钢轨滚动接触磨损研究

利用三维非Hertz滚动接触理论和数值程序CONTACT分析了不同轴重下轮轨滚动接触斑上应力、摩擦功等参数的变化.通过JD-1轮轨模拟试验机研究了轴重对钢轨材料磨损性能的影响,分析了磨痕形貌的变化情况.数值计算及试验结果表明:轴重和曲线半径是影响钢轨滚动接触磨损的重要因素;轮轨摩擦功的变化与钢轨磨损量的变化之间存在一定线性对应关系.     

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。     

磁场条件下钢轨材料的摩擦磨损性能试验研究

基于HSR-2M高速往复摩擦磨损试验机,试验研究在永磁体磁场条件下,法向载荷、往复速度等参数对钢轨材料摩擦性能的影响,通过磨痕形貌分析其磨损机制,并与无磁场条件下的结果进行对比。试验结果表明:磁场的引入可以在一定程度上减小钢轨材料的摩擦因数、磨损率;增大滑动速度对摩擦因数和磨损率均有减小作用,增大载荷能够降低摩擦因数,但磨损率增加;磁场能够提高钢轨材料在摩擦过程中的磨损性能。无磁场时,钢轨材料磨损形式为典型的磨粒磨损,摩擦系统的磨损率和摩擦因数较大;有磁场时,磨损形式主要为黏着磨损,摩擦因数和磨损率较小。     

[表面强化及损伤机理]钢轨表面宽带激光淬火工艺及其疲劳磨损性能

针对目前钢轨强化采用的欠速淬火方法存在强化层硬度偏低、耐磨性难以满足重载线路使用要求的问题,使用3种不同光斑宽度的激光,研究了U71Mn材质钢轨的激光淬火强化工艺,获得了不同扫描速度下的临界功率和淬火层深,并测试了淬火层在滚动接触条件下的磨损与接触疲劳性能。结果表明：在临界熔化的激光能量密度下,光斑宽度由6 mm增加到20 mm时,淬火层深度提高了38%,或在获得相同的淬火层深度情况下,处理效率提高6.8倍;淬火层组织为针状马氏体,硬度从原来的300HV提高到800HV以上;20万周次的磨损试验后,激光淬火试样的磨损量只有未处理试样磨损量的25%,未处理试样以表面接触疲劳剥落和塑性变形为主,激光淬火试样仅有轻微的疲劳磨损,耐磨性和抗接触疲劳性能优异。     

钢轨滚动接触疲劳研究

介绍了滚动接触疲劳裂纹的萌生及扩展的形成机理、钢轨滚动接触疲劳的破坏分类、影响因素,从钢轨新材料的开发、轮轨接触几何型面的优化和铁路工况的改善等几个方面提出了减缓钢轨滚动接触疲劳的措施。     

局部堆焊修复U75V钢轨的滚动接触磨损特性

对未堆焊和局部堆焊U75V钢轨试样进行干态+湿态两阶段连续滚动接触磨损试验,对比分析了2种钢轨试样的滚动接触特性及磨损行为。结果表明：2种钢轨试样的黏着系数在干态磨损阶段都在0.60左右,进入湿态磨损阶段急剧下降至0.25左右;干态磨损阶段局部堆焊钢轨试样的黏着系数略高于未堆焊钢轨试样,湿态磨损阶段则相反。局部堆焊钢轨试样的堆焊层主要由马氏体组成,硬度最高,磨损表面损伤轻微,未发现明显裂纹与塑性变形;热影响区由铁素体、珠光体与马氏体等组织组成,硬度居中,磨损后表面粗糙度最大,塑性变形较大且出现较多大角度扩展的裂纹;无堆焊区主要由珠光体组成,硬度最小,磨损后表面平坦,塑性变形较明显,出现少量裂纹。     

弯矩作用下钢轨滚动疲劳裂纹扩展行为研究

在JD-1轮轨模拟试验机上,通过设计模拟小轮的结构,对钢轨试样在弯矩作用下的裂纹扩展行为进行研究.试验结果表明:裂纹一般在应力集中处萌生,当裂纹扩展到一定程度后容易产生变向甚至分叉;在其他参数相同的情况下,预制裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展有较大影响,预制裂纹较宽时裂纹扩展速率明显加快.     

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。     

曲线半径及轴重对轮轨摩擦功影响的研究

基于非Hertz滚动接触理论利用数值计算方法详细分析了静态接触情况下,轴重和曲线半径对轮轨接触质点间等效应力、接触斑粘滑区的分布、总滑动量和摩擦功的影响。分析计算表明,轴重增加引起轮轨接触质点间等效应力,接触质点间粘滑区的面积以及总滑动量的变化,同时对轮轨接触质点阍的摩擦功的变化有重要影响;小曲线半径处轮轨接触质点间的总滑动量,接触斑滑移区的面积以及摩擦功都明显增大,导致曲线上钢轨磨损加剧。因此曲线半径和轴重是影响轮轨滚动接触磨损的重要因素。     

铁路钢轨损伤机理研究

钢轨损伤一直是铁路运输中的一个关键问题，损伤类型主要是钢轨压溃、侧磨、波磨和剥离，占钢轨损伤量的80％以上。探讨了这几种钢轨的损伤形式，认为钢轨损伤加剧主要是因为轮轨之间表面摩擦力的增加所致；提高钢轨材质是预防钢轨损伤的最主要方法。     

波纹轨腰钢轨轧制的数值模拟与实验研究

用MARC有限元软件对一种新型钢轨———波纹轨腰钢轨进行了轧制模拟计算,并进行轧制实验,掌握了波纹轨腰钢轨变形的特点和轧制过程中的关键技术。实验结果表明,波纹轨腰钢轨完全可以通过轧制方法生产。由于波纹轨腰钢轨有优越的力学性能,将有很好的开发应用前景。     

车轮钢摩擦副滚动摩擦磨损特性研究

在NENE-2型磨损试验机上利用往复滚动试验装置研究了不同制动状态下车轮钢的滚动摩擦磨损特性。结果表明:不同滚滑状态下的切向摩擦力是变化的,随制动力的增加,滚动摩擦副对应的摩擦因数和摩擦阻力相应增大;平面试样的表面磨痕形貌由于切向摩擦力的变化而明显不同;随切向摩擦力的增大滚动磨损机制亦发生改变,从磨粒磨损逐渐转变为粘着磨损,磨损加剧且磨痕深度变大。     

GA-BP网络在钢轨磨损量预测中的应用

基于GA算法及BP神经网络优点,将GA算法优化的BP网络应用于钢轨磨损量预测。通过赫兹模拟试验方法,在JD-1轮轨模拟试验机上获得不同曲线半径、轴重、运行速度工况下对应的钢轨磨损量,即神经网络所需样本,建立GA算法优化三层BP神经网络,对钢轨磨损量进行预测。结果表明:GA算法优化的BP神经网络对钢轨磨损量具有良好的预测性能,较好地反映了曲线半径、轴重、运行速度对钢轨磨损量的影响规律。     

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。