高速铁路钢轨打磨技术的发展现状与展望

钢轨在服役过程中不可避免会产生波磨、裂纹、剥离、肥边等各种损伤和缺陷,严重影响其使用寿命和列车运行安全。钢轨打磨是当前国内外公认的去除表面损伤和缺陷、抑制滚动接触疲劳、改善轮轨匹配关系、延长钢轨使用寿命、提高列车运行平稳性、安全性以及乘客舒适度的有效和通用手段。概述预打磨、预防性打磨和修复性打磨三种钢轨打磨策略,然后将适用于高速铁路的钢轨打磨技术系统性的分为砂轮端面打磨技术、砂轮周面打磨技术、铣磨复合打磨技术、砂轮高速打磨技术和砂带打磨技术,并对每种打磨技术的原理、国内外相关研究及其对应的典型打磨装备发展现状进行详细评述,最后指出高速铁路钢轨打磨装备总体上呈现智能化、高效化、多样化和绿色化发展趋势,打磨技术将随着先进制造理念的不断渗透而发展进步,同时须研发我国自主化高端钢轨打磨装备,以全面提升我国高速铁路钢轨维护水平。     

钢轨打磨过程中打磨压力波动行为分析

钢轨打磨列车作业时存在一定打磨压力波动,从而影响打磨钢轨的表面不平顺。在考虑加载机构的运动行为及砂轮-钢轨接触行为的基础上,建立了打磨小车动力学分析模型,利用该模型研究了钢轨高低不平顺、打磨速度、钢轨波磨、打磨小车结构参数等因素对钢轨打磨压力波动的影响。结果表明:轨道高低不平顺是打磨压力产生波动的主要原因;提高打磨速度,打磨压力波动减小;特定的钢轨波磨波长会使打磨机构产生共振,导致打磨压力波动出现峰值;优化打磨小车一系定位刚度和打磨单元的轻量化有利于减小打磨压力波动,提高钢轨打磨作业的稳定性。     

钢轨打磨小车振动特性及其对打磨质量影响的研究

钢轨打磨小车是打磨列车进行打磨作业的主要执行机构,钢轨打磨小车工作时的振动状态会直接影响打磨质量。本文为探究钢轨打磨小车的振动特性及其对打磨质量的影响,分别在不同打磨速度和不同轨道波磨条件下进行了钢轨打磨小车的打磨实验,并对钢轨打磨小车在不同工况下的振动特性及打磨对钢轨不平顺质量的改善进行了现场测试。测试结果表明打磨小车在作业时的主要振动激励来源于砂轮与钢轨相互作用产生的振动,其频率与电机转子的旋转频率相同;随着打磨速度的增加,打磨小车各主要结构的振动幅值降低,且打磨后的钢轨不平顺质量有所提高;在具有波磨的轨道上进行打磨作业时,打磨小车各主要结构的振动幅值均高于在无波磨的轨道上打磨的幅值;当波磨的通过频率与打磨电机的激振频率吻合时,对钢轨打磨小车的振动和打磨后的钢轨不平顺质量均不利。     

[表面强化及损伤机理]钢轨打磨机理研究进展及展望

综述了钢轨打磨过程中材料的去除机理,主要包括钢轨打磨时材料的去除模型、钢轨打磨温度场,并在此基础上介绍了不同打磨参数、打磨磨石与打磨工况下钢轨材料的去除行为,提出了钢轨打磨效率和打磨质量相互作用机制,总结了钢轨打磨对轮轨滚动接触疲劳的影响因素。提出了未来重点研究方向建议：开展针对磨石特性（如磨料成分、结合剂、粒度、硬度、气孔等）的研究,研发适合我国钢轨的打磨磨石,以提高打磨作业效率和质量,降低打磨作业成本;进一步开展其他特殊工况下的钢轨打磨试验;将钢轨打磨与其他铁路维护作业相结合,在保证轮轨接触状态良好的条件下延长钢轨使用寿命。     

基于虚拟砂轮的钢轨打磨温度场研究

基于现场钢轨打磨作业方式,建立符合真实砂轮特征的虚拟砂轮,进而建立钢轨打磨过程砂轮-钢轨模型。运用有限元软件DEFORM仿真打磨过程中的钢轨温度场变化,分析钢轨上节点温度的变化规律,并研究不同打磨参数(包括打磨深度、进给速度、砂轮转速)对打磨温度的影响。研究结果表明:钢轨打磨过程中,钢轨经历砂轮的两次打磨作用,磨削区域温度继续升高,热影响区会进一步扩大。钢轨节点温度迅速升高过程中会经历一个小幅降低,然后继续升高达到温度最高点之后再逐渐降低。打磨参数对打磨温度有明显影响,当打磨深度从10μm增加到70μm时,钢轨最高温度从330℃升高至529℃;当进给速度从5 km/h增加至20 km/h时,钢轨最高温度从663℃降低至407℃;当砂轮转速从2000 r/min增加至3800 r/min时,钢轨最高温度从353℃升高至445℃。     

钢轨打磨过程打磨力波动机理分析

钢轨打磨车在作业过程中,由于车体和钢轨的弹性振动以及钢轨本身的不平顺等原因,引起砂轮打磨力出现不稳定波动问题,从而导致打磨质量不佳,甚至产生新的波磨等问题。为了研究抑制打磨力波动问题的解决方法,对钢轨打磨车打磨过程进行分析,并建立打磨车与轨道的耦合动力学模型,通过模型分析钢轨打磨过程中打磨力波动的机理,并通过数值仿真研究钢轨的垂向振动、打磨速度以及打磨质量对打磨力波动的影响。     

地铁线路控制钢轨波磨的钢轨打磨技术应用研究

介绍了国内轨道交通工具轮轨形面匹配的情况和存在的问题.基于多体动力学软件( SIMPACK)建立了地铁车辆的动力学模型.首先,利用SIMPACK的前处理功能导入标准的钢轨型面和设计后的钢轨型面,及实测的现场线路数据,作为仿真计算的输入.然后以轮轨横向力、垂向力以及脱轨系数为例,对打磨前后钢轨对车辆动力学响应进行了分析....     

论钢轨铣磨替代传统打磨的必要性

福州地铁一号线由于运营强度不断增加,钢轨病害持续发展且问题日益突出。钢轨维修作业是一项周期性、长期性的工作,传统钢轨打磨车已经无法彻底解决钢轨伤损问题,只能通过引入大型钢轨铣磨车对钢轨廓形进行一次成型的修复。本文从钢轨病害现状、钢轨打磨原理和钢轨铣磨原理多角度分析,列举铣磨相较于打磨的优势,为钢轨病害问题处理提供指导。     

道岔钢轨打磨对轮轨动力学影响分析

以道岔钢轨为研究对象,对线路钢轨实施个性化廓形打磨,采用Simpack建立车辆系统动力学模型,分析钢轨打磨前后轮轨动力学性能变化。实验结果表明,钢轨实施打磨后轮轨接触几何分布较打磨前均匀,车轮横向力、磨耗系数、脱轨系数等指标均有所改善,分别下降了16.95%、11.61%、10.26%,通过道岔钢轨打磨可以有效提升车辆运行稳定性,同时对延长轮轨服役时间具有积极作用。     

钢轨砂带打磨与砂轮打磨综合性能对比实验研究

基于自主研发的锂电驱动钢轨砂带打磨机和砂轮打磨机,以60N型钢轨廓形作为实验对象,全面对比了新型钢轨砂带打磨技术和传统砂轮打磨技术的性能。结果表明：当打磨压力在45～75 N范围内时,砂带打磨的材料去除率约为砂轮打磨的15～30倍,而当压力增大到90 N时,砂带打磨的材料去除率高达砂轮打磨的102倍;砂带打磨的振动加速度、噪声和能耗均小于砂轮打磨;砂带打磨切屑为带状,而砂轮打磨则表现为高温熔融状,同时当打磨压力增大到105 N时,砂轮打磨后钢轨表面会出现发蓝现象,而砂带打磨不会;此外,砂带打磨的横向表面粗糙度大于砂轮打磨,最高可达8μm,但满足中国铁路钢轨养护要求的最大值10μm。综上,钢轨砂带打磨技术在材料去除率、振动、噪声、能耗和温度等方面显著优于传统砂轮打磨技术,预期将成为工程实际中解决钢轨严重病害问题的有效方法之一。     

[养护维修装备]双动力48磨头钢轨打磨车研制

对双动力48磨头钢轨打磨车的三种技术实施路线进行分析,确定了整车采用“柴油发电机组+接触网+交流电传动”的技术路线,并列举了整车的关键技术。介绍了整车的主要结构及性能,并对整车的自运行工况及打磨作业工况的牵引特性进行了计算分析。最后对整车的线路适应性、产品优势、社会效益及试验情况进行了描述。计算分析及试验结果表明：双动力48磨头钢轨打磨车的牵引特性满足长大坡道作业要求,并适应现有各种速度等级的客运专用线路,其车体与转向架强度、动力学性能及作业性能均满足试验标准要求,且具有节能环保、适用于隧道打磨作业的优点。     

Proposal for Die Polishing Using a New Bonding Abrasive Type Grinding Stone: Development of MAGIC Grinding Stone

Although the full automation of die manufacturing has recently developed markedly, manual polishing is still necessary for die because precision dies have in general three‐dimensionally complicated shapes. Complicated and narrow areas of the die are difficult to be polished with the conventional grinding stone. This study proposes a new bonding type grinding stone and introduces its manufacturing process and characteristics. Here, the new bonding type grinding stone is called MAGIC(MAGnetic Intelligent Compounds) grinding stone. MAGIC grinding stone has many advantages as follows: 1) Manufacturing such grinding stone that can follow die shapes using the shape transfer method is possible, 2) Grinding stones in which abrasive grains are uniformly dispersed can be manufactured using magnetic particles and a magnetic field, 3) It is possible to reshape the grinding stone by heating since the binder is made of a thermoplastic resin, 4) Every process can easily be carried out. Stabilized polishing characteristics using MAGIC grinding stone can be predicted from polishing experiment.     

Proposal for Die Polishing Using a New Bonding Abrasive Type Grinding Stone: Development of MAGIC Grinding Stone

Although the full automation of die manufacturing has recently developed markedly, manual polishing is still necessary for die because precision dies have in general three-dimensionally complicated shapes. Complicated and narrow areas of the die are difficult to be polished with the conventional grinding stone. This study proposes a new bonding type grinding stone and introduces its manufacturing process and characteristics. Here, the new bonding type grinding stone is called MAGIC(MAGnetic Intelligent Compounds) grinding stone. MAGIC grinding stone has many advantages as follows: 1) Manufacturing such grinding stone that can follow die shapes using the shape transfer method is possible, 2) Grinding stones in which abrasive grains are uniformly dispersed can be manufactured using magnetic particles and a magnetic field, 3) It is possible to reshape the grinding stone by heating since the binder is made of a thermoplastic resin, 4) Every process can easily be carried out. Stabilized polishing characteristics using MAGIC grinding stone can be predicted from polishing experiment.     

新型超声旋转磨削装置的研制

在叙述超声旋转磨削的基本原理及其工艺特点的基础上,介绍了超声旋转磨削装置的设计.设计出的超声旋转磨削装置可通过装置底座安装在适合的机床上,配合一定的控制设备,即可对ZrO2、Al2O3等难加工材料进行超声旋转磨削加工.     

绿色磨削加工技术研究现状及进展

传统的磨削加工大量采用磨削液浇注法降低加工区温度,磨削液的大量使用给环境和操作者健康带来了很大危害,而且增加了磨削液排放回收的成本.本文分析了绿色磨削加工技术,如干磨削技术、微量润滑、液氮冷却、低温气体冷却、高压射流冷却、内冷却和固体润滑冷却技术在机械制造中的应用及其技术特征.绿色磨削加工技术将逐渐取代传统的浇注供液方...     

磨削技术及磨床的研究述评

综述磨削技术和磨床的研究现状.阐述目前发展迅速的超高速磨削和精密磨削的优点和机理及其发展方向;对磨床的设计和发展进行总结,提出国内磨床今后发展的方向和研究重点.     

超高速磨削相关技术与工业应用

超高速磨削加工是先进制造方法的重要组成部分,是各种加工材料获得精确尺寸和表面完整性的主要加工方法.论述了超高速磨削相关技术,分析了超高速外圆磨削、快速点磨削和高效深切磨削等超高速磨削加工技术的国内外现状、最新进展及在工业中的具体应用,阐述了发展超高速磨削加工的重要性.     

化学机械磨削技术研究现状与展望

化学机械磨削能通过化学机械协同过程实现单晶硅、石英玻璃等硬脆材料的超精密高质低损加工,被广泛应用于半导体以及光学等领域器件的平坦化加工.在综述化学机械磨削技术材料去除机理、磨削工艺以及复合加工工艺等方面研究现状的基础上,对上述研究现阶段存在的问题进行了分析讨论.分析表明,从固固相化学反应机制和化学机械协同效应角度揭示化...