曲线地段钢轨侧磨原因分析及防治措施

钢轨侧磨是铁路工务工作普遍存在的问题,大量的钢轨侧磨缩短了钢轨的使用寿命,增加了铁路运营成本。文章通过对小半径曲线侧磨的影响因素的分析,从钢轨的材质、超高、轨底坡、养护等几个方面提出相应的防治措施。     

动车组运营下轨道参数对小半径曲线钢轨侧磨影响研究

为减缓动车组运营下小半径曲线外股钢轨侧磨,延长钢轨使用寿命,利用SIMPACK软件建立了小半径曲线轮轨磨耗仿真模型。仿真分析了超高、轨距、钢轨表面摩擦系数及轨底坡对动车组通过时小半径曲线外轨所受横向力、导向轮冲角及轮轨磨耗指数的影响规律。研究结果表明:钢轨表面摩擦系数及轨底坡对小半径曲线外轨侧磨影响较大,适当降低钢轨表面摩擦系数可以较大程度上降低曲线外轨所受横向力及磨耗指数;调整外轨轨底坡至1∶20,内轨轨底坡至0,对曲线外轨所受横向力及导向轮冲角影响较小;但对轮轨磨耗指数影响较大,有利于减小曲线外轨侧磨。根据研究结果,针对某动车所小半径曲线制定了减磨方法;并对改造后曲线进行了轮轨力测试和钢轨廓形测试。测试结果表明,减磨方法效果明显,可延长曲线外轨服役寿命3倍以上。     

小半径曲线侧磨病害成因及防治方法研究

列车经过小半径曲线,因圆周运动所带来的离心加速度的影响通过轨道超高设置不能被全部消除,导致曲线侧磨严重.从曲线半径和轨道几何形位引发的轮轨关系、机车车辆运营影响及养护不当等方面分析了小半径曲线侧磨产生的原因,进而从硬件设施加强,包括加大轨道弹性、提高轨道横向刚度、提高钢轨材质强度和耐磨性能及后期线路养修方面提出了小半径曲线侧磨防治方法.     

基于工程类比的北京地铁钢轨异常波磨整治方法

为整治北京地铁钢轨的异常波磨,基于工程类比法,从轨道刚度的角度研究钢轨异常波磨的成因及整治措施.以北京地铁4号线钢轨异常波磨为研究对象,工程类比无钢轨异常波磨的北京地铁1号线和2号线,选取具有代表性的典型曲线试验段,采用轨道刚度测试仪对轨道垂向、横向刚度进行了现场测试.结果表明:轨道横向刚度低是导致曲线地段钢轨异常波磨的直接诱因,轨道垂向刚度对钢轨异常波磨的影响不大;适当增加轨道横向刚度使轨道垂横向刚度比小于3,可较好地避免钢轨异常波磨的产生.现场整治试验段表明,提高轨道横向刚度后,钢轨异常波磨得到了较好的控制.     

基于试验验证的磨耗型钢轨波磨形成机理

对磨耗型钢轨微观接触斑范围内的波磨产生机理进行了研究,提出了钢轨波浪型磨耗的微观波长锁定扩展机制,分析了波磨在此机制的作用下的形成机理.设计研制了小比例的双模拟轮滚动试验台对此波磨形成机制理论进行试验验证并进行了相应的线路试验,试验台可测出不同载荷作用情况下的横向蠕滑力,试验验证了不同正压力下的蠕滑力-蠕滑率变化规律,结合线路试验的波磨区段黏滑振动特征,验证了理论分析的波磨微观形成机理,所验证的形成机理理论可用于解释实际工程中的多种波磨现象.     

重载铁路小半径曲线地段钢轨波磨弹塑性演化特征分析

针对重载铁路小半径曲线地段钢轨波磨严重的问题,通过建立基于semi-Hertzian轮轨接触算法的小半径曲线地段敞车动力学模型与三维钢轨弹塑性循环加载模型,分析重载塑流型波磨演化过程中波谷、波峰区域塑性行为特征,并对比和分析外轨超高、曲线半径等线路要素对波磨发展的影响。研究结果表明：钢轨表面在轮轨循环荷载作用下将迅速达到安定状态,且在安定状态下波磨波谷的塑性累积变形比波峰的塑性累积变形大,波磨轨波峰、波谷的塑性累积特征的差异促进了钢轨波磨病害的进一步发展;在不同的曲线半径条件下,波磨波谷区域塑性累积沿深度方向差异明显,当曲线半径较小时,最大累积塑性应变出现在钢轨表面;当曲线半径较大时,钢轨表面塑性特征不显著,最大塑性累积点出现在轨面下2～3 mm处;较小的曲线半径与线路过超高对钢轨波磨病害的发展具有显著的促进作用,因此,在线路设计过程中,应尽量避免选择小于500 m的曲线半径;而对于既有线而言,线路过超高将促使波磨病害的进一步发展,在运营过程中应保证车辆运营速度。     

地铁曲线段参数对钢轨波磨影响分析与打磨周期评估

地铁线路具有曲线半径小、站间距离短等特点,列车运行时的频繁启动与制动会导致轮轨间相互作用进一步被恶化,加剧了钢轨波磨的同时也增加了城市噪声污染和行车风险.为研究波磨的产生规律,针对地铁曲线段钢轨打磨的各类影响因素,将地铁线路划分为多个连续的非均匀网格,结合钢轨线路历史打磨信息,建立基于可靠性理论的钢轨波磨的生存分析模型,量化各异质性因素对波磨的影响程度,并对打磨周期进行评估.结果表明：该模型能够评估不同异质性因素影响下钢轨波磨的打磨周期,对于指导地铁线路的养护维修具有一定现实意义.     

重载铁路钢轨波磨对有砟道床动力特性的影响

为分析钢轨波磨对重载铁路有砟道床动力特性的影响,考虑道砟颗粒的不规则外形,采用离散单元法建立了有砟道床的数值模型.通过施加由车辆-轨道耦合动力学模型计算得到枕上动压力,分析了有砟道床在钢轨波磨条件下的动力响应.结果表明:钢轨波磨会降低道床稳定性,显著提高散体道床的振动水平;钢轨波磨区段砟颗粒之间的接触力会有较小程度的增...     

变速工况下基于WSST的地铁钢轨波磨检测

地铁列车由于制动和启动较为频繁会出现钢轨波磨,对列车运行造成安全隐患,有效地检测变速工况下钢轨波磨的产生有助于提升地铁轨道车辆的安全性和运营舒适性。利用多体动力学仿真软件SIMPACK构建地铁车辆动力学分析模型,并将钢轨波磨仿真信号输入轨道,以获得变速工况下的轴箱加速度数据。针对变速工况下波磨产生的非平稳调频信号,采用优化的同步压缩连续小波变换(wavelet synchrosqueezing transform, WSST)的方法对该数据进行时频分析。通过使用钢轨波磨仿真信号进行分析验证,结果表明：所提出的诊断方法可以有效对牵引及制动工况下的钢轨波磨进行诊断,实现故障频率的准确定位,且具有较高的频率分辨率以及抗干扰性能,具有一定的普适应用价值。     

论曲线钢轨固体润滑减磨技术

结合实际工作经验,对曲线钢轨固体润滑减磨技术进行了论述和效益分析,并提出了改进建议.     

地铁直线轨道波磨成因及发展特性

为分析地铁直线段钢轨波磨的成因及发展特性,基于轨道结构有限元模型和车辆-轨道耦合动力学模型,运用模态分析和动力分析对钢轨波磨的产生和发展进行研究。结果表明：（1）实测波磨的线路条件和通过频率范围与Pinned-Pinned共振导致的响轨波磨接近,初步认为该区段发生的波磨可能为响轨波磨;（2）轨道结构模态分析发现,513.7Hz处的振动模态为轨道结构的横向Pinned-Pinned共振模态,1050.0Hz处的振动模态为轨道结构的垂向Pinned-Pinned共振模态;车辆-轨道耦合模型动力分析发现,钢轨垂向振动加速度级在中心频率500Hz和1000Hz处幅值较高,分别为69.7dB和70.1dB,且上述中心频率所对应的三分之一倍频程带宽为轨道结构发生Pinned-Pinned共振的频率范围,因此分析认为该线路上的钢轨波磨为轨道结构Pinned-Pinned共振所致的响轨波磨;（3）不同轨枕间距和运营速度下的钢轨垂向振动加速度级变化趋势基本一致,且中心频率500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级幅值较高。随着轨枕间距和运营速度的变化,500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级变化趋势相同;通过改变轨枕间距和运营速度,可以使得钢轨垂向振动加速度级发生明显变化,说明适当的轨枕间距（700mm左右）和运营速度（80km/h左右）能够有效的控制响轨波磨的产生和发展。     

基于轮轨黏滑特性的地铁线路波磨趋势分析

针对地铁线路上普遍存在的波磨问题,依据实际运营情况,建立了车辆-轨道刚柔耦合数值模型,借助实测数据验证了模型的有效性.分析了直线和曲线轨道上的轮轨黏滑特性,并利用黏着系数总体离散率衡量了钢轨波磨的发生趋势,同时分析了黏滑振动的相位同步条件.结果表明：当不考虑轨面不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生横向黏滑振动的趋势,但振动强度相对较小;当存在短波不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生纵向黏滑振动的趋势,且振动强度相对较大;当存在长波不平顺时,直线轨道轮轨界面具有发生横向黏滑振动的趋势,但振动强度相对较小.对于直线无不平顺或存在长波不平顺情况,出现波磨或波磨进一步发展的原因与轮轨横向黏着系数达到饱和有关;而对于直线短波不平顺情况,波磨进一步发展的原因则与轮轨纵向黏着系数达到饱和有关.曲线轨道上内外侧轮轨均具有发生黏滑振动的趋势,且短波不平顺的存在会加剧黏滑振动强度.内侧轮轨界面纵横向黏着系数总体离散率大于外侧对应值,表明内轨更容易发生强度较大的黏滑振动,从而促使内轨波磨形成和发展.轨面固定缺陷会导致相同位置处产生同相位的钢轨磨耗,赋予同相位的周期黏滑振动,并沿着钢轨纵向发展,最终形成钢轨波磨.     

动车组运营下轨道参数对小半径曲线钢轨侧磨的影响

为减缓动车组运营下小半径曲线外股钢轨侧磨,延长钢轨使用寿命,利用SIMPACK软件建立了小半径曲线轮轨磨耗仿真模型。仿真分析了超高、轨距、钢轨表面摩擦系数及轨底坡对动车组通过时小半径曲线外轨所受横向力、导向轮冲角及轮轨磨耗指数的影响规律。研究结果表明:钢轨表面摩擦系数及轨底坡对小半径曲线外轨侧磨影响较大,适当降低钢轨表面摩擦系数可以较大程度上降低曲线外轨所受横向力及磨耗指数;调整外轨轨底坡至1∶20,内轨轨底坡至0,对曲线外轨所受横向力及导向轮冲角影响较小;但对轮轨磨耗指数影响较大,有利于减小曲线外轨侧磨。根据研究结果,针对某动车所小半径曲线制定了减磨方法;并对改造后曲线进行了轮轨力测试和钢轨廓形测试。测试结果表明,减磨方法效果明显,可延长曲线外轨服役寿命3倍以上。     

基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析

为阐明地铁直线轨道上的异常波磨现象,从轮轨滚动接触层面研究钢轨波磨特性。首先,调研实测线路波磨特征,并建立三维轮轨滚动接触有限元模型;然后,分析轮轨黏滑特性以及轮轨接触和钢轨磨耗特征,以期从微观瞬态角度解释钢轨波磨的演化过程;最后,结合系统稳定性分析,从宏观上表征钢轨波磨的发展趋势。研究结果表明,在无波磨工况下,轮轨接触未出现黏滑过程,因而钢轨波磨不会形成;在波磨工况下,轮轨接触出现了轻微的黏滑运动,进而促使初始波磨继续发展。对于轨面接触区域中的固定节点,其所在断面的应力和应变最大值会随着车轮运行逐渐从次表面转移至表面,由于断面损伤易发位置与应力和应变最大值密切相关,因此,损伤易发位置也会在次表面首先形成并逐渐转移至表面,这从微观角度说明波磨断面波峰/波谷的形成是一个由下而上的损伤累积过程;在车轮单次运行后,波磨区域发生了明显的不均匀相对滑移,进一步说明初始波磨仍处在发展过程中;轮轨系统不稳定振型对应频率与实测波磨通过频率相近,表明初始波磨将随着车轮运行逐渐加剧。     

基于瞬态接触特性的科隆蛋扣件轨道波磨形成机理

为从轮轨瞬态接触黏滑振动角度探究地铁线路上钢轨波磨的形成机理,该文首先根据现场波磨情况建立了三维轮轨滚动接触有限元模型并论证其有效性;然后,分析了车轮运行过程中的接触黏滑状态,并讨论了轮轨接触黏滑特性与波磨生成的关系;最后,研究了轮轨系统固有特性和钢轨纵向磨耗特征。结果表明：凹坑缺陷改变了轮轨滚动接触黏滑分布,导致轮轨界面发生滑移并诱发轮轨系统失稳,且滑移会进一步引起钢轨磨耗,以致最终可能形成波磨。综合轮轨接触黏滑特性和复模态分析的结果,可将钢轨波磨的形成机理归为轨面缺陷激励引发的轮轨系统的固有不稳定振动,且该不稳定振动表现为钢轨相对于轨道板的垂向弯曲振动。当车轮经过凹坑缺陷时,会产生瞬态纵向波动磨耗,且磨耗的特征波长为40～50 mm,这与实测线路上的波磨波长情况相符,从而进一步验证了钢轨波磨的形成机理。     

曲线钢轨波磨打磨方法

在研究地铁波磨成因机理基础上,调研分析了现有打磨手段特点和局限性,提出了一种新型的简易打磨方法,实现了更精准和有效的快速打磨.研制了自动化便携式多轮组打磨装置,在地铁线路上进行了打磨试验,并对地铁线路曲线钢轨波磨区段进行了添乘车厢振动和噪声测试以及波磨数据的精确测量.打磨前后的测试数据和波磨测量数据表明,打磨后的线路车辆车厢振动明显降低,打磨前出现的啸叫声完全消失,噪声明显减弱,表明所研制的打磨机对曲线段的钢轨波磨能进行有效治理,打磨效果和效率优于传统的打磨方法和装置.     

北京地铁某线路波磨测试及振动测试分析

地铁列车运行时对周边环境的振动影响给不少市民的正常生活带来了一定困扰,由此引发的市民投诉较为频繁。为探究上述问题,文章对北京市地铁某线路区间开展了钢轨波磨和振源振动现场测试工作,采用1/3倍频程波长谱和移动波深幅值峰-峰平均值PPR来表达钢轨波磨的程度,采用振动加速度级VAL、铅垂向Z振级VL_z、累计百分Z振级VL_z10和最大Z振级VL_{z max}等物理量来描述钢轨、道床和隧道壁处铅垂方向的振动强度,分别研究了高峰时间段内和非高峰时间段内地铁列车运行时对钢轨、道床和隧道壁的振动响应特性。     

钢轨铣磨作业过程中的温度场建模与实验研究

钢轨铣磨作业会产生大量切削热,致使作业区钢轨表面温度不断升高,温度过高易造成刀具磨损,降低铣磨修复效率,甚至直接烧伤材料表面,使钢轨修复得不偿失.文中通过对钢轨铣磨修复过程进行分析,基于线热源法理论,分别建立钢轨成形铣削和成形磨削的温度场模型,之后通过温度场迭加获得钢轨铣磨联合作业温度场模型.同时,搭建专用的铣-磨实验台,开展钢轨铣磨实验,验证了模型的合理性.然后借助该温度场模型预测铣磨过程中的温度分布,分析不同加工参数对工件表面温度的影响,结果表明随铣磨速度、进给速度和铣磨深度的增加铣磨区工件表面温度均呈现上升趋势.此外,通过铣磨速度配比和加工用量选择可实现对铣磨区域的温度控制,从而预防铣磨过程中钢轨材料烧伤.     

道岔尖轨减磨剂的研究与应用

在重载运输条件下，道岔尖轨磨耗十分严重，频繁更换钢轨不仅浪费人力和物力，也给运输生产带来安全隐患。该文以固体润滑理论为基础，研制了一种用于降低尖轨磨耗的尖轨减磨剂。现场试验证明，在尖轨侧面涂覆尖轨减磨剂能够有效地降低尖轨磨耗，延长尖轨使用寿命。     

硬齿面刮削滚刀重磨齿形精度分析

为了保持硬齿面刮削滚刀重磨后的齿形精度,关键的问题是如何确定其前刀面重磨时的偏距数值,而根本的问题则是如何选用合适的铲磨工艺参数.本文用数学解析方法,可求得刮削滚刀前刀面上的侧刃方程、铲磨滚刀的砂轮廓形以及滚刀侧后刀面上各点的三维坐标,从而能得到按一定偏距数值重磨前刀面时侧刃上各点相对于滚刀基本蜗杆螺纹的位置偏差.那么用优选方法就可计算出在容许的偏差范围内各个铲磨工艺参数的数值。