构成了铁路运输的重要内涵，不仅其用量大，而且轮与轨接触、滚动产生的诸多问题逐渐引发了铁路轮轨关系的研究。在轮轨关系中，车轮，钢轨的磨损问题更为引起人们的注意。其主要原因在于轮轨的严重磨损会导致，1．浪费大量轮轨钢材，2、伴随轮轨磨损过程，消耗大量能量，3．车轮旋修和钢轨更换不仅需大量人力、物力，而且导致铁路设施停运，降低利用效率。     

高速轨断裂韧性的研究

一、前言高速轨断裂韧性研究是由于现代列车的发展而引起的。各国研制了高强轨钢以满足时速200km以上及载重的要求。钢轨的韧强比低会造成疲劳磨损和冲击磨损。本文通过轨道钢的断裂力学研究来评价高强(高速)轨;进行断口形貌及组织分析以及微合金化的影响。其目的在于提高钢轨强韧性。     

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...     

小半径曲线内轨波磨外轨无波磨原因的研究

目的研究铁路小半径曲线线路内轨有波磨而外轨无波磨的原因。方法根据轮轨系统摩擦自激振动导致钢轨波磨的观点,建立了由车轮、钢轨和轨枕组成的轮轨系统摩擦自激振动模型。在模型中,车轮与钢轨接触几何关系使用车辆通过R=350 m曲线时的SIMPACK车辆动力学仿真计算获得的数值,钢轨与轨枕、轨枕与道床之间的连接用弹簧和阻尼单元组来模拟。应用复特征值方法对该模型发生摩擦自激振动的趋势进行了数值分析。结果小半径曲线内轨和车轮的接触角较小,在饱和蠕滑力(即摩擦力)作用下容易发生摩擦自激振动,因而容易出现波磨;外轨和车轮因为接触角较大,在饱和蠕滑力作用下不容易发生摩擦自激振动,因而极少出现波磨。数值预测结果与波磨发生的实际情况一致。结论轮轨蠕滑力饱和以及轮轨接触角是引起小半径曲线内外轨波磨差异的两个主要因素,其中轮轨蠕滑力饱和(即轮轨滑动)是决定性因素,如果轮轨蠕滑力不饱和,则轮轨系统就不会发生摩擦自激振动,因而就不会出现波磨。     

激光离散淬火对轮轨材料磨损与损伤性能的影响

在MJP-30A型滚动接触疲劳试验机上进行激光离散淬火处理前后的轮轨试样的摩擦磨损试验,研究了激光离散淬火处理对轮轨材料的磨损与损伤性能的影响。结果表明:经激光离散淬火后得到致密的马氏体,对轮轨材料的表面硬度具有明显的增强作用,车轮和钢轨试样的表面硬度分别提高了约191.1%和214.5%;轮轨试样经激光离散淬火处理能显著提高轮轨材料的耐磨性,对均经处理的轮轨材料进行实验,发现车轮试样磨损率降低约20.5%,钢轨试样降低约21.9%;而单一处理轮轨试样能大幅降低处理试样的磨损,但其对摩副的磨损有小幅增加;未经处理轮轨试样表面损伤严重,主要表现为剥落损伤;激光离散淬火处理后轮轨试样表面损伤减轻,以小块剥落为主要的磨损形式;淬火区之间的基体表面以剥落损伤为主并伴随一定的疲劳磨损。激光离散淬火处理后轮轨材料组织的抗变形能力得到大幅提高,且淬火区能抑制基体材料的塑性变形。     

某地方铁路用U71Mn钻孔钢轨的断裂原因分析

采用断口形貌、化学成分和力学性能的观察测试方法,对铁路用U71Mn钻孔钢轨的断裂原因进行了分析。结果表明,由于接头夹板与钢轨没有贴合好,在轮轨冲击力的长期作用下,接头夹板与钢轨下颚接触处承受较大的应力,出现微动磨损,进而形成塑性变形区,致使该处的抗疲劳性能下降,导致裂纹在塑性变形区萌生,并逐渐向轨腰扩展,最终在轨底处发生断裂失效。     

轮轨磨损与滚动疲劳裂纹损伤关系及预防研究

在JD-1型轮轨模拟试验机上研究了干态下两种钢轨的滚动磨损与疲劳性能.结果表明:不同工况下U71Mn钢轨磨损量大于PD3钢轨,U71Mn钢轨表现出更好的抗疲劳性能;磨损与疲劳裂纹损伤表现为相互争竞与制约的耦合关系;增加磨损率能降低轮轨疲劳裂纹损伤.     

钢种、轨型及生产工艺对钢轨矫后残余应力的影响

研究了不同钢种（U74、U71Mn、BnbRE）、不同轨型（50kg/m、60kg/m、75kg/m）及在不同生产工艺下，钢轨矫后残余应力值的变化。结果表明，不同钢种生产的同轨型钢轨，矫后钢轨轨底中心部位残余应力值随着钢轨强度级别的增加而增加，同钢种、不同轨型的钢轨矫后轨底中心残余应值随着钢轨单位长度质量的增加而增加，同钢种、同轨型的钢轨随着矫直力的增加，钢轨矫后轨底中心残余应力值也增加。而钢轨终轧温度的高低，矫前原始弯曲度的大小（Y轴方向）在现有生产工艺条件下，对钢轨矫后轨底中心残余应力值无明显影响。     

道岔尖轨自5mm断面淬火试验

1　前言矮型特种断面钢轨 (简称ＡＴ轨 )用于制造道岔尖轨 ,与普通钢轨制造的尖轨相比 ,改善了尖轨的结构强度与稳定性。尖轨结构的设计改进使其承受垂直载荷更趋合理 ,但是尖轨轨头宽度≤ 1 0ｍｍ的各个小截面 ,在列车轴重增加 ,运行速度提高的条件下 ,其磨损愈来愈大。事实上 ,尖轨小断面磨耗严重 ,磨损速度加快 ,已成为制约道岔尖轨使用寿命的决定性因素。新的铁道部专业标准ＴＢ/Ｔ 1 779— 1 993《道岔钢轨件淬火技术条件》 ,对尖轨小断面淬火规定了技术要求和质量指标 ,但是尖轨小断面淬火的工艺与技术难题却一直未解决。因此 ,尖轨小…     

扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响

目的 研究扣件参数对小半径曲线钢轨波磨的影响,获得抑制钢轨波磨的有效措施。方法 建立小半径曲线DTVI2扣件的轮轨系统有限元模型,对扣件系统进行实体化建模,考虑轨下垫板之间的接触情况,同时模拟扣件系统中弹条预紧作用。采用复特征值分析和瞬时动态分析研究轮轨系统的摩擦自激振动特性,并将预测结果与现场测试结果对比,揭示该区段钢轨波磨产生的原因。最后开展轨下垫板材料属性以及扣件结构参数的影响分析,获得其对钢轨波磨的影响。结果 轮轨间饱和蠕滑力引起轮轨系统发生频率为500 Hz的不稳定振动,会导致波长为30 mm的钢轨波磨。轨下垫板杨氏模量在10~50 MPa区间,等效阻尼比先从‒0.015 2减小到‒0.016 9又增大到‒0.014 2;阻尼系数在0~0.000 1区间内,等效阻尼比从‒0.016 9增大到‒0.010 2;轨下垫板泊松比的变化没有引起系统等效阻尼比发生明显的变化;扣件间距在575~675 mm区间内,等效阻尼比从‒0.016 3降低到‒0.019 0;等效阻尼比随着弹条预紧力的增大而增大。结论 选取合适的轨下垫板杨氏模量可以减轻由轮轨摩擦自激振动导致的钢轨波磨;提高阻尼系数对轮轨系统的自激振动具有较强的抑制作用;而轨下垫板的泊松比对钢轨波磨的影响较小;适当减小扣件间距可以略微降低钢轨波磨的产生趋势;增大弹簧预紧力可以抑制由轮轨系统摩擦自激振动导致的钢轨波磨。     

润滑材料科学研究的发展趋势

摩擦学(摩擦磨损和润滑学)是与人类日常生活及工农业实践密切相关的科学与技术．主要研究相对运动．相互作用的表面及相关的现象。摩擦损失了世界上一次能源的1／3—1／2，磨损是材料破坏与设备报废的原因之一。润滑则是减少摩擦，降低磨损的主要途径。通过摩擦学研究至少在下述五个方面可以获得效益：节约能源．提高设备和系统的可靠性，节约材料以及提高生产效率和促进新技术的发展。其中润滑材料科学研究的目的是为了了解材料的结构，性能及其在摩擦环境中的变化，总结规律，指导发展新材料、新工艺和正确合理的应用技术。     

钢轨轨面静电喷涂SiO2增黏颗粒行为与利用率研究

目的 为了改善传统撒砂过程中SiO2增黏微粒利用率低的问题,将静电喷涂技术引入轮轨增黏领域,研究不同喷涂参数与颗粒粒径对SiO2微粒行为与利用率的影响,并进一步对比分析静电喷涂微粒与传统撒砂的增黏效果。方法 利用Gema静电喷枪与静电喷涂动态试验平台进行喷涂试验;利用MJP–30A轮轨滚动磨损与接触疲劳试验机进行轮轨黏着与磨损试验;利用光学显微镜(OM)对SiO2微粒吸附情况进行观察与分析,并通过电子天平测量与计算轨面颗粒量与颗粒利用率。结果 相较于未施加静电电压,静电电压为90 kV时轨面颗粒量提升了3.8倍。静电电压由30 kV增加至70 kV时,颗粒利用率提升约60%;当静电电压进一步增加至90 kV时,由于颗粒带电量趋于饱和,颗粒利用率仅提升10%。SiO2微粒利用率随着喷嘴高度与颗粒粒径的增大先增大后减小,喷嘴高度为25 cm且颗粒粒径为300目时颗粒利用率最高,可达60%;300目SiO2微粒在静电电压为90 kV时,随着喷枪移速的增大,喷枪在单位距离上喷涂时间相对减少,使得喷涂在钢轨轨面的颗粒量降低。90 kV静电喷涂SiO2微粒增黏时,最大黏着系数接近传统撒砂增黏,有效作用时间是传统撒砂的2.2倍,轮轨磨损率仅为传统撒砂增黏的75%与65%,轮轨损伤显著减轻。结论 利用静电喷涂技术可以有效提升SiO2微粒在钢轨轨面的利用率,并提升颗粒在轨面的吸附性;静电喷涂SiO2微粒增黏与传统撒砂增黏的黏着系数相近,且轮轨磨损率更低。     

层流等离子体点状淬火面积比对轮轨材料磨损性能的影响

目的 运用层流等离子体点状淬火工艺,提高轮轨材料的耐磨性,并探究最佳的表面处理面积比率.方法 采用层流等离子体点状淬火方式,对高速轮轨材料进行表面处理,利用MJP-30型滚动接触磨损试验机,对4组不同点状淬火面积比(0％、15％、30％、45％)的轮轨试样进行滚动接触磨损试验,利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、硬度计等对轮轨试样进行磨损形貌表征和耐磨性分析.结果 层流等离子体点状淬火可获得板条状马氏体组织,轮轨材料表面硬度提升200％以上,磨损率降低80％以上.当面积比为30％时,轮轨材料的磨损率最小,相比于未处理试样,总磨损率下降约89.2％,车轮的磨损率降低约89.6％,钢轨降低约88.7％.对磨损试验后的轮轨试样进行表面损伤分析和截面显微组织观察,结果表明,点状淬火试样表面损伤显著减轻,剥离和裂纹主要集中在淬火过渡区域,淬火区域可以显著抑制材料的塑性变形,淬火区和基体结合层可抵抗裂纹的进一步扩展.当面积比为30％时,轮轨试样的耐磨性能最佳.结论 层流等离子体点状淬火可有效提高轮轨材料的耐磨性,最佳的淬火面积比为30％左右.     

U68CuCr与U75V轨道钢磨损行为研究

目的研究耐蚀轨道钢U68CuCr的磨损性能及损伤机理。方法利用M200型摩擦磨损实验机进行轨道钢U68CuCr和U75V与车轮钢滚动对磨实验。运用电子分析天平测量轮轨失重,来研究轮轨磨损随时间的变化规律。通过扫描电子显微镜、超景深显微镜观察轮轨表面损伤形貌。结果磨损初始的15h,U68CuCr磨损量大于U75V。磨损40h时,U68CuCr与U75V的磨损量基本相同,但随时间增加,U68CuCr的磨损量将低于U75V钢。在干态实验下磨损,钢轨表面存在未剥落的片状氧化物以及其剥落后留下的凹坑和划痕,并伴有塑性变形,而车轮表面没有残留的片状氧化物。磨损过程中,钢轨亚表层为塑性变形区,珠光体发生变形,产生加工硬化,使塑性变形层的硬度高于基体。结论 U68CuCr既具有良好的耐磨性,又有高的耐腐蚀性,能改善钢轨使用性能。氧化磨损是钢轨表面损伤的主要方式,磨损是氧化与剥落交错重复出现的过程。     

轮轨润滑剂的抗磨特性

轮缘与钢轨侧面是处在高负荷和高冲击下的混合(滚动加滑动)摩擦状态，接触表面经受疲劳磨损．塑性变形和磨粒磨损等多种磨损损伤．     

高强钢轨的发展趋势

众所周知,在世界各国铁路线上,占主导地位的钢轨是普通碳素钢轨。由于铁路运输的强化,钢轨强度级不断提高,对矿山线路,小半径曲线等特殊地段用轨提出的要求更为苛刻。世界各国从五十年代起,研制了含常规合金化元素硅、锰以外的合金钢轨,生产了热处理强化轨,σ_b均达到110kgf/mm~2以上,近来又生产了σ_b≥150kgf/mm~2的超高强钢轨。     

Stafford钢轨公司新建小型轧轨厂

美国Stafford钢轨公司拟建设一家规模为45万t／a钢轨的小型轧钢厂，新的钢轨轧机是应用了目前世界上最新的、最有效技术的专用产品轧机，使其能够参与激烈的国际竞争。应用100t／h的交流电弧炉炼钢，用钢包冶金炉进行钢水成分的精调，为提高最终的产品质量，应用了真空除气装置。一台3流连铸机生产228mm×305mm的铸坯。使用高质量废钢和直接还原球团矿来生产高洁净度和无内部缺陷钢。从炼钢到出成品，所有设备头尾相连地组合成1609m长的生产线，进行连续加工。起初，轧制钢轨的规格为：56．9kg／m、65．4kg／m、66kg／m和67．4kg／m。目前…     

用GAaS80型次级整流焊轨机焊接包钢P_(74)60公斤/米钢轨的研究

在安装从瑞士Schlatter公司引进的GAas80型焊轨机进行调试的过程中,用包钢P_(74)60公斤/米新型钢轨进行了大量的焊接试验,取得了一些经验,提出一种能满足线路铺设质量的焊轨工艺。并且研究出恒低压烧化直线,解决了P_(74)60公斤/米高碳钢轨闪光对焊工艺中由于粘焊缺陷而带来的焊轨质量不稳定这一最难克服的工艺性问题。此外,还找出焊接钢轨接头去瘤后重打磨焊缝时引起焊轨接头质量严重下降的原因,对提高无缝线路的焊轨质量有普遍的意义。     

基于 ANSYS 的车轮材料特性对轮轨接触应力的影响

目的随着我国铁路运输朝着高速、重载、低能耗的方向高速发展,高速列车轮轨承受的载荷显著增加,研究车轮材料特性(弹性模量、泊松比)对CRH3型动车组轮轨接触应力的影响,对保证列车安全性、可靠性及舒适性有重要的现实意义和应用价值。方法采用S1002型磨耗踏面轮对和60 kg/m的标准钢轨,首先对轮轨接触的模型做基本的假设,其次对模型参数、单元选择、网格划分等计算过程进行说明,最后应用弹塑性理论及有限元软件ANSYS分析轮轨接触应力。结果车轮材料弹性模量E分别为124,165,206,247,288 GPa的情况下,轮轨接触对应的最大Mises应力依次为315.451,370.458,435.498,500.274,554.604 MPa,最大接触压力依次为669.264,802.328,920.832,1033.87,1135.19MPa;在车轮材料泊松比分别为0.18,0.24,0.30,0.36,0.42的情况下,轮轨接触对应的最大Mises应力依次为468.035,450.601,435.498,422.587,415.412 MPa,最大接触压力依次为903.068,911.168,920.832,936.339,961.234 MPa。结论车轮材料的弹性模量对轮轨接触应力有显著的影响,最大Mises应力和最大接触应力的变化与弹性模量的变化呈正比关系;泊松比对轮轨接触应力也有一定的影响。     

钢轨轨底斜裂纹的超声导波散射特性

钢轨轨底斜裂纹的超声导波散射特性是超声导波检测钢轨轨底技术的基础。首先对钢轨轨底导波传播特性及激发频率对导波散射特性的影响进行了数值分析,再进一步基于ABAQUS软件建立了钢轨轨底不同角度斜裂纹散射特性的有限元模型,对横向振动模态和垂直振动模态下钢轨轨底不同角度斜裂纹的散射特性进行了分析。数值分析和波场快照显示,横向振动模态较垂直振动模态下超声导波在钢轨轨底斜裂纹上的频散相对严重,垂直振动模态下导波检测钢轨斜裂纹效果更好,为后续钢轨轨底导波检测试验提供了理论基础。