轮对振动对产生钢轨异常波磨的影响
轨道振动特性对高速铁路钢轨波磨的影响初探
轨道振动特性对高速铁路钢轨波磨的影响初探作者：柳贺来源：《科学与财富》2018年第15期摘要：高速铁路是铁路的一种，其突出优势是行进速度快，具备较强的运力，一些内部、外部因素会影响高速铁路钢轨性能，产生波磨。
基于此，本文选取我国某地高速铁路钢轨作为研究对象，了解其特点，并通过实验模拟了解轨道振动特性对高速铁路钢轨波磨的影响，再以此为基础，给出若干改进建议，以期通过分析明晰理论，为后续高速铁路钢轨相关工作的优化提供参考。
关键词：轨道振动；钢轨波磨；典型激励；钢轨共振前言：钢轨磨波是一种典型的钢轨损耗，一般指钢轨表面（主要是顶部）的波浪状磨损，其反应的破坏特点是抗压屈服。
我国是世界上铁路里程最长的国家之一，目前投入运营的铁路总里程在10万公里以上，高速铁路的建设近年来也得到了更加广泛的重视，由于部分高速铁路运输压力大，时常会出现钢轨磨波，对列车行驶安全带来一定的负面影响，也导致维护成本增加，加以分析十分必要。
1.分析对象1.1钢轨磨波的危害钢轨磨波的危害包括增加维护工作量、加快铁路老化速度、加快零件老化速度三个方面，如果长期得不到有效处理，也会影响铁路的安全性能。
由于钢轨磨波一经产生后，必然在后续使用过程中的导致较为明显的应力集中，这种应力集中会随着铁路公路压力的增加而增加，直到钢轨表面得到处理前，铁道的弹性、减震能力都会变差，目前我国高速铁路轨道磨波出现后会得到较为及时的处理。
减震能力和铁道弹性下降又会导致磨波低段的手里不均，使该段老化速度加快，并增加对连接部位零件的冲击，加速器损坏老化。
铁道部门需要投入更多精力和财力进行维护保养，工作压力、工作量都增加了。
1.2典型案例本次研究对象为我国某地一段高速铁路，投入使用2年零4个月，该段存在较为明显的钢轨磨波，共4处，本次研究选取其中两处。
其中1号钢轨磨段的显著波长为102-114mm，次显著波长为42-55mm，经实测两段钢轨通过频率分别为1060-1240Hz和480-760Hz；2号钢轨磨段的显著波长为114-121mm，次显著波长为46-58mm，经实测两段钢轨通过频率分别为1210-1280Hz和510-780Hz。
浅谈车辆轮对扣件刚度对钢轨波磨影响
浅谈车辆轮对扣件刚度对钢轨波磨影响摘要：本文主要基于轮轨摩擦耦合自激振动导致钢轨波磨的观点，建立轮轨系统有限元模型。
对地铁线路小半径曲线轨道钢轨波磨进行研究。
通过计算结果表明，在饱和蠕滑力作用下会产生钢轨波磨的趋势，扣件横向刚度和垂向刚度对自激振动的影响具有一定的差距，垂向刚度比较明显。
当垂向刚度约为20MN/mm 时，最容易发生钢轨波磨。
关键词：地铁车辆；钢轨波磨；扣件刚度；影响前言波磨的形成机理可以分为两大类，第一：由于钢轨表面的初始不平顺导致轮轨间瞬时动态接触特性的变化而产生；第二：由于轮轨间粘着滑现象引发的自激振动导致轮轨间摩擦功发生变化而产生。
磨擦严重的需要更换钢轮，成本很高。
下边建立小半径曲线轨道上更为准确的轮轨系统模型，采取方法对稳定性和动态特性进行分析，讨论扣件刚度对钢轨波磨的影响。
一、轮轨系统的磨擦自激振动模型（一）动车轮对---钢轨的接触模型现场调研发现，当地铁线路的曲线半径R≥650～800m时，很少发生钢轨波磨；当曲线半径R≤350 m时，产生波磨。
这是由于当轮对通过小半径曲线轨道时转向架导向轮对左右两轮与钢轨间的蠕滑力趋于饱和状态，在饱和蠕滑力作用下，轮轨系统容易发生摩擦自激振动，从而产生钢轨波磨。
因此，本文的主要研究对象为动车转向架前轮对一钢轨系统。
图1 小半径曲线轨道上动车轮对一钢轨的接触模型由图1可以发现，外侧车轮与高轨的接触点位于车轮轮缘与轨头侧面之间，接触角为δL内侧车轮与低轨的接触点则位于车轮踏面与轨头之问，接触角为δR。
通过Simpack模拟仿真可知，当车辆以70km/h的速度通过半径为300 m的曲线时，左侧轴箱的垂向和横向悬挂力分别为FSVL=42.7kN和几FSLL=6.4kN，右侧轴箱的垂向和横向悬挂力分别为FSVR=35.6kN和FSLR=6.3 kN．同时，通过试验验证及参考文献可以得到轨道的支撑刚度和阻尼，其具体参数设置如下：扣件的垂向和横向刚度分别设置为KRV=40.73 MN/m和KRL=8.79MN/m；垂向和横向阻尼分别设置为CRV=9898.70 N?s/m和CRL=1927.96N?s/m。
钢轨波磨产生的原因
钢轨波磨产生的原因
钢轨波磨是指钢轨在列车通过后在一段距离上出现的波状磨损现象。
其产生原因主要有以下几点：
1.列车的运行：列车在铁路上高速行驶时会产生振动和冲击力，这些力会作用于钢轨上，导致钢轨表面出现波状磨损。
2.轨道结构和几何：轨道不平整或者几何不良会加重列车通过
时产生的振动和冲击力，进而导致波磨的产生。
3.轮轨作用力：列车的车轮和钢轨之间存在着特定的作用关系，例如弯轨、弯径不匹配、轮对不正等，这些因素会引起轮轨作用力不均匀，产生波磨。
4.轨道维护不当：如果轨道的维护不及时或不当，则会加速钢
轨的磨损，容易产生波磨。
5.车轮磨损：车轮的磨损也会影响轮轨作用力，进而导致波磨
的产生。
总结起来，钢轨波磨的产生是由列车运行、轨道结构和几何、轮轨作用力、轨道维护以及车轮磨损等多种因素共同作用的结果。
小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施
小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施小半径曲线的换轨周期，主要由上股钢轨的侧面磨耗和波形磨耗来控制。
我国铁路行业小半径曲线上的钢轨有98％是由于侧面磨耗超限而报废的。
对于小半径曲线上的钢轨而言，轮轨的磨耗和损伤十分严重，具体表现在曲线上股钢轨侧磨加剧，导致几何形状发生改变，有效截面减小，影响运营安全。
因此，必须在钢轨磨损达到一定限度时就更换钢轨，以保证列车的运营安全。
严重的钢轨侧面磨耗减少了钢轨的强度，加剧了钢轨的伤损，缩短了钢轨的使用寿命，不仅浪费大量的资金，而且还干扰运营任务的完成。
因此，延长钢轨使用寿命对解决轨道交通因钢轨磨耗而出现报废的问题具有积极意义。
1 曲线钢轨磨损机理钢轨磨耗主要有垂直磨耗、侧面磨耗、鞍型磨耗和波形磨耗（简称波磨）等。
其中影响最大的是钢轨的侧面磨耗和波形磨耗，下面就这两种磨耗机理进行简单阐述。
波磨机理波形磨耗是指钢轨使用后钢轨顶面出现的波形不均匀磨耗。
按其波长分为短波（波纹形磨耗）和长波（波浪形磨耗）两种。
据研究，钢轨波形磨损形成的充要条件是轮轨接触点上的法向力和切向力联合作用结果，使旧钢轨轨头内产生2～7mm深的塑性区，并且在纵向负蠕滑率作用下，塑性区向上向前产生碾压变形基础单波，同时踏面经过不均匀磨耗和压宽，由单波发展成多波，从而导致波形磨损的发生和发展。
在轮轨系统中，影响钢轨波磨形成的因素很多，大致分为两类：一是轮对的扭转粘滑振动的强度，它决定了是否会形成钢轨波磨；二是在车辆运行条件下，钢轨波磨是否会进一步发展，是加速还是减缓波磨的发展，则取决于轨道弹性和阻尼、机车车辆及其走形部构造特性、曲线半径、轮轨间粘着系数及轮轨蠕滑力特性曲线、轨道不平顺等因素(见图1)。
图１波磨示意图侧磨机理钢轨侧磨发生在小半径曲线的外股钢轨上，是目前曲线上伤损的主要类型之一。
列车在曲线上运行时，轮轨的摩擦与滑动是造成外轨侧磨的根本原因。
当机车车辆在直线轨道上运行时，一般轮轨间仅为一点接触，但列车通过小半径曲线时，外轮缘与外轨的轨距线相互贴靠，产生两点接触现象，并在该点上产生钢轨对车轮的导向力。
地铁线路钢轨波磨对车辆振动特性的影响
地铁线路钢轨波磨对车辆振动特性的影响董勇，康彦兵，张华鹏，吴磊*（西南交通大学机械工程学院，四川成都 610031）摘要：某地铁线路运营过程中，在通过波磨区段时车辆振动水平加剧，从而导致车辆的轴箱盖螺栓、一系悬挂弹簧等部件频繁发生疲劳断裂。
为了研究钢轨波磨对车辆振动特性的影响，首先在车辆各主要部件上安装振动加速度传感器，然后在存在钢轨波磨的线路上开展车辆振动测试，根据获取的振动加速度数据来分析钢轨波磨、轨道结构及钢轨打磨前后条件下车辆轴箱、弹簧座、构架和车体地板的振动特性。
结果表明：钢轨波磨对车辆轴箱、弹簧座和构架的振动影响较大，但对车体地板的振动影响不明显。
轮轨系统振动在传递过程中，二系悬挂系统起到了较大的衰减振动能量的作用。
当打磨后的钢轨波磨依然存在但波深显著降低的前提下，车辆轴箱和构架的振动水平显著降低，车体地板振动水平无明显变化。
关键词：波磨；钢轨打磨；振动特性；地铁线路中图分类号：U270.1+1 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2021.10.004文章编号：1006-0316 (2021) 10-0022-08All Rights Reserved.Effect of Rail Corrugation in Metro Line on Vibration Characteristics of VehicleDONG Yong，KANG Yanbing，ZHANG Huapeng，WU Lei( School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China ) Abstract：During the operation of a metro line, the vehicle vibration level increased when the vehicle passedthrough the corrugated section, which caused frequent fatigue fractures of vehicle components, such as axle boxcover bolts and primary suspension spring. In order to study the influence of rail corrugation on vehicle vibrationcharacteristics, we firstly installed vibration acceleration sensors on the main components of the vehicle, andthen conducted vehicle vibration tests on the rail corrugated line. Based on the vibration acceleration dataobtained, we analyzed rail corrugation and track structure and the vibration characteristics of the vehicle axlebox, spring seat, frame, and car body floor before and after rail grinding. The results show that rail corrugationhas a significant impact on the vibration of vehicle axle box, spring seat and frame, but the vibration on car bodyfloor is not obvious. During the transmission of the vibration of the wheel-rail system, the secondary suspensionsystem plays a great role in weakening the vibration energy. When the grinded rail corrugation still exists and thewave depth is significantly reduced, the vibration level of the vehicle axle box and frame is significantly reducedaccordingly, but there is no significant change in the vibration level of car body floor.Key words：rail corrugation；rail grinding；vibration characteristics；metro line———————————————收稿日期：2021-02-18基金项目：国家自然科学基金（51775454，51605395）；四川省科技计划（2020YJ0034，2020JDTD0012）随着城市轨道交通的不断发展，各城市的地铁线路不可避免地出现了不同程度的钢轨波磨。
浅析钢轨波形磨耗成因及防治
浅析钢轨波形磨耗成因及防治发表时间：2018-12-28T13:40:07.187Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：鲁笑琳[导读] 钢轨是铁路的重要组成部分，其质量将影响铁路工程的应用,不仅对铁路的寿命有直接影响，而且对铁路列车的安全产生影响。
本文就钢轨磨耗成因及预防措施进行了研究。
鲁笑琳中国铁路昆明局集团有限公司昆明南工务段云南昆明 650200摘要：钢轨是铁路的重要组成部分，其质量将影响铁路工程的应用,不仅对铁路的寿命有直接影响，而且对铁路列车的安全产生影响。
本文就钢轨磨耗成因及预防措施进行了研究。
关键词：钢轨波形磨耗；成因；影响因素；防治前言钢轨波形磨耗是线路上常见的钢轨病害之一。
钢轨波形磨耗会引起很高的轮轨相互作用力，加速机车车辆和轨道各组成部分的损坏，以至影响列车安全。
随着我国高速铁路的长期运营，钢轨波磨问题越来越受到重视。
1波磨的成因钢轨波形磨耗是指钢轨顶面纵向规律性的起伏不平的磨耗现象。
钢轨波形磨耗会增大轮轨振动和噪声，加大钢轨和轮对的荷载，能引起很大的轮轨附加动力，额外消耗牵引能源，加速轨面伤损和道床永久变形，增加维修养护费用，大大减小其使用寿命，甚至会影响行车安全。
钢轨波磨按波长分为波纹形和波浪形两种。
波纹形磨耗的波长为30-60mm，波幅为0.1-0.4mm，这种轨顶周期性不平顺，多发生在高速行车地段。
波浪形磨耗的波长为60-3000mm，波幅为2mm以下，主要发生在低速重载铁路上。
钢轨的波形磨耗主要发生在道岔区段钢轨、曲线地段钢轨、线路下沉地段的钢轨、难于经常维持道床捣固密实的钢轨、道床板结弹性差的钢轨以及轨道结构受约束较多较复杂的钢轨。
1.1曲线区段波形磨耗产生原因波形磨耗多出现在曲线地段，同时曲线半径越小，出现和发展的速率越快。
在曲线处轨道结构受到的作用力相对于直线路段是存在加成的，轮轨之间作用加大，波磨情况必然加剧。
轮对在曲线地段的振动表现为粘滑振动，在半径较小的曲线地段，轮轨间蠕滑力接近饱和，轮轨间磨耗功发生剧烈波动,造成钢轨的不均匀磨损或压溃。
钢轨波浪型磨耗概述
钢轨波型磨耗概述1．钢轨波形磨耗的产生机理钢轨波浪型磨耗(简为波磨)一般有三类：磨损性波磨、塑流性波磨和混合性波磨。
轨头有明显的波浪型磨损痕迹，钢轨上呈显可见的波谷与波峰，但无明显磨损凹陷，属于磨损性波磨，也是最常见的一种波浪型磨耗。
地铁中产生的主要就是这种磨损性波磨。
根据对波长特征的调查分析，认为磨损性波磨是由于轮对在通过曲线时，轮对扭曲共振导致交替的纵向力，从而在轮对与钢轨间发生纵向滑动而产生波磨。
这不仅与轮对的重力角刚度特性有关，而且与曲线曲率及轮轨黏着状态有直接关系，主要是轮轨之间的粘滑振动导致内轨顶面的波磨。
当车辆通过曲线半径较小的线路时，由于轮对冲角的改变，轮轨的纵向剪切力超过轮轨黏着极限，轮轨间发生纵向滑动，滑动处形成波谷；滑动后释放了积累的能量，使轮轨又处于黏着状态，轮轨磨损减轻，该处形成波峰。
这种粘滑振动不断重复，形成了钢轨表面的波磨。
2．粘滑振动与钢轨波形磨耗的关系若所有的车辆具有极好的一致性，且运行速度一致，则容易在所经过的曲线上，特别是在圆曲线上形成有规律的振动，这种振动往往使右侧轮子与内轨间发生大的滑动，当轮轨接触面的切向力足以破坏轨道顶面的金属材料时，或使其发生低周疲劳，则波磨就会产生。
因此，在一定外界条件共同作用下的粘滑振动是地铁曲线波形磨耗发生的重要原因。
任一个外界条件的消失，都能够使波磨消失。
3．波磨容易出现的位置大量计算分析表明，该粘滑振动的发生规律与现场出现的波磨发生规律相吻合，即这种振动容易出现在曲线内轨的圆曲线上，容易出现在曲线半径较小的区段，容易出现在轮轨粘着条件较好的地下洞内的轨道上，容易出现在轨道刚度较大的整体道床上。
4．钢轨波型磨耗的影响因素（影响粘滑振动的因素）（1）影响粘滑振动的首要因素是蠕滑率和蠕滑力之间的负梯度特性，对粘滑振动形成与否有着决定性作用。
（2）蠕滑力饱和后负斜率不同，可能产生轮对的粘滑振动的频率也不同。
蠕滑力饱和后如无下降，无论其他条件如何，均不会发生粘滑振动。
钢轨波形磨耗的影响因素及减缓措施
第３ ７卷
第 ５期
西
南
交
通
大
学
学
报
Ｖ Ｉ３ Ｎ ． ｏ ．７ ｏ５
２０ ０ ２年 １ Ｏ月
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重载货车轮对弹性振动模态阶数对轮轨动态作用的影响
Dynamical Systems and Control 动力系统与控制, 2021, 10(2), 106-119Published Online April 2021 in Hans. /journal/dschttps:///10.12677/dsc.2021.102012重载货车轮对弹性振动模态阶数对轮轨动态作用的影响刘红军1，刘鹏飞2，高昊1，赵宇航1，郝凯11石家庄铁道大学，机械工程学院，河北石家庄2石家庄铁道大学，省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室，河北石家庄收稿日期：2021年3月20日；录用日期：2021年4月9日；发布日期：2021年4月16日摘要为了研究轮对弹性振动模态阶数对轮轨动态作用的影响，以国内某型30 t轴重重载货车为研究对象。
首先采用有限元方法建立不同模态的弹性轮对模型，在动力学软件中进一步集成为货车刚柔耦合动力学模型。
采用时域、频域以及统计最大值的方法对比分析，发现轮对一阶横弯和车轮伞形振动模态能缓和轮轨横、垂向力，与此同时一阶横、垂弯模态会产生较大的纵向蠕滑力。
最后分析了不同速度下各阶模态对动力学的影响。
当轮对的一阶扭转、横弯以及二阶垂弯模态被激发时，速度变化对轮轨蠕滑力影响较大。
对于轮轨横、垂向作用力，当轮对发生以一阶、二阶垂弯为主的振动时，速度对轮轨横向力的影响较为明显。
关键词货车，有限元，弹性轮对，振动模态，轮轨力Influence of Wheelset Elastic VibrationMode Order on Wheel-Rail DynamicInteraction of Heavy-Haul Freight WagonHongjun Liu1, Pengfei Liu2, Hao Gao1, Yuhang Zhao1, Kai Hao11School of Mechanical Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang Hebei2State Key Laboratory of Mechanical Behavior and System Safety of Traffic Engineering Structures, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang HebeiReceived: Mar. 20th, 2021; accepted: Apr. 9th, 2021; published: Apr. 16th, 2021刘红军 等AbstractTo study the influence of elastic vibration mode order of wheelset on wheel-rail dynamic interac-tion, a 30 t axle-load wagon was taken as the research object. Firstly, the elastic models of wheel-set with different vibrating modes were established by using the finite element method, which were introduced into the dynamic software to constitute the rigid-elastic coupling dynamic model of freight wagon. The time domain, frequency domain and statistical maximum analysis methods were applied. It was found that, the first-order lateral bending mode of wheelset and umbrel-la-type vibration mode of wheels could ease the wheel/rail lateral and vertical forces. Meanwhile, the first-order horizontal and vertical bending modes would produce larger longitudinal creep forces. Finally, the influence of different modes on the dynamics at different speeds was analyzed. As the first-order torsion, lateral bending and second-order vertical bending modes were excited, the change of velocity had great influence on the creep forces of wheelset. Comparing between the wheel-rail lateral and vertical forces, the speed change had the greater influence on the wheel-rail lateral forces when the first-order and second-order vertical bending vibration modes dominated in the wheelset.KeywordsFreight Wagon, Finite Element, Elastic Wheelset, Vibrating Modes, Wheel-Rail ForcesCopyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). /licenses/by/4.0/1. 引言一般的，轮对弹性振动模态阶数对车辆动力学影响是不同的。
轮轨异常高频振动及其影响研究
轮轨异常高频振动及其影响研究摘要:本文首先对高频振动的问题进行了综述；分析轨道的不平顺以及轮轨接触理论。
取某型动车组进行试验，利用实验仪器设备m/wheel对动车组轮对进行镟修前、后不圆度测量。
得出试验轮对动车二车3轴存在27阶多边形，最大幅值13dB（0.0045mm），在200km/h速度下的主振频率为548Hz，镟修后高阶多边形消失。
对该型动车组进行线路试验，结果表明，总体状态良好，镟修前后轮对测点的振动加速度最大值56.31g；轴箱振动加速度最大值31.88g；构架横向、垂向振动加速度最大值0.36g与 2.3g；车体横向、垂向平稳性最大值 2.06与3.11；一系垂向最大位移10.4mm。
通过分析振动加速度全程时频图，发现轴箱、构架、车轴存在主要频率有：轮对弯曲频率80Hz、26~27阶车轮多边形频率540Hz、波长80mm轨道波磨频率720Hz、动车组固有频率800Hz、波长60mm~70mm 的钢轨波磨频率800~900Hz。
关键词：高频振动；轮轨接触；镟修国Nielsen J C O和Johansson A[11-14]通过试验采集车轮和钢轨冲击载荷的振动数据，并进行数据分析研究，总结车轮不圆度主要是出现1-5次谐波，提出消除车轮不圆或者减慢车轮不圆发展的建议。
Kuntze H. B.[15]参照德国高速列车的结构参数建立了车轮磨耗仿真计算模型，通过仿真车轮初始不圆化的发展变化情况，结果发现两种现象：一种车轮不圆磨耗逐渐加剧；一种车轮不圆由低阶次向高阶次不圆进行转变。
Ekberg A等[16]进行了高频动力轨道相互作用的综合模拟和RCF冲击预测，以评估短距轨道波磨对铁路车轮RCF的影响，确定可能产生RCF影响的操作条件。
Wu X等[17]通过有限元法建立车辆轮轴模型，建立了具有柔性轮组的车辆-轨道耦合动力学模型，以研究车轮多边形磨损对车辆轮轴动态应力的影响。
分析了基于模态应力恢复方法的多边形磨损引起的车轮轴的高频振动和动应力。
钢轨波形磨耗的影响因素及减缓措施
钢轨波形磨耗的影响因素及减缓措施摘要：本文对波形磨耗的原因进行了解和归纳。
对波磨成因理论的正确性和减缓波磨措施的有效性进行了有力的证明。
关键词：钢轨；波形磨耗；影响因素；减缓措施对钢轨波形磨耗的成因进行了深刻探讨。
钢轨波磨就是在具有某些条件下轮对粘滑振动造成的钢轨不均匀磨损，由于长时间反复摩擦造成的。
轮轨系统的动力在不停的改变，可以让轮对粘滑振动表现出各种形态，和多种波磨相对应。
一般的情况下来说，大多数波磨形成的过程中，决定着波磨的发展。
另外有其他原因，虽然只是影响波磨发展速率，但它不是决定波磨是否存在的原因。
控制这些因素也可以有效的减缓波磨。
1线路条件对波磨的影响1.1曲线半径研究表明，如果线路曲线的半径越小，轮轨就越容易出现滑动，导致轮对粘滑振动以及波磨轻松就形成。
把曲线半径变大，即便波磨出现，它的发展速度也非常慢。
只有曲线半径大到一定程度，并伴有各种不利条件，才有可能出现轮对粘滑的振动。
如果曲线有更大的半径，即便有所有的不利条件加在一起，也不会发生轮对粘滑振动和波磨，我们把这样的半径称之为波磨形成临界半径。
通过对波磨进行现场实验，得出有一定证明力的结论，也同时说明泼磨临界半径的存在。
但是波磨临界半径的形成是非常困难的。
主要是存在各种不利条件，比如轮轨接触特性、轨道刚度和阻尼、轨道不平顺等一系列问题。
1.2轨道阻尼粘滑振动就是低轨道阻尼下轮的振动，转向架上前后两车轮振动效应叠加，给轮对粘滑振动的压力加大，波磨就非常容易产生。
如果在正常阻尼下，轮对就不容易发生粘滑振动，就容易减少磨耗功，波磨就很难形成。
由此可得，轨道阻尼对波磨的形成有着很大的影响。
据统计，低轨道阻尼下波磨的形成速度要快一倍以上。
1.3外轨超高通常情况下，外轨超高或欠超高对波磨都是不利的。
例如，外轨超高会致使粘滑振动强度受干扰，若是外轨欠超高则会导致粘滑振动强地大大减少。
在这种情况下，若是外轨超高，那么外侧的粘滑振动指数强度会不断提升。
地铁钢轨波磨调研及原因-对策分析
地铁钢轨波磨调研及原因\对策分析摘要：通过对发生波磨现象的北京地铁线路进行现场调查，总结出北京地铁钢轨波磨的主要特征。
分析钢轨波磨产生的原因，发现轨道刚度、阻尼、自振频率、线路平顺性、钢轨硬度及地铁的线路和运营特征是钢轨波磨的敏感因素。
针对新建和既有地铁线路，分别提出预防和解决钢轨波磨的对策。
关键词：钢轨；波磨；调研；原因；对策钢轨投入运行后在表面形成一定规则的周期不平顺现象，就是常见的波浪形磨损，简称波磨（Corrugation）。
到20世纪70年代，由于高速重载列车的大量运用，钢轨波磨现象日益严重，由此引发了各国学者对钢轨波磨起因研究的浪潮，形成了许多有价值的波磨形成假说和分析模型[1]。
但至今未形成一个统一有效的理论模型来解释波磨初始形成和发展的机理以及波磨形成的关键因素[2]。
国内外的大量学者多从不同角度对铁路客运线路和重载货运线路钢轨波磨进行了深入的研究，并从多角度给出了预防和治理钢轨波磨的措施。
然而，随着近十年来城市轨道交通在我国的飞速发展，钢轨波磨在地铁运营中产生的负面影响也日益凸显。
例如在北京地铁已通车的4、5、10号线上，局部减振轨道通车不到一年便发生了钢轨波磨，严重的地段钢轨打磨后波磨重现时间仅2~4个月。
这种出现时间早、复发周期短、打磨后反复发生的波磨现象被称为钢轨异常波磨现象。
地铁钢轨波磨不仅引起了强烈的振动和噪声,增加了养护维修费用，还影响到行车安全，因此有必要对波磨的状况及影响因素进行调研分析，为综合治理钢轨波磨问题提供对策。
1 北京地铁钢轨波磨的现状调查通过北京地铁近几年通车的几条线路的现场调研和运营单位提供的打磨记录情况，得到钢轨波磨的特征如下：1.1 钢轨波磨出现时间早，个别线路开通运营仅1个月便在梯形轨枕地段发现了钢轨波磨现象。
1.2 钢轨波磨情况严重：调查发现，异常波磨地段最大矢度达到0.5mm，波长20mm~ 200mm。
1.3 异常波磨地段振动及振动诱发噪声增加显著：现场实测表明，在异常波磨地段，由波磨引起的环境噪声增大约15dB(A)。
钢轨打磨对动车组异常抖动影响研究
钢轨打磨对动车组异常抖动影响研究随着我国经济飞速发展，城市间交通运输需求量越来越大。
《中长期铁路网规划》对我国铁路未来发展进行了规划，目标在2020年达到12万km以上的铁路运营里程，通过建立省会城市和大中城市之间的快速客运通道、“四纵四横”等客运系统来满足日益增长的客运需求[1]。
随着人们生活水平的提升，旅客对于客车的运行时间、乘坐舒适性及安全性也提出了越来越高的要求，因此客运专线成为旅客运输的最佳选择[2]。
但随着运营里程的增加，在客运专线上运营的动车组车辆逐渐出现异常振动现象，该现象也成为工务和车辆部门急需解决的问题。
摘星楼筑在谷中央最高的石峰顶上，稍逊于此峰的另外两座石峰与之鼎足而三，峰顶分别筑有觅星殿与赏星居，风和日丽的晴天，夕阳沉没之前，便是将最后一片暮色铺展在摘星楼、觅星殿、赏星居蓝绿的琉璃飞檐上，令平素朴实无华的檐角在此一刻，闪闪发光，好像是由黄金铸就。
Orlova等[3]针对严重的轮缘磨耗及车辆装载工况下出现的振动加速度偏大等现象，通过MEDYNA程序对车辆计算模型进行优化，并提出了较优的车辆悬挂参数。
Johnsson等[4]为得到最佳车辆运行性能并尽可能地减小轮轨磨耗，通过Gensys软件建立车辆系统动力学模型，基于多目标优化理论优化了车辆系统中悬挂参数阻尼，整体提升了车辆的运行性能。
张剑等[5]基于60 kg/m钢轨廓形，以LMA踏面为研究对象，改进了其主要工作面，使轮轨间发生一定横移时的轮轨匹配关系趋于优化，从而改善了车辆的运行性能。
乔红刚等[6]通过线路测试、抗蛇行减振器台架性能测试及动力学仿真进行分析，得出动车组异常抖动的原因。
许自强[7]对动车组横向稳定性进行了研究，得出不同速度级的车轮踏面服役等效锥度建议限制。
郝宏志等[8]通过对兰新二线运营动车组异常抖动区间线路进行调研，从车轮踏面、车辆平稳性和振动测试等方面展开分析，提出车轮镟修和钢轨打磨的建议周期。
以上研究结果基于车辆悬挂结构设计及车轮型面设计，其对车辆运行品质的提升做出了卓越贡献，但对于实际磨耗状态轮轨匹配的分析及从钢轨型面设计出发的研究较少，且没有对打磨前后车辆的运行性能进行跟踪分析。
波磨对轮轨系统动力特性的影响分析
波磨对轮轨系统动力特性的影响分析宋小林;翟婉明;王开云【摘要】针对某地铁曲线路段钢轨波磨频发的问题,现场测量了20处钢轨的波磨,并以该实测的波磨作为激励,利用车辆—轨道耦合动力学模型,研究波磨对轮轨系统动力特性的影响规律.结果表明:该地铁波磨的纵向长度为1.5～3.0m,最大波深为0.2～0.4mm,波长范围在140～200 mm,接近或者达到钢轨打磨限值,但是轮轨系统响应并未超限;波磨波深与轮轨垂向力、轮对垂向加速度和钢轨垂向加速度都没有明显的对应关系;波深时变率与钢轨垂向加速度没有明显的对应关系,但与轮轨垂向力和轮对垂向加速度都有较明显的线性对应关系,波磨波深变化快的位置,即波深时变率的峰谷值附近,都对应着轮轨垂向力和轮对垂向加速度的极值.由于波深时变率与轮轨垂向力和轮对垂向加速度之间有明显、一致的线性对应关系,基于波磨波深时变率的钢轨打磨标准比基于波深的打磨标准更加直观和合理.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】9页(P42-50)【关键词】地铁;钢轨;波磨;轮轨系统;动力特性;波磨波深时变率【作者】宋小林;翟婉明;王开云【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U216.65地铁具有安全、快捷、舒适和环保等优点，成为众多大城市市内交通运输的主力。
随着地铁列车运行速度、运载重量和运输密度的大幅提高，车辆与轨道的动态相互作用问题更加突出，轮轨动态接触问题中的钢轨波浪形磨耗(简称波磨)，一直是困扰工程界的世界难题[1]。
钢轨波磨会加剧轮轨动力相互作用，降低车辆和轨道的使用寿命，增加养护部门的工作量和维修费用，还会影响列车运行平稳性和乘坐舒适性，甚至危及行车安全，过大的振动和噪声还会严重影响周围居民正常的工作和生活[2-4]。
轨道振动特性对高速铁路钢轨波磨的影响
轨道振动特性对高速铁路钢轨波磨的影响谷永磊;赵国堂;王衡禹;温泽峰;金学松【摘要】针对我国某高速铁路无砟轨道线路出现的典型钢轨波磨情况,通过现场测试和仿真分析,研究高速铁路轨道结构振动特性与钢轨波磨间的内在关系以及轨道振动特性对钢轨波磨影响的机理.结果表明:该线路上存在2个显著波长的钢轨波磨,区段A的显著波长和次显著波长分别为50～65和100～125mm,对应的通过频率分别为1 150～1 500和600～750Hz;区段B的显著波长和次显著波长分别为65～80和125～160mm,对应的通过频率分别为1 041～1 282和521～667Hz;在典型激励下钢轨的敏感响应频率与显著波长对应的通过频率相近;有限元模型仿真计算结果与现场轨道振动特性测试结果相一致,钢轨显著波长波磨与轨道结构振动特性中的钢轨垂向Pinned-pinned共振有关,次显著波长波磨与钢轨相对于轨道板的垂向弯曲共振有内在联系.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】6页(P42-47)【关键词】高速铁路;钢轨波磨;轨道振动特性;显著波长;通过频率【作者】谷永磊;赵国堂;王衡禹;温泽峰;金学松【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;中国铁路总公司,北京100844;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U213.244;U213.42钢轨波磨几乎出现在所有类型的轨道结构上，不仅导致车辆和轨道结构激烈的振动，产生噪声，影响旅客乘坐舒适度，大大增加养护部门的维修工作量和维修费用，而且给行车安全带来了隐患[1-5]。
轮轨摩擦自激振动引起科隆蛋轨枕钢轨波磨的理论研究_吴杰_陈光雄
式中： Φi、λi（ λi = αi + jωi） 分别是特征方程 （ 5） 的 特征向量和特征值； αi、ωi 分别是特征值 λi 的实部 和虚部； j 是虚部单位。
特征值实部 αi 用作判断轮轨系统的稳定性，虚 部 ωi 对应不稳定模态的频率，特征向量 Φi 对应该固 有频率下系统不稳定振动的振型。
檿檿檿檿檿檿檿 檿檿檿檿檿檿檿檿
吴 杰 陈光雄
（ 西南交通大学牵引动力实验室摩擦学研究所 四川成都 610031）
摘要： 基于轮轨系统间摩擦力可能引起摩擦耦合自激振动从而使钢轨发生波磨的观点，假设轮轨蠕滑力饱和且等 于法向力与摩擦因数的乘积，建立车辆通过直线轨道时由 4 个轮对和 2 根钢轨组成的轮轨系统有限元摩擦自激振动模 型。应用有限元软件 ABAQUS 分析该模型的自激振动发生趋势，预测钢轨可能发生波磨的频率。计算结果显示，钢轮 在频率为 241. 56、252. 65、253. 14 Hz 时可能发生波磨。仿真结果与现场测试结果的对比表明，该模型能够有效预测地 铁科隆蛋轨枕直线线路上钢轨出现的波磨。
假设在直线轨道上，4 个轮对中心和轨道中心重
2015 年第 8 期
吴 杰等： 轮轨摩擦自激振动引起科隆蛋轨枕钢轨波磨的理论研究
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合，左右车 轮 的 瞬 时 滚 动 圆 半 径 相 同， 轮 轨 接 触 区 横向蠕滑力很小可以忽略不计。初始状态时 4 个轮对 位于钢轨的中间位置，它们之间的距离如图 1 所示的 轮轨系统接触有限元模型，由于科隆蛋轨枕的刚度比 较小以及整体道床的刚度比较大，所以在模型中只考 虑钢轨和轮对的作用。车轮踏面与钢轨之间的接触点 位置以及纵向蠕滑力方向如图 2 所示，钢轨底面与地 基表面之间的接触用弹簧和阻尼元件来模拟。在直线 轨道上，可 认 为 轴 箱 作 用 在 轮 对 轴 颈 上 的 横 向 力 为 0，轴箱作用在轮对轴颈上的垂向力等于车辆轴箱以 上垂向载荷的平均值。
地铁车辆轮对异常磨耗原因及控制措施
地铁车辆轮对异常磨耗原因及控制措施摘要：地铁车辆轮的磨耗是影响轨道交通系统运行质量的重要问题，当车轮出现磨耗时，不但会影响列车的运行状况，还会影响列车的运行安全。
地铁车轮磨耗的原因与日常运营有着密切联系，而对磨耗的各种原因进行分析，则是最大限度地减少地铁运营风险，保持地铁运营稳定性的一个重要前提。
因此，必须对异常磨耗产生的具体原因进行分析，并有针对性地提出解决办法。
关键词：地铁车辆；异常磨耗；原因分析；控制措施前言异常磨耗不仅会影响轨道交通的安全性和稳定性，而且还会影响乘坐人的舒适性，降低轨道交通工具的使用寿命，增加维护成本。
车轮的非正常磨耗将导致车轮与轨道的接触性变差，影响行车稳定性、乘坐安全性和便捷性，并缩短轨道传动部件的使用寿命。
考虑到其发展趋势将影响行车安全性，必须对其进行深入研究，从而保证地铁行车的安全性。
1、地铁车辆轮对异常磨耗原因分析1.1车轮分析车轮磨耗相关性研究工作的开展，要求车轮磨耗分别从车轮的轮对部位和闸瓦片部位着手[1]。
车辆闸瓦的磨耗主要发生在踏面区和接近车轮缘部位，以沟槽型为主。
一般地，沟槽的宽度可达26毫米，平均深度为3.48毫米。
随着行驶里程的增大，这些沟槽会变得越来越深，此外，异常磨耗区域也有可能主要集中在闸瓦和车轮之间。
1.2踏面制动单元分析因为踏面制动单元主要承担制动功能，所以其本身的工作状态和工作中的润滑程度会直接影响制动单元的作用发挥效果。
如果其内部的润滑油具有一定的洁净程度，而润滑油本身的质量也满足一定要求，那么，实际制动作用会更好。
此外，从系统运行角度来看，踏面制动单元零部件结构完好，零部件组装状态正常，也是不会出现异常磨耗的重要条件。
但从现实角度来看，在地铁运行过程中，部分零部件和转轴区域都是在运行中容易发生磨耗的特定区域，这些区域一旦发生磨耗，就会引起异常磨耗，除此之外，如果在踏板制动单元中具有驱动作用的推杆产生不均匀的推力，有可能引起制动单元内部的异常磨耗。
城市轨道交通钢轨的轨道磨耗与异音产生机理
城市轨道交通钢轨的轨道磨耗与异音产生机理城市轨道交通是现代城市中重要的交通方式之一，而轨道磨耗与异音是城市轨道交通运营中常见的问题。
本文将深入探讨城市轨道交通钢轨的轨道磨耗与异音产生机理，并提出相关解决方案。
首先，我们需要了解城市轨道交通钢轨的磨耗机理。
城市轨道交通的运营需要大量的列车频繁行驶，加之车轨间接触力较大，不可避免地会造成钢轨表面的磨耗。
在列车与钢轨的接触过程中，发生了一系列复杂的摩擦、磨损与变形现象。
其中，列车轮胎与钢轨之间的摩擦是主要的磨耗源之一。
当列车运行时，列车轮胎表面的钢轨刮削会导致钢轨表面的磨损。
其次，城市轨道交通钢轨的异音产生机理也是一个重要的问题。
异音是城市轨道交通运营中一大困扰，它不仅会影响乘客的舒适感，还可能引起邻近居民的抱怨。
异音的产生主要与钢轨的磨损、车辆结构和轨道之间的几何结构有关。
例如，钢轨的磨损不均匀会导致产生噪音，车辆结构的设计不合理也会使异音问题加剧。
针对城市轨道交通钢轨的轨道磨耗问题，可以采取多种解决方案。
首先，定期进行钢轨的维护与保养是关键。
通过及时清理钢轨及其周围的杂物，减少磨损源的产生。
此外，可选用高质量的钢轨，提高钢轨表面的硬度和亲和力，从而减少磨耗。
同时，可以考虑在钢轨表面涂覆一层保护涂层，以降低磨耗和延长钢轨使用寿命。
对于城市轨道交通钢轨的异音问题，也可以采取一系列措施减少噪音的产生。
首先，可以考虑在车轮和钢轨之间增加减振材料，以减少摩擦和振动的产生。
其次，优化轨道的几何结构也是解决异音问题的有效途径。
通过合理设计轨道几何曲线、控制轨道高低差，减少车轮与钢轨之间的擦拭面和接触面积，可以降低噪音的产生。
同时，车辆结构的改进也是重要的解决方案之一，例如采用吸音材料进行车体隔音处理，减少噪音的传播。
此外，城市轨道交通运营过程中，还需要注意及时发现和处理轨道磨耗和异音问题。
定期进行轨道巡检，发现问题及时修复，可以避免问题进一步恶化。
同时，加强技术培训和能力提升，提高维护人员的专业水平，有助于更好地解决相关问题。
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２ １ ２ 轮 对材 料属性 ．．
选 取 表 １ 示 的 所 表 １ 轮对材料属性
车轮对 （ 电机 ） 有 及拖 车轮对 进行 了理 论分 析 ＿ 。Ｐ ４ ． Ｊ Ａ ｅｈｎ等对 曲线上的波磨情况进行了测试分 析 ， ．Ｍ ｅａ 并
扭 转 振 动
现 ， ２ ０～３ ０Ｈ 存 在 轮轨 共振 现象 ， 在 ０ ０ ｚ 现场 波 磨 的 波长 与行 车速 度 也 与该 频 率 吻合 。所 以 ， 者从 轮 笔 对角 度人 手 ， 探讨 轮 对 振动 与钢 轨 异 常 波 磨 之 间 的
轮 对 垂 向振 动 轮 对
关系 ， 这对 于探 寻钢 轨异 常 波 磨 出现 的 原 因有 重要 的作 用 。
２ 嚣机车 向振 ＇电处 轴 下 动车 ０ 处轴 上 动 机 车 向振 ， ¨ Ｄ 轮 近
据 北 京 地 铁 钢 轨 异 常 波 磨 现 场 调 查 及 测 试 发 现 的 轮 轨
共振现 象， 立轮对 三 维有限 元分 析模 型 ； 别 对动 车 建 分
和 拖 车 轮 对 进 行 垂 向 及 扭 转 振 动 分 析 ， 出轮 对 振 动 提 与铜轨 异 常波磨 之 间的联 系
关 键 词 北 京 地 铁 钢 轨 波 磨
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图 ５ 动 车 轮 对 垂 向振 动 分 析 表 ２ 动 车 轮 对 不 同 频 率垂 向振 动 情 况
频 率／ ｚ Ｈ ８ ０ １０ ０ 振 型 振 动 状 况 说 明 车轴向上弯曲振动 ； 车轮 随 车轴 向 上振 动 ， 车轮 倾 斜 车 轴 向上 弯 曲振 动 ； 车轮 随 车 轴 向 上振 动 ， 车轮 倾 斜
轮 对 材 料 属 性 。转
向 架 悬 挂 刚 度 按 实
掸Ｉ ｌ ￣
／／ 。泊松比 ￣ ： ｇ ３ Ｎ ｇ／ ／ ｋ
提 出用 改 变行 车速 度 的方 法 控制 波 磨 ＬＪ ｏ ｉｉ 。Ｙ ｓ ｈｒ ５ ｈ ｏ Ｓ ｄ 等 同样对波磨严重的小 半 径 曲线 上 的 轮 对 与轨 ｕａ
可见 ， 钢轨异 常波磨 的出现与 轮对振 动有 一定 的
摘 要 针 对 北京 地铁 钢轨 异 常波 磨 问题 ， 轮 对 角 从
关 系 。并且 根据北 京 地铁 ５号 线 钢轨 异 常 波磨 的现
场 调 查 及 地 铁 开 通 初 期 钢 轨 垂 向 振 动 测 试 结 果 发
度 出发 ， 讨轮 对振 动 与铜 轨 异 常波磨 之 间 的 关 系； 探 根
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图 １ 轮对 几 何 尺寸 意
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国斯 图加特市 （ ｔｔ ａ ）的车体 （ Ｓ ｔｒ ｕｇ ｔ 包括 轮盘 ， 轴箱 ， 转 向架及 车体 底板 面 ）振动 情况 进行 了测 试分 析 ， 并分 析 了轮对 的振 型情况 ， 出 了轮 对振 动与 波磨 之间 的 提 关 系＿Ｊ ｈｉｏｈ ｏ ｅｅ 同样从 轮对振 动角度研 ２ 。Ｃ ｒｔ ｅＣ ｌ ｔ 等 ｓｐ ｌｔ
ｌ 国外研 究简况
周外对 钢轨 波磨 的研 究起 步较早 ， 有很 多从 轮对
振 动 角度 对 波磨 进 行 研 究 。Ｓｕ￣Ｌ Ｇ ａｓ ｔａ ． ｒ ｉ Ｊｈ ． ｓ ｅ和 ｏｎＡ
１３ ３ ５
ｌ５ ３
Ｅｋｎ 通过对北美地铁 的现场调研和分析 ， ｌｉｓ 及对轮对进
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中 图分 类号 Ｕ １ ． ２３４ 文章编 号
文 献标识 码
Ａ
２ 轮对 相关 参数选 取及模 型建 立
２ １ 轮对参数选取 ．
２ １ １ 轮 对几 何尺 寸 ． ． 选取 图 １ 所示 的地铁轮对作为研 究对象。
１ ３５
ｌ
．
ｌ７ ６ ７ （ ０ ） ３— ０ ２— ４ ６ ２— ０ ３ ２ １ ０ ０ ２ ０ １
道结构进行 了测试分析 ｊ 。
际设计取值 。
２ ２ 模 型 建 立 ．
根据实 际轮 对 的几何 尺寸及 相关 悬挂 参数 ， 建立 轮对有 限元分析模 型如 图 ２ 图 ３所示 。动车轮上 的电 、
０１１－ ３－１ ０ ３ 收 稿 日期 ２
男 在 主 作 者 简 介 闰子 权 ， ， 读 博 士 研 究 生 ， 要 从 事 轨 道 振 动 方 面 的 研 究 ，ａ ｚｑ ａ ＠ ｓ ａ ｃ ｒ ｙ ｎ ｉｕ ｎ ｉ ｏ ｎ ｎ
基 金项 目 北 京 市 科 委 课 题 （ １ １ ６ ０ ４ ０ ４ Ｚ ０ ０ ０ １ ０ ） Ｏ１ ０
机位 置按实 际设计考虑 。 在轮对模 型 中， 轮对 考虑 成弹 性实体 单元 进行 将 分析 ， 选择 使用 正六面体 网格对实体进行单元划分 。
２ Ｕ ＢＮＲ Ｐ ＡＬ Ｒ Ｎ Ｉ ２ Ｒ Ａ Ａ Ｉ Ｒ ＩＴ Ａ ＳＴ Ｄ
都 快 交 第２卷第３ ０１ 月 市 轨 通・ ４ 期２１年６
热点研讨 ． ． １
轮对振动对产生钢轨异常波磨的影响
闫子权 谷 爱军 黑勇进２ 孙 鑫２
（．北京交通大学土木建筑工程学院 １ 北京 １ ０４ ２ ０ ４ ； ．北京市轨道交通建设管理有 限公司 北京 １０３ ） ０ ００７
轮对 振动
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福 １＿ ｏ９ 氅
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图 ２ 动 车轮 对 有 限元 分 析 模 型
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