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。     

钢轨磨损特性试验研究及分级使用建议

由于重载铁路与高速铁路的损伤形式不同,分别表现为磨损与疲劳两种形式,故钢轨选材的技术要求也是不相同的.针对我国目前使用的钢轨材料,通过大型模拟试验,系统研究在不同钢轨材料在不同线路环境上的伤损情况及规律,通过全面考虑钢轨磨损与疲劳裂纹之间的平衡, 确定不同线路运输条件下的最佳钢轨材料,建立钢轨的分级使用制度,达到从源头上防治钢轨伤损的目的,指导我国铁路钢轨材料的选用.     

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。     

多夹杂物对重载铁路钢轨疲劳寿命的影响

非金属夹杂物容易引起钢轨疲劳损伤,为了探究非金属夹杂物特征参数对重载钢轨疲劳性能的影响规律,文中采用ABAQUS有限元软件建立重载钢轨分析模型,对外载荷作用下含夹杂物钢轨的应力状态进行仿真计算,通过FE-SAFE疲劳仿真软件对含多夹杂物钢轨进行疲劳寿命预测。结果表明：相比于软质塑性MnS夹杂物,硬质脆性Al₂O₃夹杂物对钢轨最大应力的影响更大;夹杂物位于钢轨的高应力区时,在外部载荷作用下,曲线段钢轨的最大应力大于直线段钢轨的最大应力;相邻夹杂物相距临界距离时,多夹杂物水平分布时比其垂向分布时对钢轨应力的影响更大,且随着相邻夹杂物距离变小,钢轨基体的最大应力变小;相邻多夹杂物会使钢轨疲劳寿命骤减,含4个相邻夹杂物的钢轨比含2个夹杂物钢轨的疲劳寿命短。     

重载铁路钢轨相控阵探伤系统研究

重载铁路因具有大轴重、高运量、高行车密度等特点,加之运量的持续高位运行,钢轨伤损数量增多,种类复杂化,给铁路的高效运行留下了安全隐患。中国重载线路在用的大型钢轨探伤车由于对轨头核伤的检出率只能达到30%～40%,因此重载线路钢轨探伤主要依赖探伤仪,利用列车间隔或天窗点进行作业,检测速度慢,对操作人员要求高,存在较大的人身及线路安全风险。本文研究一种新型的基于相控阵超声波探伤技术的高速钢轨探伤车,可实现检测速度80 km/h以上,兼容所有线路轨型特点,同时兼顾智能判伤、实时报警、三维直观化显示等功能需求,实现提高缺陷检出率及工作效率、减少用工、提升安全保障水平的目的,对提升我国重载铁路钢轨探伤技术水平具有重要意义。     

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。     

车轮型面对轮轨滚动接触行为影响及选用

分析两种轨底坡情况下锥形踏面与磨耗型踏面车轮的滚动接触行为,结合钢轨损伤行为提出车轮型面的选用要求.结果表明,轨底坡从1∶40变为1∶20时,磨耗型和锥形踏面的滚动接触几何参数将发生很大的变化;轨底坡为1∶20时,磨耗型踏面的最大切应力和等效应力明显小于锥形踏面.磨耗型车轮踏面能减轻重载钢轨侧磨且等效锥度大于锥形踏面车轮;由于重载与高速铁路钢轨损伤形式的不同,建议优化设计高速铁路车轮踏面形状,以减轻高速钢轨疲劳损伤的发生.     

非概率法的钢轨可靠性分析

基于Hertz接触理论,以大秦重载铁路钢轨为研究对象,将HXD1型交流传动货运电力机车车轮和钢轨的曲率半径、材料弹性模量、泊松比及机车单轮重量和轮轨运行冲角等不定参量设为区间变量,运用非概率法进行强度可靠性分析。计算结果表明,HXD1型交流传动货运电力机车在大秦重载铁路钢轨上运行过程中,其钢轨强度可靠性满足使用要求,证明了非概率可靠度算法在钢轨强度可靠性研究中应用的可行性,为今后钢轨可靠性的研究提供了一种简单有效的方法。     

钢轨踏面斜裂纹模拟再现试验研究

根据钢轨踏面斜裂纹的损伤特点和轮轨力与斜裂纹关系分析设计试验方案,在西南交通大学JD-1轮轨模拟试验机上,对广深高速铁路铺设的PD3热轧钢轨材料进行了斜裂纹损伤再现试验。试验结果表明,轮轨接触方式是钢轨斜裂纹产生和扩展的重要影响因素;轴重增加会增大轮轨接触应力,增加磨损量,加速接触疲劳现象的产生。     

考虑压钩力作用的重载铁路曲线钢轨磨耗研究

为研究重载列车在曲线上由纵向冲动产生的压钩力对曲线钢轨磨耗的影响,基于车辆-轨道耦合动力学理论和轮轨磨耗理论,建立车辆动力学模型和轮轨磨耗模型,分析了不同压钩力作用下重载列车运行安全性及小半径曲线钢轨的磨耗规律.计算结果表明,小于400 kN的压钩力对钢轨磨耗和车辆运行安全影响不大,当压钩力大于800 kN后会导致车钩...     

高速铁路小半径曲线钢轨磨耗影响因素分析

随着高速铁路运营里程的增大和运量的激增,钢轨磨耗成为不容小觑的问题,尤其在小半径曲线段钢轨磨耗更为复杂和严重。针对高速铁路小半径曲线段钢轨磨耗问题,利用SIMPACK多体动力学软件建立高速动车组车辆动力学模型,利用Archard磨耗模型计算钢轨磨耗深度,并分析不同运营工况、车轮磨耗状态及车辆一系悬挂参数和轨道参数对动车组车辆通过小半径曲线时钢轨磨耗的影响。仿真结果表明：动车组车辆以匀速、制动、牵引3种工况下通过曲线段时,制动工况下钢轨磨耗量最大,牵引工况下磨耗最小;车轮踏面磨耗加剧也会导致钢轨的磨耗量增大,而定期镟修车轮踏面可以减轻钢轨磨耗情况;车辆一系悬挂参数的变化对小半径曲线段钢轨磨耗的影响相对较小;为减小钢轨磨耗,宜采用较小的轨底坡和适当增加轨距,且曲线段超高设置不宜过大。     

基于离线监督性学习的高铁轮轨关系在线检测技术

为维持高铁稳定运行,提升资源运输安全,在离线监督性学习算法的基础上,提出了一种轮轨关系在线检测技术。通过高速摄像机获取待检测图像,并进行拼接处理;计算加速度、轮轨力和轮轨间关系,依据关键部分的振动值得到列车的加速度值,以此判断列车是否处于平稳运行状态;通过间接测量法计算列车的横向力平衡方程和侧滚力矩平衡方程,得到轮轨力具体值;通过 k 均值算法聚类处理以明确各个样本的类中心,找出样本数量最少的类,设为异常类,完成高铁轮轨关系的在线检测。仿真实验结果表明,在稳定性、数据可靠性和实际应用方面,各项参数曲线变化幅度极为相同,曲线走向几乎一致,且使用后的轮轨接触状态较好,满足高铁轮轨关系在线检测技术的实际应用需求。     

高速轮轨黏着机制进展及模拟试验研究

列车的运行要借助于轮轨之间的黏着和制动,轮轨之间的最大黏着力受到接触斑上黏着系数的限制,因此轮轨关系中的黏着问题是与高速铁路运营密切关联的带有基础性的研究课题。综述国内外高速轮轨黏着的进展及现状,指出研究面临的主要问题。介绍轮轨模拟试验机开展的轮轨黏着试验,结果表明:油水砂介质下的轮轨黏着系数最大,油水介质下的轮轨黏着系数最小,利用此模拟试验机可开展轮轨黏着特性研究。     

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。     

钢轨波磨对扣件弹条受力分析

为了研究钢轨波磨对扣件弹条的最大等效应力的影响,以高速铁路使用福斯罗扣件为研究对象,采用有限元软件建立扣件系统有限元模型,采用非线性接触理论,研究不同波磨状态对弹条最大等效应力影响规律,并验证模型。结果表明:弹条与其周围部件之间的接触刚度对弹条的最大等效应力、扣压力与弹条位移没有明显的影响;随着波磨比例系数的增加,弹条后端最大等效应力和应变以高频成比例增大,明显加剧了扣件弹条的疲劳破坏。     

钢轨漏磁检测仿真分析及试验研究

为保障高速铁路的行车安全,针对现有高速铁路钢轨轨面伤损检测的需求,设计了一种携带有漏磁检测装置的钢轨探伤小车,并分析了钢轨探伤小车的结构组成和漏磁检测装置的检测原理。同时,在有限元分析软件 ＡＮＳＹＳ中建立了钢轨轨面漏磁检测的三维有限元模型,针对钢轨轨面主要的裂纹类和圆柱形缺陷,在软件中进行了钢轨缺陷的漏磁场特征仿真分析。通过计算分析,得出钢轨缺陷漏磁检测信号与传感器提离值、裂纹类缺陷长度、裂纹类缺陷深度、圆柱形缺陷直径、圆柱形缺陷深度的对应变化关系。最后,通过制备人工裂纹类和圆柱形钢轨缺陷,搭建起钢轨漏磁检测的试验平台,通过漏磁检测试验,验证了软件仿真结果的正确性。     

铁道轮轨曲线侧磨的机理分析及解决方案

本文分析了铁道列车在曲线轨道上运行时产生轮轨侧磨的机理,并且介绍了一种地面式轮轨润滑装置。这种装置借助于列车通过时铁路道床产生的振动信号激励润滑系统工作,将润滑脂通过压缩气体增压泵喷射到轨道侧缘,经轮缘将油脂带到整个轨道曲线上实现润滑。     

[制造与维修工艺]基于相控阵的高速铁路钢轨超声探伤检测系统

针对现有车载自动探伤设备检测可靠性偏低、误报率高,存在漏报隐患,难以满足高铁工程技术发展和建设规划需求的现状,提出了一种新型钢轨超声探伤检测系统。研发了高速记录多通道数字探伤仪,用于实现钢轨高速检测条件下全波形数据的实时采集,采用相控阵超声系统检测钢轨焊接接头。通过试验验证了该系统的有效性。研究结果表明,该系统可进行高速探伤数据的采集,实现实时探伤、记录和智能化数据分析。