轮轨接触应力和钢轨波磨分析
钢轨接触疲劳摩擦磨损行为
钢轨接触疲劳摩擦磨损行为钢轨是铁路运输系统中重要的组成部分,它承载着列车的重量,并且需要经受高频率的车轮与轨道之间的接触。
因此,钢轨的接触疲劳摩擦磨损行为成为了研究的焦点之一。
接触疲劳是指在轮轨接触区域内,由于受到周期性的载荷作用,造成材料的疲劳损伤。
这种疲劳损伤是由于车轮与轨道之间的接触压力引起的。
钢轨在长期运行过程中,会受到列车的重压和震动的影响,由此产生的周期性载荷会导致钢轨表面的微小裂纹逐渐扩展,最终形成疲劳裂纹。
这些裂纹可以进一步扩展并蔓延到钢轨的内部,导致钢轨断裂。
因此,研究钢轨的接触疲劳摩擦磨损行为对于确保铁路运输的安全性和可靠性至关重要。
钢轨的接触疲劳摩擦磨损行为是一个复杂的过程,涉及多种因素的相互作用。
首先,接触压力是影响钢轨疲劳损伤的重要因素之一。
较高的接触压力会增加钢轨表面的摩擦力,导致磨损加剧。
其次,轮轨界面的滑动速度也会对钢轨的磨损产生影响。
较高的滑动速度会加剧钢轨的摩擦磨损,而较低的滑动速度则可能导致润滑不良,增加钢轨的磨损。
此外,轮轨材料的硬度差异也会对接触疲劳摩擦磨损行为产生影响。
当钢轨的硬度较低时,容易受到轮轨接触压力的影响而产生疲劳裂纹。
除了以上因素,环境条件也会对钢轨的接触疲劳摩擦磨损行为产生重要影响。
例如,气候湿度、温度等因素都会影响轮轨界面的润滑情况,进而影响钢轨的磨损。
在潮湿的环境中,轮轨界面的润滑性能较差,容易导致钢轨的磨损加剧。
此外,铁路运输系统中还存在一些特殊情况,如曲线轨道和道岔处的接触疲劳摩擦磨损行为更为严重。
在曲线轨道上,轮轨之间的相对滑动会增加,进而加剧钢轨的磨损。
而在道岔处,由于列车转向的需要,钢轨受到的载荷和磨损更为复杂。
为了减少钢轨的接触疲劳摩擦磨损,需要采取一系列的措施。
首先,合理控制列车的速度,避免过高的滑动速度。
其次,对钢轨进行定期的检查和维护,及时修复和更换受损的钢轨。
此外,还可以通过改善轮轨界面的润滑条件,减少接触疲劳摩擦磨损。
高速列车运行的轮轨力学与磨损分析
高速列车运行的轮轨力学与磨损分析随着科技的不断发展,高速列车已经成为现代交通运输的主要选择之一。
高速列车的快速行驶离不开良好的轮轨力学性能和磨损控制。
本文将对高速列车运行的轮轨力学和磨损进行深入分析,以便更好地理解其运行机理和优化性能。
一、轮轨接触力分析高速列车的运行离不开轮轨之间的接触力。
接触力是由于轮子对铁轨的压力产生的,它直接影响着列车的运行稳定性和能耗。
接触力的大小与列车的重量、列车速度、曲线半径、轮轨几何结构等因素密切相关。
通过合理调整这些参数,可以优化接触力分布,减少不必要的能耗,并提高列车的运行效率。
二、轮轨磨损分析随着高速列车的长时间运行,轮轨之间的磨损不可避免。
轮轨磨损会导致铁路线路的不平整以及轮轨几何结构的变化,进而影响列车的安全性和舒适性。
因此,对轮轨的磨损进行分析和控制是非常重要的。
(一)轮轨磨损机理分析轮轨之间的磨损可以归结为两种主要机理:疲劳磨损和磨粒磨损。
疲劳磨损是由于重复受力引起的金属疲劳,而磨粒磨损是由于轮轨接触面的摩擦和磨粒的作用引起的。
(二)轮轨磨损影响因素分析轮轨磨损受多种因素的影响,其中包括轮轨材料的性能、车轮与轨道之间的压力分布、列车的运行速度、弯道半径和列车的车型等。
不同的因素对轮轨磨损的影响程度不同,因此需要综合考虑这些因素,制定合理的轮轨维护和磨损控制策略。
三、轮轨力学分析模型建立为了更好地研究轮轨力学性能和磨损特性,需要建立相应的力学分析模型。
常见的轮轨力学分析模型有弹性模型、弹塑性模型和非线性摩擦模型等。
通过建立适合实际情况的模型,可以预测轮轨之间的接触力分布以及磨损情况,为轮轨维护提供科学依据。
四、轮轨磨损控制策略探讨基于轮轨力学和磨损分析结果,可以制定一系列的轮轨磨损控制策略,以延长轮轨的使用寿命、提高列车的运行效率和保证乘客的出行安全。
例如,定期轮轨维护、优化列车运行参数、采用新型材料等措施都可以有效控制轮轨磨损,并减少对环境的影响。
结论高速列车的运行是一个复杂的机理过程,轮轨力学和磨损是其中重要的因素。
高速铁路钢轨的磨耗与摩擦特性分析
高速铁路钢轨的磨耗与摩擦特性分析一、引言高速铁路的发展给交通运输带来了革命性的变化,而高速铁路钢轨作为铁路系统的核心组成部分,其性能对列车运行的安全、平稳和效率起着不可忽视的作用。
本文将对高速铁路钢轨的磨耗和摩擦特性进行分析,重点关注磨耗机理、摩擦特性以及相关影响因素。
二、高速铁路钢轨的磨耗机理1. 微观磨损机理高速铁路钢轨在使用过程中,面临着列车轮轨间的高频接触和摩擦作用,微观颗粒间的碰撞和切削是造成磨耗的主要机理。
研究表明,高速列车行驶时,接触面附近会产生较高的温度和应力,导致钢轨表面的微小颗粒相互作用,进而引起磨损。
2. 磨耗过程和形式高速铁路钢轨的磨耗过程可分为初期磨耗阶段、稳定磨耗阶段和加速磨耗阶段。
初期磨耗阶段主要由轮轨热应力和表面几何形貌差异引起,稳定磨耗阶段则主要受到列车速度和钢轨物性方面的影响。
在加速磨耗阶段,因摩擦和磨损引起的表面粗糙度增加,磨耗速率会进一步增加。
三、高速铁路钢轨的摩擦特性分析1. 物理摩擦特性高速铁路钢轨的物理摩擦特性主要包括静摩擦系数和动摩擦系数。
静摩擦系数是指轮轨之间在静止状态下产生的摩擦力和垂直力之比,而动摩擦系数是指轮轨间在运动状态下产生的摩擦力和垂直力之比。
研究发现,高速铁路钢轨的动摩擦系数通常大于静摩擦系数。
2. 温度效应高速列车的高速行驶以及轮轨接触处的摩擦会导致钢轨表面发热,使得钢轨的温度升高。
高温条件下,钢轨材料的性能会发生变化,同时也影响着钢轨与轮轨之间的摩擦特性。
研究表明,高温条件下,高速铁路钢轨的摩擦系数会增加,但超过一定温度后,摩擦系数反而开始下降。
四、影响高速铁路钢轨磨耗与摩擦特性的因素1. 轮轨几何形状轮轨几何形状的不平整度对高速铁路钢轨的磨耗和摩擦特性有着重要影响。
几何形状的不平整度会导致轮轨接触面的应力分布不均匀,从而引起局部磨损。
2. 列车运行速度列车运行的速度直接影响着高速铁路钢轨的磨耗和摩擦特性。
速度的增加会加剧轮轨间的摩擦和磨损,因此高速列车的使用将导致钢轨磨损加剧。
钢轨波磨研及整治措施研究分析
钢轨波磨研及整治措施研究分析摘要:钢轨波浪形磨耗(简称钢轨波磨)是钢轨磨耗的主要形式之一。
随着铁路、高铁、地铁的迅速发展,钢轨波磨成为了铁路行业关注的重要轨道病害之一。
钢轨波磨不仅影响了行车舒适性,增加了维修工作量,更是行车的一大安全隐患。
本文结合轨道的结构及各地区轨道波磨形成特点分析轨道波磨的形成原因,及探讨轨道波磨的整治措施。
关键词:钢轨;波磨;整治措施一、波磨研究现状钢轨波磨是铁路工业界难以解决的技术问题。
从1863年第一条地铁建成至今已有一百五十多年的历史,人们对钢轨波磨的观察和研究也有一百余年。
虽然人们通过受力分析、波磨规律分析及数值计算推理对钢轨波磨初始形成和发展机理的有了很深的认知,但迄今为止还没有一种大范围统一的理论来解释波磨形成和发展的机理,以及影响波磨发展的因素。
近年来,列车速度、轴重、车流密度随着人类发展也在迅速提高,同时钢轨波磨带来的安全问题及成本问题也愈发明显。
我国随着高铁、地铁近几年的飞速发展,也掀起了对钢轨波磨研究的浪潮。
二、波磨形成特点分析经过近年来大量的调查研究,可以总结钢轨波磨有以下特点:1、钢轨波磨多发生在小半径曲线地段。
曲线半径在600m以下的曲线均存在不同程度的波磨,且曲线半径越小,波磨越严重。
因线路曲线段由两个曲率和超高不断变化的缓和曲线、一个曲率及超高均固定的圆曲线组成,当车辆从直线地段进入小半径曲线轨道的时候,会受到各种因素的影响,主要有轨道结构参数、轮轨几何型面和转向架结构等。
其中,轨道结构参数主要有外轨超高、曲线半径、缓和曲线长度和轨底坡等。
如果这些曲线参数设置不当或现场调试不当,将直接导致轮轨接触关系不稳定,这将是产生轮轨波磨的因素之一。
2、小半径曲线多出现在下股钢轨,且上股钢轨侧磨严重的地段,下股钢轨波磨越严重。
经试验研究,在曲线中,下股钢轨的磨耗指数要大于上股钢轨,这表明下股钢轨因磨耗而消耗的能量消耗要大于上股钢轨,所以在曲线上下股钢轨的波形磨耗要比上股钢轨严重。
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策钢轨的波浪形磨耗是指钢轨表面出现一定幅度的波浪状磨损,使得轨道的平稳度下降,对列车运行安全带来隐患。
钢轨波浪形磨耗的原因有以下几个方面:1. 过分紧固螺栓:过分紧固螺栓会导致轨道固定不稳固,使得车轮与轨道接触面产生大的摩擦力,从而加剧钢轨的磨耗。
2. 弯曲压力过大:在铁路弯道处,列车的运行会产生向外的弯曲压力,如果弯道半径过小或者列车速度过快,会导致钢轨的磨耗增加。
3. 温度变化:钢轨在温度变化时会发生热胀冷缩,如果温度变化过大,会导致钢轨的波浪形磨耗。
4. 粒子污染:钢轨表面的粒子污染会增加车轮与轨道的摩擦力,加剧钢轨的磨损。
针对钢轨波浪形磨耗问题,可以采取以下对策:1. 加强钢轨的维护保养,定期对钢轨进行检查和维修,保障钢轨的平整度和固定度。
2. 合理调整螺栓紧固力,避免过分紧固造成钢轨的磨耗。
在紧固螺栓时,需要根据具体情况进行合理调整,保证螺栓的紧固力适中。
3. 加强对铁路弯道的设计和改造,合理选择弯道半径和提高线路速度限制,减少钢轨的磨耗。
4. 提高钢轨的耐磨性能,采用抗磨材料或者涂层技术,增加钢轨的耐磨性。
5. 加强钢轨的清洁工作,定期清理钢轨表面的粒子污染物,减少摩擦力,降低钢轨的磨损。
6. 配备合适的列车调度和运行管理系统,合理安排列车的运行速度和间隔,减少弯道运行带来的钢轨磨损。
钢轨波浪形磨耗问题是由多种原因导致的,需要采取一系列的对策来解决。
通过加强钢轨的维护保养、合理调整螺栓紧固力、改善铁路弯道设计、提高钢轨耐磨性能、清洁钢轨表面和合理安排列车运行等措施,可以有效降低钢轨的波浪形磨耗问题,提升铁路运行的平稳度和安全性。
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策近年来,随着铁路运输的不断发展,越来越多的列车在铁路上行驶,因此,钢轨的质量问题越来越受到关注。
在这些钢轨中,有些钢轨会因为不同原因而出现波浪形磨耗,严重影响了列车的运行安全和运输效率。
因此,研究钢轨波浪形磨耗原因并提出有效对策,对保障铁路运输安全和提高交通运输效率具有重要意义。
1. 钢轨压弯应力大钢轨的压弯应力是指在列车行驶过程中,由于车轮和钢轨之间的接触而产生的应力。
如果钢轨的强度不足,接受强的压力后容易产生隆起,从而产生波浪形磨耗。
2. 轨床垫磨损严重轨床垫是指铁路运营时用于支撑轨枕的垫子,为保证铁路的正常运行,轨床垫需要经常更换。
如果轨床垫磨损严重,就会导致钢轨的支撑能力变弱,从而在列车行驶过程中产生波浪形磨耗。
3. 列车速度过快当列车在高速行驶过程中,车轮和钢轨之间的压力会更大,并且钢轨氧化速度快,这是波浪形磨耗的主因之一。
4. 钢轨制造材料不符合要求如果钢轨制造材料不符合要求,就会导致钢轨的质量变得很差,从而出现波浪形磨耗。
1. 加强钢轨维护钢轨作为铁路的重要构成部分,维护必不可少。
经常对钢轨进行巡视,及时发现和处理钢轨问题,减少钢轨波浪形磨耗。
轨床垫作为钢轨的重要支撑,需要经常更换。
定期更换轨床垫,并按照国家标准定期检测是否符合要求。
3. 加强列车管理4. 选用优质钢材比较好的钢材质量可有效保证钢轨的质量,避免钢轨出现波浪形磨耗。
因此,应该选择优质钢材制造钢轨。
综上所述,钢轨波浪形磨耗的原因和对策是多方面的。
只有在对钢轨质量、列车运输和轨道设施加强管理的基础上,才能更好地减少波浪形磨耗的发生,保障铁路运输安全和提高交通运输效率。
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策钢轨是铁路运输中的重要组成部分,起到支撑和引导车轮的作用。
长期以来,由于列车的高速运行和巨大的荷载作用,钢轨容易出现波浪形磨耗问题,这不仅会对铁路运输安全造成威胁,也会使铁路设备的维护成本增加。
分析钢轨波浪形磨耗的原因,并提出相应的对策,对于铁路运输的安全稳定具有重要意义。
钢轨波浪形磨耗的原因可以分为内部原因和外部原因两个方面。
内部原因主要包括钢轨本身的质量问题和设计问题。
钢轨的材质如果不合适,即硬度过低或过高,容易引发波浪形磨耗问题。
钢轨的冷却和淬火工艺如果不恰当,也会导致钢轨的质量不稳定,进而影响其耐磨性能。
对于新铺设的钢轨来说,如果设计不合理,比如弯道半径太小、坡度过陡等,也容易引发波浪形磨耗问题。
外部原因主要包括列车运行的振动和荷载的影响。
列车在高速运行过程中,会产生较大的振动,从而使钢轨产生相应的变形和形变,进而引发波浪形磨耗。
由于车轮与钢轨之间的接触负载较大,会导致钢轨表面的磨损加剧,进而加速波浪形磨耗的生成。
气温、湿度等气候因素也会对钢轨的波浪形磨耗产生一定的影响。
针对以上的原因,可以采取一些对策来减少钢轨的波浪形磨耗。
对于钢轨本身来说,可以通过提高材质的硬度和耐磨性能,选择合适的工艺进行冷却和淬火,以及合理设计铺设的位置和坡度等,来改善钢轨的质量和性能。
在列车运行方面,可以通过减小车轮与钢轨之间的接触载荷,降低列车的运行速度和振动,来减少对钢轨的磨损。
在气候因素方面,可以通过加强钢轨的防腐蚀处理,以及提高钢轨的抗气候变化能力,来延长钢轨的使用寿命。
城市轨道交通钢轨波磨成因分析及整治
城市轨道交通钢轨波磨成因分析及整治摘要:城市轨道交通为大众出行构建良好环境,对当前城市轨道交通进行分析,钢轨波磨现象较为普遍,不仅影响轨道零部件使用期限,更威胁大众出行安全与舒适性。
因此,本文对钢轨波磨成因进行分析,希望能够解决这一难题。
关键词:轨道交通;钢轨波磨;成因分析;整治措施随着经济发展,城市轨道交通不断完善,但是,交通拥堵、交通安全变得更为严重,为解决城市交通问题,打造便捷交通环境。
对当前的城市轨道交通进行分析,轨道交通体系较为完善,但是,在轨道交通车辆运行过程中,伴随着运行速度的提升,轮轨之间的相互作用更为限制,导致车辆轮轨磨损严重,甚至导致失效问题,所以,在轨道交通发展过程中,应充分重视这一问题,并对钢轨波磨成因进行分析,希望能够降低钢轨波磨带来的不良影响。
1.城市轨道交通钢轨波磨研究意义对钢轨波磨进行分析,钢轨波磨在轨道交通中具有重要连接作用,可以将车辆与轨道部分结合到一起,是轨道交通列车重要组成部分,对列车的牵引、运行、制动与传递工作具有重要作用。
但是,自城市轨道交通诞生、完善以来,并没有哪一种材料,能够完全解决列车运行所产生的轮轨损伤、噪音与脱轨问题。
这一问题如得不到解决,不仅会影响列车的使用寿命,更不利于列车运营与维护,甚至会影响列车运行安全性。
所以,近些年,针对列车运行产生的钢轨波磨问题进行不断研究,只有找到解决方式,才能延缓甚至去除钢轨波磨问题,从而降低城市轨道交通的维护费用,提高轨道列车运行安全,为大众出现提供保障。
1.不同类型的城市轨道钢轨波磨随着城市轨道钢轨波磨成因[1]问题得到重视,不同学者分别对钢轨波磨的特征、类型以及产生因素进行分析,并针对不同因素对钢轨波磨进行分类。
但是,这些分类是否完全正确,依旧需要时间的不断检验。
就钢轨波磨产生的原因进行研究,主要源于损伤机理,简单来说,列车钢轨纵向不平顺机理下轨道出现共振问题,如果列车运行达到一定速度后,此种机理确定波会延长,受到摩擦力、材料塑性等因素影响,出现磨损问题。
地铁轨道钢轨波磨产生的原因分析李彬
地铁轨道钢轨波磨产生的原因分析李彬发布时间:2023-05-31T09:00:00.977Z 来源:《工程建设标准化》2023年6期作者:李彬[导读] 本文分析了轨道钢轨波磨产生的原因及波磨的影响因素。
波磨会导致钢轨应力集中、开裂、断裂、变形等缺陷,同时对轨道整体强度有很大影响,因而不能简单地认为是设备质量问题或技术故障造成的。
同时,波磨会对设备寿命产生很大影响,因此,必须严格控制波磨的产生,防止波磨事故的发生。
中国水利水电第五工程局有限公司二公司610000摘要:本文分析了轨道钢轨波磨产生的原因及波磨的影响因素。
波磨会导致钢轨应力集中、开裂、断裂、变形等缺陷,同时对轨道整体强度有很大影响,因而不能简单地认为是设备质量问题或技术故障造成的。
同时,波磨会对设备寿命产生很大影响,因此,必须严格控制波磨的产生,防止波磨事故的发生。
关键词:地铁轨道;钢轨波磨;原因分析引言高速轨道的钢轨在受到外力作用时,可能产生波磨现象。
虽然不能排除在钢轨处发生这种现象的可能,但这种现象主要发生在道岔附近及一些钢轨表面波磨较为严重的部位。
波磨不仅影响轨道质量,而且会导致列车运行速度加快、钢轨破坏、应力集中和列车脱轨等严重后果。
因此采取一些必要措施就显得尤为重要。
一、地铁轨道钢轨波磨产生理论概述(一)钢轨的波磨形成机理分析波磨分为机械波磨和摩擦波磨。
机械波磨一般是在高速车轮和钢轨的碰撞、摩擦、弯曲等作用下产生的,波磨量大,会导致钢轨轨枕损坏、道岔歪斜、钢轨损伤等[1]。
摩擦波磨则是在外力作用下发生的,其主要产生原因是受到外力作用下高速车轮对钢轨轨枕产生力和摩擦时,其相互间产生了摩擦力而产生波磨。
摩擦波磨会对钢轨造成一定程度的破坏。
机械波磨在轨枕上可以造成波洞、波槽、沟槽等波状或凹凸状的损伤及波纹状缺陷。
摩擦波磨可以产生波痕和波纹,破坏后产生波痕和波纹。
波痕就是发生在钢轨上面,并对轨道造成一定影响的痕迹,波痕是波磨形成的必要条件;波痕较深或者位置靠近轨底时,波痕比较浅,波尖比较明显,波痕较浅或者位置靠近轨底时波磨比较明显;波痕对钢轨的应力集中有明显影响时引起钢轨波磨产生。
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策钢轨波浪形磨耗是指铁路钢轨表面出现波浪状的磨耗现象。
这种磨耗不仅影响了铁路运输安全,还会增加维护成本,降低行车安全。
研究钢轨波浪形磨耗原因,找出对策,对于铁路运输的安全和稳定发展至关重要。
一、钢轨波浪形磨耗的原因1. 铁路线路曲线设计铁路线路曲线设计不合理,如曲线半径太小、转角变化突然等,会导致车辆在行驶过程中发生横向侧向力,使车轮与轨道之间的压力分布不均匀,进而导致钢轨波浪形磨耗。
2. 车轮和钢轨的不平整度车轮的不平整度是指车轮在运行过程中轮轮胎偏心度、轮轮径差、圆度差等造成的不平整现象。
当车轮的不平整度较大时,会加重车轮与钢轨的磨损,产生波浪形磨耗。
3. 过重车辆和超速行驶过重车辆和超速行驶会增加车辆对钢轨的压力,加速钢轨的磨损,尤其在曲线处更易产生波浪形磨耗。
4. 磨损配合不当钢轨与车轮之间的磨耗是一个复杂的动力系统。
如果钢轨表面磨损太大或太小,都会导致车轮与钢轨的磨损不均匀,增加钢轨的波浪磨耗。
5. 动车组列车的低频振动动车组列车在运行过程中,由于低频振动、速度变化、车厢间软连接件以及地面不平等因素,易导致钢轨波浪形磨耗。
6. 钢轨材质和制造工艺钢轨材质的不合理选择和制造工艺的不当会影响钢轨的强度和硬度,加速钢轨的磨损,进而产生波浪磨耗。
7. 环境因素环境因素如气候、温度、潮湿度等,也会影响钢轨的磨损情况,加速钢轨的波浪形磨耗。
定期对车辆进行检修和保养,保证车轮的正常运转,减少车轮的不平整度对钢轨的磨损。
通过严格的货物及车辆重量控制和监测,限制过重车辆的运行,并对车辆进行超速的监测和限制,减少车辆对钢轨的压力,减少钢轨波浪形磨耗。
通过科学的钢轨修整和车轮修磨工艺,保持钢轨与车轮的合理磨损配合,减少钢轨的波浪形磨耗。
通过科学的车辆动力学和动力学分析,减少动车组列车的低频振动,以减少钢轨波浪形磨耗。
7. 做好环境保护和维护加强对铁路环境的维护和保护,减少雨雪、大气环境、水土等因素对钢轨的影响,减少波浪形磨耗。
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策随着铁路运输的不断发展,钢轨已经成为固定轨道上的主要承载元素。
然而,在负载强度高、曲线处、路网繁忙等情况下,钢轨常会出现波浪形磨耗,严重影响铁路的正常运营和安全。
因此,对钢轨波浪形磨耗原因进行分析并制定适当的对策至关重要。
钢轨波浪形磨耗的原因主要有以下几点:1.材料因素:钢轨的质量和材质是影响波浪形磨耗的主要因素,高强度材料那耐磨性好、抗腐蚀性强。
在制造过程中,如果应力松弛时间不足,钢轨的硬度和强度可能不平衡,进而导致磨耗。
2.运营因素:铁路车辆的质量、速度和轮径对钢轨的磨损有很大的影响,特别是高速运营和曲线处的负载,更容易制造磨损。
3.维护不当:如果对铁路进行不当维护会导致轨道的换向、落砂、车间排水等问题,加速钢轨的磨损。
为了解决钢轨波浪形磨耗,在实际中应采取以下几种措施:1.强化材料的质量管理,确保材质符合铁路的强度和耐磨性要求,同时,在制造钢轨时应注意质量控制。
2.加强铁路设备的维护,对于铁路的检修、修复,必须按照标准操作规程,确保铁路的维护质量。
3.科学合理规划铁路线路和运营方案,在铁路线路规划和车辆配合上避免过大压力和大曲率。
4.改进钢轨设计,采用适当的轮径、轮底部半径、曲率半径等对钢轨进行改进优化,以减少钢轨磨损和延长寿命。
5.加强运营管理,设置了排水系统,并设有合适的撞击缓冲带,用于车辆经过钢轨轨道磨损时形成弹性减震,减少对钢轨的磨耗。
综上所述,钢轨波浪形磨耗是铁路经营过程中常见的问题,其原因主要是材质、运营和维护等方面,要解决这个问题,必须从根本上改进材料质量、调整线路规划、改进轮径、加强维护、科学运营管理等方面入手。
通过各种途径加强钢轨波浪形磨耗的管理和控制,才能确保铁路运输的安全和畅通。
火车车轮的力学特性与轨道磨损分析
火车车轮的力学特性与轨道磨损分析火车作为一种重要的交通工具,其车轮的力学特性和轨道磨损问题一直备受研究者的关注。
本文将从车轮的力学特性和轨道磨损分析两个方面,探讨火车车轮与轨道之间的相互作用以及对轨道磨损的影响。
一、车轮的力学特性在研究火车车轮的力学特性之前,我们首先需要了解车轮结构以及车轮与轨道之间的接触方式。
1. 车轮结构火车车轮一般由轮缘、轮辋、车轮中心孔和车轮轴组成。
轮缘是车轮与轨道接触的部分,起到支撑和传递载荷的作用;轮缘与轮轴连接的部分称为轮缘座,其结构通常采用散热式结构,能有效减小轮缘应力。
2. 车轮与轨道的接触方式车轮与轨道之间存在着滚动接触,即车轮在轨道上滚动运动。
由于滚动接触的特性,车轮在与轨道接触的区域会产生接触应力和法向力。
在火车行驶过程中,车轮与轨道的接触面会受到动、静载荷的共同作用,从而引起一系列力学特性。
3. 车轮的力学特性车轮的力学特性主要包括负荷分布、应力和变形。
由于车轮的轮缘高度相对较小,车轮表面受到的载荷并不均匀分布。
通常情况下,车轮的内边缘承受的压力要大于外边缘,因此车轮的接触应力也存在这种差异。
车轮的应力和变形会直接影响到轨道的磨损情况。
二、轨道磨损分析火车行驶在轨道上,车轮与轨道接触会产生摩擦,导致轨道表面的磨损。
轨道磨损是一种不可避免的现象,但我们可以通过分析其机理和影响因素,寻找减轻磨损的方法。
1. 轨道磨损机理轨道磨损主要包括磨耗、剥离和压伤三种形式。
磨耗指的是轨道表面的擦磨现象,是最常见的磨损形式;剥离是指轨道表面的一层材料剥落;压伤指的是轨道表面的塑性变形。
2. 轨道磨损影响因素轨道磨损受到多个因素的影响,主要包括车轮负荷、车速、车轮轮径和轨道材料等。
车轮负荷是影响轨道磨损的主要因素之一,负荷过大会加剧轨道表面的磨损。
车速也对轨道磨损有一定的影响,高速行驶会加剧轨道表面的摩擦。
此外,车轮轮径的大小以及轨道的材料和维护状况也会对轨道磨损产生影响。
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)。
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗是指钢轨表面形成周期性的波浪状磨损现象,严重影响列车行车安全和运输效率。
本文将分析钢轨波浪形磨耗的原因,并提出相应的对策。
钢轨波浪形磨耗的原因主要有以下几点:
1. 车辆荷载:列车在行驶过程中,会产生较大的荷载,使钢轨不断受力变形,从而引起波浪形磨耗。
特别是在曲线区段,由于轨道内外侧的切向受力不均衡,容易造成轨道波浪磨耗现象。
2. 制动力磨耗:列车制动时,制动摩擦力会使钢轨表面产生较大的摩擦力,导致波浪形磨耗。
特别是在陡坡和弯道区段,受力更加复杂,制动力磨耗更为明显。
3. 线路设计:线路在设计时,曲线半径、坡度和超高等参数设置不合理,会导致列车在行驶过程中产生较大的横向力和纵向力,增加了钢轨波浪形磨耗的风险。
对于钢轨波浪形磨耗问题,可以采取以下对策:
1. 加强巡视检查:加大对钢轨的巡视频率,及时发现和处理波浪形磨耗问题,防止事故发生。
通过定期测量钢轨几何参数,及时调整线路,减少波浪形磨耗的发生。
2. 提高材料质量:选用高强度、耐磨损的材料制造钢轨,提高其使用寿命,减少波浪形磨耗的发生。
3. 控制运输荷载:合理控制列车的荷载,减少轮轨接触力和钢轨的受力变形,降低波浪形磨耗的风险。
4. 加强线路维护:加大对线路维护的力度,及时清理铁屑、砂石等杂物,保持钢轨表面的光滑度,减少钢轨波浪形磨耗的发生。
钢轨波浪形磨耗是列车运行中的一个常见问题,对于保证列车行车安全和提高运输效率具有重要意义。
通过采取合理的设计措施和维护方法,可以有效预防和减少钢轨波浪形磨耗的发生,提高线路的安全性和运输效率。
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗是指钢轨表面出现一系列连续、周期性的起伏波纹,这种磨耗现象会导致铁路运输过程中的出现震动和噪音,严重影响列车运行的安全和舒适性。
钢轨波浪形磨耗的主要原因包括以下几个方面:
1. 轨道质量不佳:钢轨安装不平,固定不牢,轨道底座不稳定等因素都会导致轨道变形,增加轨道的波动和磨耗。
2. 车辆过重:如果列车的载重过大,超过了轨道的承载能力,就会引发钢轨的弯曲变形和波浪形磨耗。
3. 过弯速度过高:当列车在弯道上以过高的速度通过时,会产生向内的离心力,使钢轨受到较大的侧向应力,导致轨道变形和波浪形磨耗。
4. 车轮与轨道接触面失效:车轮磨损不均匀、磨损过大或者车轮与轨道之间的横向力不平衡等因素都会导致钢轨的波浪形磨耗。
为了解决钢轨波浪形磨耗问题,可以采取以下对策:
1. 改善轨道质量:加强轨道的安装和维护,确保轨道的安装平整,固定可靠,提高轨道的稳定性和平整度。
3. 控制过弯速度:对于弯道区域,设置合理的限速措施,确保列车在弯道上的速度不超过规定的限速值,减少离心力对钢轨的影响。
4. 加强车轮和轨道的维护:定期检查和保养车轮和轨道,确保其状况良好,避免车轮磨损不均匀和车轮与轨道接触面失效。
5. 引入新技术:引入先进的涂层技术或者表面处理技术,改善钢轨表面的润滑性,减少钢轨表面的摩擦和磨损。
钢轨波浪形磨耗是由多种因素综合作用所致,对钢轨波浪形磨耗的解决需要从轨道质量、车辆载重、过弯速度、车轮和轨道维护等方面综合考虑,通过改进和控制这些因素,可以有效地减少钢轨的波浪形磨耗问题。
随着科技的进步,引入新技术也有助于解决钢轨波浪形磨耗问题,提高铁路运输的安全性和舒适性。
高铁列车轮轨接触力学与磨损行为研究
高铁列车轮轨接触力学与磨损行为研究摘要:高铁列车是现代交通运输中重要的一部分,其轮轨接触力学与磨损行为对列车的正常运行和安全性有着重要影响。
本文从高铁列车轮轨接触力学与磨损行为的角度出发,探讨了相关研究现状,并针对高铁列车轮轨接触力学和磨损行为进行了深入的分析与研究,为高铁列车的安全运行提供了理论参考。
关键词:高铁列车;轮轨接触力学;磨损行为;研究现状;安全运行一、引言随着高铁技术的不断发展,高铁列车已经成为现代交通运输中的主要交通工具之一。
高铁列车的正常运行和安全性对交通安全有着至关重要的作用,而轮轨接触力学与磨损行为是影响高铁列车安全运行的重要因素之一。
因此,对高铁列车轮轨接触力学与磨损行为进行深入研究,对于保障高铁列车的安全运行具有重要意义。
二、高铁列车轮轨接触力学研究1. 轮轨接触力学的基本原理轮轨接触力学是研究轮轨接触表面力学性质的学科。
在高铁列车中,轮轨接触力学是指列车轮轴与钢轨之间的接触力学特性,包括静摩擦力、动摩擦力、滚动阻力等。
轮轨接触力学的研究可以有效地预测列车的牵引性能和制动性能,为列车的安全运行提供基础支撑。
2. 轮轨接触力学的影响因素轮轨接触力学受到多种因素的影响,包括轮轴重量、列车速度、轨道曲线、轨道坡度等。
不同因素之间相互作用,会影响列车与轨道之间的接触力学特性,进而影响列车的运行性能和安全性。
3. 轮轨接触力学的研究方法目前,轮轨接触力学的研究方法主要包括理论分析、仿真模拟和实验测试等。
通过理论分析可以推导出轮轨接触力学公式,通过仿真模拟可以模拟各种工况下的轮轨接触力学特性,通过实验测试可以验证理论模型的准确性。
三、高铁列车轮轨磨损行为研究1. 轮轨磨损的类型和机理轮轨磨损是指列车轮轴与钢轨之间由于接触而发生的磨损现象。
轮轨磨损主要包括磨耗、疲劳磨损和热蚀磨损等不同类型。
不同类型的磨损机理不同,导致磨损速度和程度也不同。
2. 轮轨磨损的影响因素轮轨磨损受到多种因素的影响,包括轮轨材料性能、列车速度、轨道曲线半径、轨道坡度等。
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策【摘要】钢轨波浪形磨耗是铁路运输中常见的问题,对铁路安全和运营效率造成影响。
本文首先介绍了钢轨波浪形磨耗的概述,然后分析了导致波浪形磨耗的三大原因:负荷变化、温度变化和轨道几何尺寸不合理。
针对这些原因,提出了解决方案:采用高品质材料生产钢轨、控制列车速度和荷重、加强轨道维护和保养。
结论指出了解决钢轨波浪形磨耗问题的重要性,强调了实施对策的必要性。
通过本文的分析和建议,可以有效减轻钢轨波浪形磨耗所带来的问题,确保铁路运输的安全和稳定。
【关键词】钢轨波浪形磨耗、原因分析、负荷变化、温度变化、轨道几何尺寸、对策、高品质材料、列车速度、轨道维护、解决问题1. 引言1.1 钢轨波浪形磨耗概述钢轨波浪形磨耗是铁路运输领域常见的问题,指的是钢轨表面出现波浪状磨耗痕迹的现象。
这种磨耗会导致轨道几何形状发生变化,影响列车的平稳行驶,同时也会增加列车和轨道的损耗,加剧铁路运输安全隐患。
波浪形磨耗的出现主要是由于多种因素的综合作用。
负荷的频繁变化会导致钢轨受到不同方向的力的作用,加速磨损的发生。
温度的变化也会对钢轨的磨耗产生影响,温差大会造成钢轨的热胀冷缩,进而加剧磨损的程度。
轨道几何尺寸不合理也是波浪形磨耗的重要原因之一,不良的轨道设计会加速钢轨的磨损过程。
为了有效地避免和解决钢轨波浪形磨耗问题,需要采取一系列的对策措施。
采用高品质的材料生产钢轨,可以提高钢轨的耐磨损性能;控制列车的速度和荷重,可以减少对钢轨的冲击和磨损;加强轨道的维护和保养,可以延长钢轨的使用寿命。
通过采取这些对策措施,可以有效地解决钢轨波浪形磨耗问题,提高铁路运输的安全和效率。
2. 正文2.1 波浪形磨耗的原因分析波浪形磨耗是指轨道表面出现波浪状的磨损痕迹,严重影响列车运行的舒适性和安全性。
其主要原因可以分为负荷变化、温度变化和轨道几何尺寸不合理三个方面。
负荷变化是造成波浪形磨耗的重要原因之一。
列车在运行过程中会受到不同荷重的作用,而荷重的变化会导致轨道的挠度发生变化,进而引起波浪形磨耗。
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策
钢轨波浪形磨耗原因分析与对策钢轨波浪形磨耗是指铁路运营中,由于列车经过长时间的运行,钢轨表面出现波浪状磨耗的现象。
这种磨耗会导致钢轨表面的不平整,降低列车的行驶平稳性,增加列车与轨道之间的摩擦力,引发响声和振动,甚至会造成安全隐患。
本文将对钢轨波浪形磨耗的原因进行分析,并提出相应的对策。
钢轨波浪形磨耗的主要原因可以归结为以下几个方面:1. 过度使用:铁路线路的使用时间过长,或者是繁忙线路上运营列车数量过多,都会导致钢轨长时间承受巨大的压力和摩擦力,加速钢轨的磨损。
对策:及时进行钢轨维修和更换,避免长期使用同一段钢轨。
合理调度运营列车数量,降低钢轨负荷。
2. 不合理的设计与施工:铁路线路的设计和施工不合理,未能做到平整。
线路的曲线半径过小、坡度过大等问题都会导致列车在行驶过程中产生较大的侧向力和摩擦力。
对策:进行合理的线路设计和施工,确保线路平整,减少列车与轨道之间的摩擦。
3. 钢轨材料质量不过关:钢轨的质量问题也是导致波浪形磨耗的原因之一。
如果钢轨的材料强度不够,或者存在缺陷,会导致钢轨在运行过程中容易变型和磨损。
对策:选用质量合格的钢轨材料,加强质量控制,确保钢轨的强度与使用要求相匹配。
4. 运输负荷过大:铁路运输中,大型货物的运输负荷较大,对钢轨的压力和摩擦力也会增加,从而导致钢轨波浪形磨耗。
对策:合理安排货物运输计划,避免超负荷运输,降低对钢轨的压力。
5. 缺乏维护保养:铁路线路的维护保养不足也是导致波浪形磨耗的原因之一。
未及时清理线路上的杂物、维修损坏的钢轨等,会影响列车的行驶平稳性,加剧钢轨波浪形磨耗现象。
对策:加强铁路线路的维护保养工作,定期清理维修线路,确保铁路线路的平整和安全。
钢轨波浪形磨耗的原因主要有过度使用、不合理的设计与施工、钢轨材料质量不过关、运输负荷过大和缺乏维护保养等。
为了减少波浪形磨耗的发生,需要从合理运用和维护钢轨、合理规划铁路线路、提高钢轨材料质量等方面入手,加强对铁路线路的管理和维护工作,确保铁路运行安全和平稳。
高速铁路钢轨打磨对轮轨接触关系的影响
高速铁路钢轨打磨对轮轨接触关系的影响本文旨在探讨高速铁路钢轨打磨对轮轨接触关系的影响。
经过多年的建设和运营,我国的高速铁路网已逐渐成熟,为了确保高速列车的安全和顺畅运行,钢轨打磨作为一项重要的维护措施得到了广泛应用。
然而,打磨是钢轨表面处理的一项涉及复杂的机械、物理和化学过程的技术,它可能会对轮轨接触关系产生影响,因此,本文重点研究钢轨打磨对轮轨接触关系的影响。
一、轮轨接触关系的基本原理首先,我们需要了解轮轨接触关系的基本原理。
轮轨接触是一个复杂的相互作用过程,涉及到材料、机械和动力学等多个学科。
轮轨接触点可以分为湿点和干点两种情况,其中湿点是指在轮轨接触点有润滑油膜存在,干点则是指轮轨接触点没有润滑油膜的情况。
轮轨接触关系的质量不仅影响列车的牵引能力和制动性能,还直接影响钢轨的疲劳寿命和维护成本。
良好的轮轨接触是保证高速铁路列车安全和正常运行的前提条件,因此,我们需要关注钢轨打磨对轮轨接触关系的影响。
二、高速铁路钢轨打磨的作用与方法钢轨打磨是一种针对轨道表面进行的切削加工技术,它的主要目的是消除由于列车运行过程中产生的各种表面瑕疵和缺陷,保证轮轨接触关系的稳定和良好。
目前,钢轨打磨主要通过机械打磨和电气化打磨两种方式进行。
机械打磨是传统的钢轨打磨方法,它主要依赖于钢轨车通过时的摩擦力和机械力来消除表面瑕疵和缺陷。
机械打磨的优点是成本低、维护方便,但存在的问题是打磨效果难以控制、操作复杂、对车轮磨损大等。
电气化打磨是一种新兴的钢轨打磨技术,它采用高频电流制造的电弧对钢轨表面进行打磨,具有控制效果好、精度高、自动化程度高等优点。
与机械打磨相比,电气化打磨在打磨效果、经济效益和环境保护方面均有巨大的优势。
三、高速铁路钢轨打磨对轮轨接触关系的影响高速铁路钢轨打磨对轮轨接触关系会产生直接的影响。
首先,钢轨打磨会对轮轨接触点的形状产生影响,特别是在干点情况下,由于缺少润滑油膜的作用,打磨会对接触面积和接触形状产生影响。
基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析
第 54 卷第 11 期2023 年 11 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.11Nov. 2023基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析王志强,雷震宇(同济大学 铁道与城市轨道交通研究院,上海,201804)摘要: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。
关键词:地铁线路;钢轨波磨;瞬态动力学;接触黏滑;系统稳定性中图分类号:U231.2 文献标志码:A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号:1672-7207(2023)11-4338-11Characteristics analysis of track corrugation on metro straightline based on transient contactWANG Zhiqiang, LEI Zhenyu(Institute of Rail Transit, Tongji University, Shanghai 201804, China)Abstract: In order to clarify the abnormal corrugation phenomenon on the metro straight track, the occurrence and development characteristics of rail corrugation were studied from the aspect of wheel-rail rolling contact. Firstly, the corrugation characteristics on the measured line were investigated and the three-dimensional wheel-rail rolling contact finite element model was established. Then, the wheel-rail stick-slip characteristics, wheel-rail contact and rail wear features were analyzed in order to understand the evolution process of rail corrugation from the micro transient point of view. Finally, combined with the system stability analysis, the development trend ofrail收稿日期: 2023 −02 −12; 修回日期: 2023 −04 −01基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(11772230) (Project(11772230) supported by the National Natural ScienceDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.11.012引用格式: 王志强, 雷震宇. 基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(11): 4338−4348.Citation: WANG Zhiqiang, LEI Zhenyu. Characteristics analysis of track corrugation on metro straight line based on transient contact [J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(11): 4338−4348.第 11 期王志强,等:基于瞬态接触的地铁直线轨道波磨特性分析corrugation was characterized from the macro perspective. The results show that, under the condition of no corrugation, there is no stick-slip process in the wheel-rail contact, and so rail corrugation will not be formed;under the corrugation condition, the wheel-rail contact has a slight stick-slip motion, which further promotes the initial corrugation to continue to develop. For the fixed node in the contact area on the rail surface, the maximum stress and strain of the section where it is located will gradually transfer from the sub-surface to the surface with the wheel running. Since the damage prone position of the section is closely related to the maximum stress and strain, the damage prone position will also first form on the sub-surface and gradually transfer to the surface. It is shown that from the micro point of view the formation of wave crest/trough in the corrugation section is a bottom-up process of damage accumulation. After a single operation of the wheel, the uneven relative slip occurs in the corrugation area, further indicating that the initial corrugation is still in the process of development. The corresponding frequency of unstable vibration modes of wheel-rail system is close to the passing frequency of measured corrugation, demonstrating that the initial corrugation will tend to intensify with the wheel running.Key words: metro line; rail corrugation; transient dynamics; contact stick-slip; system stability钢轨波磨是地铁系统中普遍存在的结构性损伤现象,表现为轨面上的周期性波浪状磨耗。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
残余应力和累积变形进行了数值分析 * 分析结果表明钢轨材料的 ./01230456 效应和轮轨接触应力的波动是钢轨 表面剥离与压溃形短波波磨产生的重要原因 * 关键词: 残余应力; 轮轨关系; 接触; 钢轨波磨; 钢轨剥离 中图分类号: 7!$$ 文献标识码: 8
!"#$%&’& () *+,,$ - .#’$ /("0#10 203,&&,& #"4 .#’$ /(3356#0’("
%:
西
南
交
通
大
学
学
报
第 %F 卷
式 (!) 中: 塑性分析中取 $ % " !"# 为应力偏量; $ 为描述累积塑性应变的强化参数, !# % "$ & % "" !# "# " !# "# 屈服面大小和形状不变, 应力向屈服面的外法 ’ 在反复加载过程中,
!
!
线方向移动 ’ 有限元模型中的滚动接触由以车轮中心为坐标原点的 平动坐标系沿水平方向移动和车轮绕轮心转动合成, 如图 $ 所示 ’ 车轮绕圆心的转角 " 和车轮平动 ( 的关系为 ( 8 " ), ) 为滚动半 径 ’ 这就定义了滚动 ’ 有限元计算是在离散时间间隔 * 9 , …, *$, *+ 上 实施, 在每个时间载荷步中平动的位移分别为 ( 9 , …, 所以控 ($, (+ , 制每个载荷步的长度可以得到较连续的滚动接触过程 ’ 影响残余应 力 & 应变累积的因素很多 (接触面积和界面摩擦等) , 而且进入塑性 区后材料具有很强的非线性特性和滞回特性, 很难用解析的方法对 其进行分析 ’ 虽然一些文献建立了弹塑性滚动接触问题的分析方
[$] [!] [’] 流派: ($)轮轨系统振动模型 (!)轮轨系统磨耗反馈模型 ; ; (’)粘滑振动模型 * 这些模型大多没有
考虑轮轨接触引起的钢轨表面塑性变形及其累积效应 * 日本东京大学 O* BCI/ 在文献 [ -] 中对轮轨动力学 分析时引入了材料的弹塑性特性, 并对波磨的起因作了分析 * 大量的钢轨波磨现象及其分析表明, 不同波 长的波磨产生的机理不同 * 因此, 根据波磨波长的不同对波磨产生机理进行研究有助于掌握波磨发生和发 压溃形波磨和磨耗形波磨是主要的波磨形式 * 展的共性 * 在钢轨的短波形式的波磨中,
!"#$% &’()’*
(9/04:5/; <=/104:5 >:?3= @/A* ,B:C02?3D0 E4/:0:56 754F3=D40G,H2356IC ($""’$,H245/)
!7&03#10:9CJ3=41/; /5/;GD4D 4D 1:5IC103I ?402 / J/03=4/;#D0=3560235456 J:I3; 0: D0CIG 023 =3D4IC/; D0=3DD3D /5I /11CJC;/03I I3K:=J/04:5 45 =/4;D AG 0/L456 023 /11CJC;/04:5 3KK310 :K M;/D041 I3K:=J/04:5 /5I =/01230456 3KK310 :K =/4; J/03=4/;D 450: 1:5D4I3=/04:5 * <23 =3DC;0D D2:? 02/0 023 =/01230456 3KK310 :K 023 =/4; J/03=4/; /5I 023 K;C10C/04:5 :K ?233; N 0=/1L 1:50/10 K:=13D /=3 4JM:=0/50 K/10:=D 0: 45404/03 D0=4MM456 :K 023 =/4; DC=K/13D /5I D2:=0 ?/F3 1:==C6/04:5 * 8,% 9(34&: =3D4IC/; D0=3DD;?233; N =/4; =3;/04:5;1:50/10;=/4; 1:==C6/04:5;=/4; D0=4MM456 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 由于高速重载列车的大量运用, 钢轨波磨现象日趋严重, 由此引发了各 (H:==C6/04:5) * 到 !" 世纪 ," 年代, 国学者对钢轨波磨起因研究的浪潮 * 自 $&%+ 年在马德里召开的国际学术会议专门研究钢轨波磨现象以 后, 国际学术组织每隔 ’ 年召开一次的接触力学与轮轨磨损学术会议和国际轮轴大会都列专题研究钢轨 波磨现象 * 形成了许多有价值的波磨形成假说和分析模型 * 从总体上讲, 这些假说和模型可分为 ’ 个主要
#3, . & BE7 #3, / & BE7 !3, .
力是不均匀的, 这种不均匀的接触力在钢轨内部沿纵向所产生的残余变形也是不均匀的, 这种不均匀的残
应力 / 应变分析 ) 设钢轨材料具有双线性循环硬化特性, 如图 ! 所示, 各向同性材料的单向拉伸特性为 ($) !7 . 0 9 #, ! " (,1 -./ ) 中: ( 0 8 " # ) ! : !1% -./; ; 式 ($) 0 8 和 0 9 分别为材料弹性和塑性阶段的扬氏模量 0 9 " % ) 1( : !1$ -./)
!#
{
08 #, ! 1 (,1 -./;
( /) 图! <6=0 ! 钢轨材料特性
( ;) -8>?/46>/@ 9A398ABC 3D A/6@ */B8A6/@
泊松比为 1 ) $ ) 设轮轨材料服从等向强化准则, 见图 ! ( ;) 在首次加载 ) 由于局部材料的屈服, !7 " (,1 -./; 和卸载的循环后, 在材料的塑性区和弹性区都留下残余应力 !A, #A, !" 和残余应变 !" ) 在随后的加载中产生的 新的应力!7, #7, !A, #A, !" E!9, !" 和应变 !" E# 9, !" 与前面的残余应力 !" 和残余应变 !" 相叠加构成新的应力场 ) 在新 的应力场中根据屈服准则, 判断材料新的屈服面及弹性应力场 ! 由此产生新的残 2 7, 2 9, !" 和塑性应力场! !" , 若接触载荷超过弹 余应力 ! 2 A, 2 7, # !" 和新的残余应变 !" 以及残余变形 ) 由于轮轨滚动接触载荷的重复进行, 性极限载荷, 则这种残余变形会不断累积 ) 屈服面将朝 F 直至材料安定或破坏为止 ) 首 #!" 增长的方向移动, 次屈服后施加后续接触力时, 屈服面的方程为 ( 5) 3!"3!" # 4 ) (()
!
-./ 0 接触区附近的应力远超过钢轨材料的屈服极限 0 要准确分析钢轨的接触应力及由此引起的塑性累积 变形和波浪形压溃现象, 应进行塑性分析 0
!
轮轨弹塑性接触分析
在轮轨接触载荷不大时轮轨的接触应力就远超过钢轨材料的屈服极限, 这就使得接触区附近材料产
生较大的塑性变形 ) 按塑性理论, 对强化材料来说, 当材料某点的应力状态 !!" 在三维主应力" 空间平面上 组成的应力圆半径等于 2345-6787 半径时, 该点材料的应力状态就呈弹塑性状态 ) 使钢轨材料发生初始塑 性变形时的接触载荷称为弹性极限载荷 ) 为判断钢轨材料是否进入塑性区, 可由给定的接触参数及接触载 计算接触应力张量! ( , 再应用 2345-6787 屈服准则 荷根据式 (!) " " !, #, $) !" ! ,
图%
轮轨接触有限元模型 &KB /- 0 1 2 5/46756 &’() ! 表9
图!
钢轨截面应力分#34;’C63’LM6’/4 ’4 37’, 53/CC C.56’/4 N7L) 9 类别 2.C’"M" 74" C637’4 ’4 37’, 无摩擦 I !< ’ :<= I =! ’ :<9 ; ’ ;;$ =<< 有摩擦 I := ’ :F< I !F ’ <:F ; ’ ;;$ :!;
第 ’+ 卷 第 $ 期 !""’ 年 ! 月
西 南 交 通 大 学 学 报 ER7.98@ RS BR7<PTUB< EV8R<R9W 79VXU.BV<O
X:;* ’+ 9:* $ S3A* !""’
文章编号: (!""’) "!%+#!,!"$#""’-#"-
轮轨接触应力与钢轨波磨分析
张立民
(西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川 成都 ($""’$) 摘 应用强化材料模型对钢轨内部的 要: 根据轮轨滚动接触中钢轨循环加载塑性累积和材料的 ./01230456 效应,
计算得知, 车轮第一次滚过钢轨后在钢轨上留 下 ; ) ;;$ : 左右的残余应变, 这种残余应变不仅是 钢轨疲劳和破坏的主要因素, 在变形累积和载荷波 动的情形下它还是钢轨压溃形短波波磨萌生的主要 因素 ) 因为在随后的滚动加载A卸载循环中一方面钢 轨内残余应变与变形逐渐增加, 另一方面轮轨接触
钢轨残余应力和应变 ( - 8 99= >?, $ 8 ; ’ 9<)