大秦铁路轨道修理中钢轨打磨的研究

随着运量和轴重的不断增加,钢轨伤损情况明显加重。钢轨打磨可以有效解决钢轨的疲劳伤损。为此针对大秦铁路钢轨滚动接触疲劳伤损进行了钢轨打磨方面的研究,简述了大秦铁路钢轨打磨现状,提出了钢轨打磨试验方案。     

焦柳线石门段U71Mn 50 kg/m钢轨核伤扩展寿命的估计

根据焦柳线石门段U71Mn 50 kg/m钢轨的运营状况,在室内利用三点弯曲试验测定了该钢轨的裂纹扩展速率曲线即a-N曲线,经过回归分析,得出了该钢轨疲劳裂纹扩展速率的材料系数C=3.8771×10-12,m=3.6343;根据Paris公式对该钢轨在产生可探测的核伤(核伤直径不小于10 mm)后由核伤扩展控制(核伤面积占轨头面积的30%)的使用寿命进行估计,确定该钢轨在2002a的运营条件下的使用寿命为所通过的总运量不超过46.8 Mt,营运时间不超过421 d,为管理部门对线路的养护、维修提供了依据.     

浅谈钢轨探伤技术在线路维修检测中的应用

中国已进入高速铁路时代,线路负荷重,运量大,线路安全隐患加剧,钢轨探伤技术能够及时发现钢轨内部伤损,为避免钢轨脱轨,发生重大安全事故起到了重要作用。     

12号合金钢组合辙叉单开道岔疲劳裂纹萌生寿命预测

基于有限元分析软件建立12号合金钢组合辙叉单开道岔静、动力学分析模型;基于列车直、侧向过岔的动力仿真结果,确定岔区钢轨疲劳敏感区域,并提取敏感区域疲劳荷载谱;采用静力分析模型研究单位荷载下各敏感区域钢轨内部应力分布情况;基于Miner线性累积法则对岔区钢轨疲劳裂纹萌生寿命进行预测;研究列车轴重、速度对钢轨裂纹萌生寿命的影响;给出不同轴重、不同速度列车通过时岔区钢轨疲劳敏感区域裂纹萌生寿命的预测公式.结果表明:道岔不同敏感区域钢轨的疲劳裂纹萌生寿命相差很大,列车轴重及侧向通过速度对钢轨的疲劳裂纹萌生寿命有很大影响,疲劳裂纹萌生寿命随列车轴重的增加而大幅降低,随列车侧向通过速度的增加也有所降低.     

钢轨闪光对焊接头断口金相分析

进行了钢轨闪光对焊接头断口金相研究，结果表明，钢轨接头断裂系疲劳断裂，氧化物夹杂是疲劳裂纹源。     

国外钢轨发展动态

前言钢轨是轨道的重要设备。因为制作钢轨要用大量钢材,投资大,并且它直接承受车轮的滚动,钢轨状态是否良好,直接影响线路质量,影响铁路通过能力和行车安全。近年来国外一些国家由于机车车辆轴重、运行速度和运量的提高,促使钢轨材质、断面及重量都有变化。一些国际铁路组织或国家通过维修线路和科学实验对影响钢轨使用寿命诸因素加深了认识。因而采取了一些新措施,相应地制定了一些新规章。本着洋为中用的原则,下面介绍国外在发展钢轨方面的一些情况及倾向。     

浅谈钢轨超声波探伤中B显的应用及典型伤损图谱的分析

随着朔黄铁路运量的加大及万吨列车的增加,钢轨磨耗严重,钢轨伤损日益增加,提高重载铁路钢轨探伤质量已成为一项保证铁路畅通运行的重要措施.本文通过对管内近一年来钢轨探伤B显的应用及伤损B显图谱的分析,归纳总结了一些需要重视的伤损B显图,以此提高在B显回放过程中对伤损的准确分析判断,减少伤损的漏检,保障运输安全.     

试论列车轴重对钢轨磨耗与损伤的影响

本文从摩擦、接触理论与断裂力学方面论述了轴重与钢轨磨耗和损伤的关系,并结合现场的调查资料与实际情况,提出钢轨磨耗与破损和轴重成指数关系而与运量成比例关系的结论。为适应我国重载运输的需要和轴重不断提高的趋势,对轨道与转向架结构提出了改进建议。     

钢轨残余应力试验与分析

钢轨残余应力是由于钢轨在轧制、焊接、淬火及运营过程中受外力,温度等作用而造成的内部固有应力。它影响钢轨的使用寿命。我们对我国铁路上大量使用的各种钢轨(包括新的50、60公斤普通标准轨、焊接轨、淬火轨以及在线路上使用一段时间以后的旧轨),做了钢轨表面及内部的纵向残余应力测定。本文总结了试验结果,并对各种钢轨的残余应力初步地进行了理论分析;在指出钢轨残余应力与疲劳断裂关系的同时,从残余应力角度分析了钢轨疲劳核伤的形成;从调整钢轨残余应力分布、减少残余拉应力,延长钢轨使用寿命的角度,对钢轨焊接、淬火工艺提出了一些改进意见。本项科研试验工作是在北京铁路局焊轨队及上海铁路局工务工厂的大力协作和支持下完成的。     

低接头处钢轨的弯曲应力计算

研究车轮在钢轨上的运动是确保铁路运输安全、高效的基本前提,通过编程计算出轨道不平顺处的钢轨底部弯曲应力,为预测钢轨的疲劳寿命提供了理论依据．     

考虑轨道几何不平顺的钢轨裂纹萌生与磨耗共存预测

在钢轨裂纹萌生和磨耗发展共存预测方法的基础上,考虑了轨道几何不平顺对轮轨接触位置分布、磨耗和疲劳损伤的影响,引入轮轨接触点在钢轨上的分布概率,分散了钢轨的磨耗和疲劳累积.分析结果表明:考虑轨道几何不平顺的情况下,轮轨接触点的分布范围和概率随着磨耗和型面变化而变化,钢轨表面磨耗和内部疲劳损伤分布范围均加宽,而损伤速率降低.预测得到800 m曲线半径外轨在裂纹萌生前的平均磨耗发展率为3.813 1μm·万次~(-1),相较未考虑不平顺的结果降低了15.92%.裂纹萌生寿命预测结果为318 292次,相较未考虑不平顺的预测结果增大了14.66%.裂纹萌生点的位置比未考虑不平顺时略远离钢轨中心.     

U75V热处理钢轨滚动接触疲劳裂纹和磨耗试验

对U75V热处理钢轨进行不同通过总重时的表面观测、取样、磨耗测量、实验室疲劳裂纹长度与深度显微照相以及断面硬度测量,分析钢轨的轨距角滚动接触疲劳裂纹、磨耗和硬度的关系.研究发现,轨距角疲劳裂纹的发展包括裂纹快速萌生和扩展、裂纹-磨耗共存和发展、磨耗控制裂纹三个阶段.轨距角的裂纹向钢轨内部扩展,裂纹与钢轨纵向水平线呈10.8°~29.4°.硬化层硬度在340~360 HB及以上时,磨耗发展率小于0.015mm·Mt-1,而疲劳裂纹萌生扩展较快,应考虑钢轨上道后至通过总重5~10 Mt期间实施新轨预打磨、通过总重30~60 Mt时实施预防性打磨,以平衡磨耗与裂纹的关系.同时,U75V热处理钢轨具有340~360HB及以上硬度的硬化层厚度应大于10mm.     

基于轮轨作用关系的钢轨养护研究

本文基于轮轨作用有限元示意图,利用ANSYS大型有限元分析软件计算轮轨接触应力,并得出钢轨的疲劳伤损和磨耗伤损的主要表现,并在此基础上提出了钢轨的几点养护方法和策略,以期待对我国铁路部门的钢轨保养提供有益的帮助.     

影响钢轨疲劳裂纹萌生寿命的主要因素分析

建立了钢轨3维弹塑性有限元计算模型,分析了接触斑内应力应变场特点.分析结果表明,在接触斑内钢轨处于三向压缩应力状态,有较大的静水压力;认为静水压力影响滚动接触疲劳裂纹萌生寿命.以临界平面法为基础,提出了考虑静水压力影响的滚动接触疲劳裂纹萌生寿命预测模型,分析了轮载和摩擦系数对疲劳裂纹萌生的影响.结合具体算例分析表明:随着静水压力增大,静水压力对滚动接触疲劳裂纹影响在增大;随着轮载和摩擦系数增加,滚动接触疲劳裂纹萌生寿命迅速减少.     

蠕滑曲线对地铁小半径曲线轮轨接触特性的影响

为了降低地铁小曲线半径处钢轨的损伤,延长钢轨使用寿命,提出合适的轮轨摩擦因数和Kaker权重系数。首先,基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用SIMPACK软件建立了小半径曲线动力学模型,考虑轮轨磨耗与滚动接触疲劳的耦合关系,建立钢轨损伤模型;其次,根据标准工况下动力学计算结果,分析小半径曲线轮轨动态相互作用特征,研究内侧和外侧钢轨的损伤特性,提出了最优损伤方案;然后,设置50个轮轨摩擦因数和Kalker权重系数匹配方案,分析摩擦因数和Kalker权重系数对轮轨动态相互作用和钢轨损伤特性的影响;最后,综合考虑车辆运营安全性和钢轨损伤特性,提出轮轨摩擦因数和Kaker权重系数匹配方案。研究结果表明:在标准工况下,内轨损伤形式为磨耗,外轨的磨耗程度大于内轨磨耗程度,考虑到缓和曲线上累积的疲劳损伤,外轨的使用寿命更低;Kalker权重系数越小,轮轨横向力、脱轨系数和车体横向振动加速度最大值越小,Kalker权重系数越小且摩擦因数对轮轨动力行为、磨耗和疲劳损伤的影响越小。建议小曲线半径地段轮轨摩擦因数应不大于0.2,Kalker权重系数应该不大于0.1,此时内轨和外轨磨耗指数最大值均小于100 N,钢轨几乎不产生磨耗,内轨和外轨疲劳损伤最大值为0,大幅提升了钢轨的使用寿命。     

摩擦系数对滚动接触疲劳裂纹萌生和磨耗影响

提出了疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展离散化过程建模设想,根据临界平面法材料疲劳损伤理论和Archard磨耗理论,建立钢轨三维疲劳裂纹萌生与磨耗共存发展预测模型,分析轮轨接触位置的摩擦系数对曲线段钢轨表面疲劳裂纹萌生与磨耗发展的影响.结果表明,摩擦系数对接触斑面积、形状和位置无影响,但影响轮轨接触斑黏着区/滑动区的分布和切向应力状态;随着摩擦系数的增大,钢轨的平均磨耗发展率增加、磨耗量增大、裂纹萌生寿命减小,其中,摩擦系数从0.3增大至0.7时,外轨和内轨的平均磨耗发展率分别增大了约17%～55%、16%～42%,外轨和内轨的裂纹萌生寿命分别降低约24%～34%和18%～35%;随着摩擦系数的增加,外轨的裂纹萌生位置从轨面以下2.0～2.5mm处向亚表面0.9～1.0mm移动;内轨的裂纹萌生位置基本处于轨顶面下2.4～2.6 mm;轮轨接触位置的摩擦系数控制在0.3～0.4的范围,可以达到延长钢轨疲劳裂纹萌生寿命、减缓钢轨磨耗的目的.     

钢轨寿命的估算—论钢轨的疲劳裂纹扩展

本文提出的寿命估算法以线弹性断裂力学为基础。首先分析了影响钢轨疲劳裂纹扩展的各种因素,然后用等效应力强度因子的方法,根据 Paris公式和国内外的试验数据,试算了各种缺陷类型钢轨的寿命,其结果与实际大体一致。本文最后指出,钢轨螺栓孔的加工和踏面以下5毫米内的残余应力和材质对钢轨的寿命影响极大,为了有效地提高钢轨的寿命,对这些部位的材质和加工工艺必须予以特别注意。     

两种PD3钢轨钢的低周疲劳比较

通过对攀钢生产的两种PD3钢轨钢（热轧和离线全长热处理）的非对称低周载荷疲劳实验,比较了平均应力和荷载幅值对两种PD3钢轨钢寿命的影响。分析了两种PD3钢轨钢在固定荷载循环条件下不同寿命阶段试样理论应力最大处的维氏硬度的演化。     

浅析消灭钢轨低接头病害的方法

神朔铁路神木北至朔州段线路初期采用60KG／M钢轨，S-1、S-2型预应力混凝土枕，钢轨接头采用对接形式，接头配件采用与钢轨相应的六孔双头式夹板及接头螺栓和弹簧垫圈，扣件采用弹条Ⅰ型扣件，道床材料全部采用石灰岩二级道碴。本段线路自1996年7月开通运营以来，到2001年底已完成运量7350万吨。到2002年底止，在本段235公里线路上，因钢轨裂纹和内伤累计换轨932根，其中因钢轨裂纹换轨占67％，分析其原因，主要是由于低接头病害而造成的。     

不同轴重下轮轨损伤行为研究

利用MMS-2A摩擦磨损试验机开展轮轨滚动接触模拟试验,探讨研究了轮轨试样在不同轴重下的损伤特性.结果表明:轴重的增加使得轮轨间摩擦系数变大,车轮和钢轨的磨损加剧,其主要磨损机制由轻微剥落向严重剥落发展.随着轴重的增加,轮轨试样断面累积塑性变形厚度以及疲劳裂纹萌生的概率都显著增大.在相同轴重下,钢轨试样累积的塑性变形厚度较大,疲劳裂纹萌生的概率也大.随着轴重的增加,轮轨试样疲劳裂纹扩展速率变大,疲劳损伤明显加重.