变摩擦条件下高速钢轨焊缝处轮轨滚动接触-冲击行为研究

采用变摩擦系数能够较为准确地刻画轮轨滚动接触行为。为研究变摩擦系数对钢轨焊缝处轮轨滚动接触行为的影响,建立三种不同钢轨焊缝工况的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,通过对比库伦型摩擦系数的结果,计算分析变摩擦系数对轮轨力、接触斑内的微滑以及黏滑分布等接触行为的影响。结果表明:变摩擦系数接触斑内的滑动区域占比会更大且在滑动区域会引起黏滑振荡现象,当轮轨界面滑动现象越明显时,黏滑振荡越剧烈;变摩擦系数对法向接触解的影响不大,切向接触解会因接触状态的改变显著受到影响,造成凸形1焊缝的不均匀磨耗;变摩擦系数会影响von Mises应力分布,其最大von Mises应力发生的位置会向轨底移动,对伤损出现的位置产生影响。

基于3m波长地铁钢轨焊缝接头不平顺的轮轨响应分析

相对于1 m弦测值的焊缝接头动力学评估与管理,基于3 m波长范围的焊缝接头不平顺轮轨响应分析对其服役状态评估与管理具有重要意义。首先,基于车辆-轨道垂向耦合动力学理论建立车辆-轨道垂向耦合模型;然后,借助基于一弦N点弦测法研制的钢轨短波不平顺测量小车,对地铁线路焊缝接头不平顺进行精确测量,并根据传统弦测理论得到1 m弦测值;接着,将实测3 m波长焊缝接头不平顺和1 m弦测值作为车辆-轨道垂向耦合模型的不平顺激励输入,对比3 m波长焊缝接头不平顺和1 m弦测值激扰下的轮轨响应;最后,研究了车速和焊缝位置对轮轨动力响应的影响。结果表明:相比1 m弦测值激扰下的轮轨动力响应结果,3 m波长焊缝接头不平顺激扰下的轮轨力幅值变化不明显,轮重减载率幅值增大11.52%,钢轨加速度幅值增大54.05%,轮对振动加速度幅值增大37.67%;车速提高会导致轮轨力和轮重减载率幅值增大;焊缝中心与轨枕间的距离增加,轮轨力幅值先增加后减小,当焊缝中心距离轨枕0.1 m时,轮轨力幅值最大。

重载铁路小半径曲线段钢轨焊缝不平顺安全管理限值

基于一重载铁路曲线段的线路条件与钢轨焊缝不平顺现场测试数据,通过建立30 t轴重重载货车-轨道耦合动力学模型,分析了重载铁路钢轨焊缝不平顺参数与曲线参数对重载轮轨系统动力响应的影响规律。结合轮轨动力性能安全评价指标,分析了不同类型重载线路钢轨焊缝短波不平顺的安全限值。结果表明:在小半径曲线段,钢轨焊缝不平顺对重载行车安全性威胁更大;轮重减载率和轮轨垂向力响应指标受钢轨焊缝不平顺的影响较大,可作为钢轨焊缝不平顺动力影响研究的敏感指标;曲线段钢轨焊缝不平顺短波波深限值随行车速度增加而减小,随曲线半径减小而略有减小;30 t轴重重载货车以100 km/h运行于半径400 m的曲线线路时,凸形焊缝不平顺的短波波深安全限值为0.2 mm,凹形焊缝不平顺的短波波深安全限值为0.1 mm。

地铁钢轨焊缝不平顺对轨道系统振动特性影响的实测研究

为探究地铁钢轨焊缝不平顺对轨道结构振动特性的影响规律,对0.5 mm焊缝不平顺、0.3 mm焊缝不平顺和无焊缝3种工况进行现场动静态测试,对比了3种工况下轨道部件振动响应的时域、频域以及振动传递特性.研究结果表明:测试区段钢轨焊缝不平顺超标较严重,下行超标率超过50%,且钢轨焊缝形态不一,致使地铁振动显著增大;3种工况下振动响应自钢轨传递至隧道壁逐渐降低,说明由于轮轨间相互作用致使振动主要发生在车轮和钢轨之间;测试路段铺设弹性长枕,振动响应损失主要发生在轨枕与道床之间,减振效果较好,焊缝不平顺工况振动响应损失较大;钢轨存在焊缝时各测点低频振动增加且频谱成分更丰富,影响人们乘坐的舒适性;与无焊缝工况对比,0.3 mm焊缝不平顺工况和0.5 mm焊缝不平顺工况下各测点振动量值最大增幅分别为25%、650%;建议应重点关注焊缝施工工艺和现场验收过程,严格控制钢轨焊缝不平顺不超过规范规定的0.3 mm限值要求.

地铁钢轨焊缝不平顺的动力特性及其安全阈值

为研究钢轨焊缝短波不平顺对地铁车辆轮轨动力响应影响,基于高斯函数提出了一类表述焊缝短波的表达式,基于车辆-轨道耦合动力学理论及仿真分析软件(unversal mechanism,UM),研究了新模型与传统谐波模型对地铁车辆轮轨动力特性影响,并分析了焊缝短波波长及波深对轮轨动力响应的影响,在此基础上提出了地铁焊缝短波不平顺的安全阈值。分析结果表明:与传统谐波模型相比,新模型呈现“瘦高”特性,实测不平顺介于两类模型之间,且局部区域斜率更接近新模型。车辆高速通过焊缝区时,新模型所引起的轮轨高频瞬态冲击力(P_(1))、轮重减载率、钢轨加速度及轴箱加速度比传统谐波模型更大。两类焊缝模型引起的轮重减载率随波深的加深呈现指数型增长,而随波长的增加呈反比例下降。采用轮重减载率作为评判标准比采用轮轨垂向力更为严格,当波长较小时其差别不明显,而当波长较大时轮轨垂向力作为评判准则所得波深为轮重减载率的2倍。与传统谐波模型相比,新模型所计算得波深更为严格。

《钢轨焊缝探伤》课程思政案例研究——以陕西铁路工程职业技术学院为例

《钢轨探伤》是面向铁道工程技术专业开设的一门专业核心课程,《钢轨焊缝探伤》是该课程的重点内容,主要讲授焊接缺陷类型、焊缝仪器介绍、探头扫查原理及焊缝探伤演练等内容。以该内容为例开发课程思政案例,在传授专业技能的同时,提高学生职业素养,实现“思政元素外显+学科知识内化”的教学目标,在更好发挥隐性育人功能的同时,落实立德树人的根本任务[1]。

采用新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的轮轨动力学特性

根据轮轨相互作用机理,建立安装新型钢轨焊缝保护装置后钢轨焊缝处的车辆—轨道耦合动力学模型,对此处的轮轨垂向力、脱轨系数、轮重减载率等轮轨动力学指标进行仿真计算,并分别与采用鼓包鱼尾板和没有焊缝保护装置时进行对比,研究采用新型钢轨焊缝保护装置时焊缝处的轮轨动力学特性。对比分析结果表明:采用新型钢轨焊缝保护装置后,轮轨垂向力降幅分别为1.28%和4.63%,脱轨系数降幅分别为1.49%和2.94%,轮重减载率降幅分别为3.41%和7.68%;新型钢轨焊缝保护装置在各速度条件下均能够有效地减小焊缝振动和动态受力。由此可见,采用新型钢轨焊缝保护装置,可消除打螺栓孔带来的安全隐患,有效减小焊缝处的动力响应,加强焊缝处的轨道结构整体性。现场动态测试结果进一步验证了新型钢轨焊缝保护装置结构的合理性。

钢轨焊缝的相控阵超声定点扫查工艺研究

利用相控阵超声扇形扫描对钢轨焊缝进行快速扫查,通过计算超声波在楔块-工件界面的透射率,确定扇形扫描角度范围,进而研究钢轨焊缝的定点扫查工艺,设计专用位置标示尺。使用钢轨标准试块进行试验验证发现,相控阵扫描角度设置在30°~70°之间,位置标示尺标定10个位置即可实现试块的全面检测。本方法可以有效提高钢轨焊缝的检测效率,降低检测缺陷识别难度,同时可以将检测图像进行对比分析,具有可追溯性。

一种新型钢轨焊缝保护装置的受力分析

为预防无缝线路钢轨焊缝断裂,铁路部门大多采用在焊缝两侧的钢轨打螺栓孔、设置鼓包夹板进行加强。螺栓孔会成为新的应力集中源,在疲劳荷载的作用下产生裂纹,甚至导致钢轨断裂。新设计的焊缝保护装置不需在钢轨及夹板上打眼,采用胶粘剂固定夹板和钢轨,也可提高焊缝处的承载能力。针对一种新型钢轨焊缝保护装置的结构与受力特点,建立了有限元仿真分析模型,计算了列车荷载作用下钢轨的垂横向位移、轨底动弯应力、夹板及附属结构的动应力等指标,并与焊缝处不设保护装置、设置鼓包夹板的情况做了系统地对比,证明了保护装置有利于减小焊缝受力和变形,可有效保护焊缝,并预防焊缝断裂。

焊接长钢轨焊缝性能的磁弹测试

实验发现，铁磁材料被交变磁场局部磁化以后，材料内部的磁畴发生不可逆运动和跳跃式位移，释放出的磁弹噪声，强烈地依赖于材料的弹性形变、表面热处理状态、组织结构等。采用该信号依赖于材料特征的这项技术检测了哈尔滨铁路局焊轨厂生产的60 kg/m U74无缝钢轨的表面硬度，并与布氏硬度法检测取得了一致结果。为该项磁法无损检测技术开拓了应用前景。

钢轨焊缝错边的视觉检测方法

为了实时、准确、自动地实现钢轨焊缝错边量检测,提出一种钢轨焊缝错边的视觉检测方法。首先,采用中值滤波法去除焊缝图像中的噪声;其次,采用最大类间方差法和扫描法,实现轨边的粗定位,采用多次最小二乘直线拟合法实现轨边的精定位,去除奇异点,提高边缘定位精度;再次,采集标定图像,利用图像处理算法,实现相机的自动标定;最后,根据错边的边缘信息和相机的标定结果,实现错边量的检测。通过对60kg/m钢轨焊缝区域、非焊缝区域和标准件的检测实验,验证了该方法具有精度高且稳定性好的优点,可用于焊轨基地的焊缝错边自动在线检测。

风沙冲蚀对钢轨焊缝区的影响

针对新疆特大风区铁路钢轨遭受风沙冲蚀现状,研究风沙对钢轨焊缝区的冲蚀行为。采用气流挟沙法模拟风沙环境,分别对焊缝区及母材试样进行冲蚀试验;试验方案依据正交试验原理设计,用失重测量法测量试样冲蚀率,研究冲蚀率与沙粒直径、冲蚀速度和冲蚀角度的关系;用扫描电镜(SEM)观察试样冲蚀表面微观形貌,分析冲蚀机理。结果表明,冲蚀速度是影响焊缝和母材冲蚀率的主要因素,速度越大,冲蚀率越大;冲蚀角度对焊缝和母材的影响,随角度的增大而减少;相同情况下,母材的冲蚀率大于焊缝区的冲蚀率;在材料弹性模量一致的情况下,材料的硬度在抗冲蚀能力方面起到重要作用。

基于应力波的钢轨焊缝损伤检测方法研究

为实现对钢轨焊缝处损伤的检测,对应力波在钢轨中的传播特性进行研究。通过频散曲线得知在5 000 Hz内钢轨纵向模态导波为非频散波。使用ABAQUS有限元软件建立仿真模型,模拟轨头、轨腰、轨底处损伤,在纵向激励下对比正常工况及损伤工况应力波的传播规律。结果显示,损伤前后0.15 m内测点处峰值较正常工况明显减小,应力波在损伤前后会发生反射和衍射现象。据此,建立了一种钢轨焊缝损伤指标,沿钢轨横截面布设测点,能够检测钢轨焊缝处损伤及损伤程度。

钢轨焊缝相控阵超声检测技术研究

沈阳南焊轨基地现使用的超声无损检测设备存在诸多不足,为提升对成品焊缝的检验质量及效率,结合现场铝热焊缝伤损实际,对焊轨基地厂焊焊缝探伤设备及工艺进行深入研究,应用相控阵超声检测技术提出可行的实施方案。通过利用相控阵技术,对现场铝热焊及闪光焊缝进行检测尝试,证明可以将相控阵技术引入焊轨基地应用,能提高焊轨基地厂焊焊缝探伤效率,并实现自动化探伤作业。

用于钢轨焊缝正火的双频感应加热电源的研究

通过对钢轨焊缝热处理的难点进行分析，给出目前的工业处理方式及存在的缺点。运用了一种新型的N步双频电路拓扑，使其满足钢轨焊缝感应正火的要求。同时对同步双频感应加热电源进行了研究，详细分析了N步双频感应加热电源的电路结构及应用优势，并进行了理论分析。在ANSYS环境下进行有限元耦合场仿真．验证了双频相对于单频在钢轨焊缝正火中的优势。在PSIM环境下搭建了仿真模型，验证了该双频拓扑结构和参数的正确性，得到的仿真波形与理论分析一致。

基于相控阵超声技术的重载铁路钢轨焊缝检测方法

针对采用传统超声波对重载铁路钢轨焊缝检测时效率低且易漏检的问题,提出了利用相控阵超声技术对钢轨焊缝进行检测。通过仿真模拟确定了扫描角度和探头位置等检测工艺,并选取GHT-5和YN-1试块进行试验验证。结果表明:采用相控阵超声技术进行焊缝检测可以实现多角度扫查,探头小范围移动即可完成全覆盖扫查,操作简单,效率高,检测效果良好;相控阵扇形扫描检测图像包括丰富的缺陷信息,可以直观地呈现缺陷位置,有利于缺陷的识别和判定。利用相控阵探伤仪对重载铁路钢轨焊缝伤损进行定性和定量分析,提高了小当量损伤和易误判易漏伤损的识别率,提升了检测效率。

基于水平集的钢轨焊缝区域定位方法

针对现有钢轨焊缝错边量测量方法在不同光照环境下适应能力不强、定位精度不高、稳定性不好的问题,提出了基于水平集的钢轨焊缝区域定位方法。首先,采用水平集对预处理后的焊缝图像进行轮廓分割,将焊缝与轨腰、轨头和背景进行分离;其次,采用面积排序和连通域相结合的方法排除轮廓干扰,实现焊缝轮廓的粗定位;再次,采用两次排序法实现焊缝轮廓的精定位;最后,对焊缝轮廓中横坐标采用排序法实现钢轨焊缝区域的自动定位。通过模拟不同的光照环境,对60 kg/m钢轨焊缝区域进行定位实验,验证了该方法具有适应能力强、精度高和稳定性好的优点,可用于焊轨基地焊缝错边量的自动检测。

高速铁路钢轨焊缝核伤的探测方法

近年来,我国高速铁路事业发展取得了辉煌的成就,相对应地,对安全问题也提出了更高的要求。其中,钢轨焊缝处最容易形成缺陷"核伤",严重地会造成断轨事故,造成重大的生命和财产损失。本文以高速铁路钢轨焊缝核伤为主要研究对象,讨论探测方法的实用性,并提出合理的操作建议。

对提高钢轨焊缝探伤效率的思考

分析了钢轨焊缝探伤的效率低下的原因，利用1：1直读法简化计算过程，改进工艺，提高探伤准确性；充分利用钢轨探伤仪的特性，提高了钢轨焊缝探伤效率，经实践证明，节省了大量的时间和费用。

CTS-22A型通用仪钢轨焊缝探伤测距快速调节法

本文主要介绍了如何进行CTS-22A型通用仪钢轨焊缝探伤前的测距调节。根据焊缝全断面探伤的工艺要求，为便于现场操作，保证判伤的准确性，选择满声程270mm的快速调节方法，可满足单双探头声程的要求，K1、K2．5、直探头三者兼顾。其最大特点是单K2．5探头深度直读，判伤快速，水平定位非常精准，适用于现场任何焊缝的探伤。