心轨热处理质量的影响因素研究

针对CN高速道岔部件辙叉心轨在热处理工业化生产过程中,有时出现硬度超差的情况,通过对各种影响因素进行试验、研究,排除了不稳定因素,重点对淬火冷却因素进行了深入分析,通过增强控制手段,使心轨热处理通过了型式检验,满足行业标准,保证了产品的优质质量。

高速铁路道岔尖轨心轨廓形偏差校验软件研制

通过人工方法校验尖轨心轨廓形偏差,不仅校验结果准确性不高,而且校验效率低。依据TB/T 3307.1—2020《高速铁路道岔制造技术条件第1部分:制造与组装》要求,参考人工校验方法,提出尖轨心轨廓形偏差校验软件功能,介绍廓形偏差校验原理,设计廓形偏差校验软件,并验证廓形偏差校验软件。结果表明:采用廓形偏差校验软件,能够准确、快速地对比尖轨心轨廓形,并且统一了廓形比对基准和偏差计算方法,消除了不同方法造成的结果差异。

考虑材料塑性变形的高速道岔心轨裂纹萌生预测

根据高速铁路18号单开道岔钢轨设计廓形,考虑车轮逆向-侧向通过翼轨-心轨时轮载转移引起的冲击荷载和材料塑性变形,将心轨塑性变形结合到裂纹萌生和磨耗共存发展预测方法中,预测了心轨裂纹萌生。分析发现,心轨顶宽35~40 mm为承受轮载转移的最不利位置;该位置的表面材料在冲击荷载下发生塑性变形,其应力应变明显降低,直至在一定轮载次数下达到稳定状态,这时的最大塑性变形量为0.0875~0.0925 mm,延缓了疲劳裂纹的萌生;心轨疲劳损伤最大值位于轨头亚表面,顶宽35和40 mm处的裂纹萌生区域分别在心轨表面垂直向下1.2和1.5 mm、从轨顶中心水平向工作边一侧4~5 mm和1~2 mm的位置。疲劳裂纹萌生寿命分别为1.63×106t和3.97×106t。

可动心轨辙叉长心轨跟端掉块原因分析及预防措施

为了查明可动心轨辙叉长心轨跟端掉块的原因,分析掉块位置的宏观形貌、金相组织、扫描电镜观形貌和能谱。结果表明:在中频感应加热过程中,由于温度过高,长心轨跟端轨肢与轨腰圆弧处过热,形成较深的脱碳层;在高温下,粗大的奥氏体晶粒区域形成硫化物组织,使晶界脆化,钢轨的塑性和冲击韧性明显降低。在锻压过程中,钢轨出现裂纹。在正火过程中,未能有效消除高温形成的硫化物。在后续加工过程中,由于外力的作用,裂纹向轨底和轨底角分别呈一定角度扩展,直至掉块脱落。据此提出相应预防措施。

基于NURBS的固定辙叉心轨廓形参数化设计方法

为实现固定辙叉心轨廓形参数化设计,基于非均匀有理B样条(NURBS)理论,提出一种考虑固定辙叉心轨廓形几何特征的参数化设计方法。以60 kg/m钢轨12号固定辙叉为例,选取心轨关键控制参数轨顶横坡和复合圆弧段比例系数对心轨廓形进行方案设计,分析轨顶横坡和复合圆弧段比例系数对心轨廓形变化的影响权重;分析各方案下结构不平顺、轮轨接触点分布、轮对侧滚角以及滚动圆半径差等接触几何关系指标变化规律。研究结果表明:复合圆弧段比例系数对心轨粗壮度影响较大;随着心轨顶宽增加,轨顶横坡对心轨廓形影响权重逐渐增加;轨顶横坡越大,心轨轮载过渡范围逐渐后移,对心轨承力有利;当轨顶横坡为1/10,复合圆弧段比例系数为1/3(方案4)时,竖横向不平顺相对于各方案最小值增大2.06%和1.61%,但轮载过渡位置在距心轨理论尖端330~335 mm范围内,心轨承载断面宽度最大;复合圆弧段比例系数对滚动圆半径差和轮对侧滚角变化影响权重较轨顶横坡大,在横移量-8~+4 mm范围内,随着心轨顶宽增加,方案4中滚动圆半径差和轮对侧滚角最小。综合考虑各方案轮轨接触几何参数变化规律可知,方案4廓形参数选取较为合理。该方法可使心轨廓形设计更具有针对性和可预测性。

新制高速铁路道岔尖轨和心轨超声波检测方法研究

为提升高速铁路道岔使用寿命,保障列车安全运行,针对新制道岔尖轨及心轨超声波检测工艺方法开展研究。简述对比试块人工伤损的位置和尺寸设置。利用A型脉冲反射式超声波探伤仪,检测人工伤损对比试块和实际产品,对比分析采用不同规格探头检测结果的差异。基于检测结果,对尖轨、心轨超声波检测工艺方法进行验证。验证结果表明:钢轨原材料材质伤损宜采用纵波直探头,同时增加60AT2钢轨轨腰不同埋藏深度平底孔人工伤损,以评定伤损当量大小。

固定辙叉查照间隔及心轨加宽研究

针对我国铁路固定辙叉轮载过渡区域翼轨和心轨因总承载面积小而导致使用寿命短、更换极为频繁的问题,进行固定辙叉查照间隔合理取值及心轨加宽设计研究.根据现有的车辆轮对尺寸和容差,推导出现有行车条件下固定辙叉查照间隔应大于等于1388 mm,护背距离应小于等于1348 mm.经大秦线和朔黄线现场测试,验证了该修订后的查照间隔取值是正确的,并具有一定的安全余量.根据修订后的查照间隔值,心轨每侧可加厚4mm,心轨实际尖端至50 mm断面可加厚8mm,使心轨承压面积增加30％,从而提高了心轨薄弱断面的粗壮度,可防止心轨轨头宽20～40mm断面区段的压塌,降低磨耗,大大延长辙叉的使用寿命.在朔黄铁路西柏坡站铺设据此设计和试制的新型合金钢组合辙叉,进行现场试验,结果表明：该辙叉经逆向通过约20万个轮对后状态依然良好,辙叉区动态轮轨游间为2～3 mm,可保证行车安全.

重载货车作用下固定辙叉心轨磨耗分析

针对大秦铁路75 kg/m钢轨12号高锰钢固定辙叉心轨处的磨耗问题，基于 Kalker简化理论，建立车辆-道岔系统动力学模型。分析比较重载C80型货车侧向通过道岔辙叉区时，不同车轮和道岔型面匹配下的轮轨蠕滑力、轮轨接触斑面积、车轮滚动圆半径与车轮磨耗功率间的关系以及轮轨型面匹配程度和变化规律。结果表明：当车辆从翼轨行进到心轨时，其标准车轮滚动圆半径的突变值在4～5 mm 之间，相对于标准车轮，磨耗车轮的值降低了50%，对心轨的垂向冲击较小；轮对由翼轨过渡到心轨时，其左右磨耗车轮的滚动圆半径差值小于标准车轮，磨耗车轮的纵向蠕滑力相对标准车轮减低了45%～63%；磨耗功率大小与车轮滚动圆半径以及轮轨型面匹配程度有关。

高锰钢组合辙叉心轨铸造工艺模拟与开发

模拟了高锰钢辙叉心轨的充型和凝固过程,确定了冒口尺寸。根据计算机模拟结果和辙叉心轨的几何形状的特殊性,确定了辙叉心轨的铸造工艺方案。采用平稳无气隙浇注系统,避免了在充型过程中气体和夹杂物的卷入。应用该工艺消除了缩孔、疏松、裂纹、晶粒粗大等铸造缺陷,成功开发了低成本高质量高锰钢辙叉心轨。

高速道岔心轨扳动力和不足位移控制研究

为了控制高速道岔心轨扳动力和不足位移,根据双肢弹性可弯心轨的特殊结构外形、受力特性和扳动机理,建立心轨转换仿真模型,以42号道岔为例分析不同牵引点布置方式下心轨扳动力和不足位移的变化规律。计算结果表明:牵引点扳动力随摩擦系数的增大基本成递增关系,扳动力的很大一部分用于克服滑床板的摩擦力;采用减摩措施、增设牵引点可以减小扳动力和不足位移;在最后一牵引点至跟端间设置反变形,可使不足位移控制在客运专线要求之内。

固定辙叉心轨轨顶降低值优化

为合理选取固定辙叉心轨轨顶降低值,基于车轮踏面在翼轨和心轨间过渡时的轮轨接触几何关系和动力相互作用,提出了心轨关键断面降低值的选取及评价方法.以LMA型车轮踏面列车直逆向通过60 kg/m钢轨12号固定辙叉式道岔为例,用该方法对心轨轨顶降低值进行了优化.结果表明:心轨关键断面降低值的确定,在满足固定辙叉区轮载过渡的安全性和心轨承载断面强度要求的同时,应提高列车运行的稳定性;断面降低值越小,产生的轮轨相互作用越小,有利于提高行车性能,但需考虑此时轮轨作用位置是否超出心轨结构承载能力范围;60 kg/m钢轨12号固定辙叉心轨顶宽20和50 mm断面处,可分别取3和0 mm降低值作为优选方案.

道岔区固定辙叉心轨垂磨对轮轨动态接触的影响

通过实测数据和文献资料,分析了辙叉区心轨垂直磨耗分布规律,并基于该规律构造了各级垂直磨耗分布曲线。针对重载条件下普速铁路60 kg·m^-1钢轨12号单开道岔,基于车辆-道岔耦合动力学的理论,建立重载货车-道岔耦合动力学模型,计算分析了固定辙叉心轨垂直磨耗对重载货车通过道岔辙叉区轮轨接触的影响规律。结果表明:心轨顶宽20~40 mm范围是实测心轨垂直磨耗较为严重的区域;随着心轨垂直磨耗量的增大,轮载过渡区轮轨接触力最大值和接触力过渡曲线波动性普遍增大,轮轨接触关系随之恶化,心轨与翼轨之间的轮载过渡平稳性随之下降;当轨道几何不平顺较为良好时,心轨顶宽40 mm处垂磨应控制在5 mm之内。

滑床台摩擦系数对双肢弹性可弯心轨扳动力及不足位移影响的计算分析

考虑心轨的特殊结构外形,以及转换过程中的一些线性和非线性因素如顶铁力、密贴力、跟端扣件扣压力等的作用,以UIC60D双肢弹性可弯心轨为例,建立有限元模型,采用ANSYS程序计算分析了心轨的扳动力及不足位移受滑床台摩擦系数影响的规律。

嵌入式组合高锰钢辙叉心轨水平裂纹产生原因分析

通过对三次爆炸硬化高锰钢叉心心轨小断面水平裂纹宏观形貌、微观组织、力学性能试验分析,确定了心轨裂纹起源于顶面表层、硬化层心部及硬化层与硬化过渡区。结果表明,表层裂纹为疲劳裂纹,在服役过程中经交变载荷作用而产生,并向内部及水平方向扩展。硬化层内裂纹由服役过程中产生的形变孪晶与爆炸硬化时产生的孪晶发生交互作用萌生微裂纹,或者由于晶粒之间变形不协调导致晶界处萌生微裂纹,并在交变载荷作用下沿孪晶方向或晶界扩展。

提速道岔可动心轨滑床板受力特性的试验研究

针对现有可动心轨提速道岔心轨滑床板的上表面普遍出现台阶的现象,对心轨滑床板受力进行了现场测试和理论分析。结果表明:导致滑床台出现台阶的主要原因是列车速度高,心轨和滑床台为刚性接触,滑床台承受了过大的冲击力所致。根据其受力特点,设计并在现场采用了弹性滑床板。事实表明,使用弹性滑床板后,减小了心轨下刚度,改善了心轨滑床板中所受的振动冲击。

基于Archard磨耗模型的合金钢心轨组合辙叉道岔钢轨磨耗研究

基于Archard磨耗模型并结合有限元静动力分析方法,对重载铁路合金钢心轨组合辙叉道岔岔区钢轨垂直磨耗特性进行了研究,给出了一种研究钢轨磨耗的新方法。研究结果表明:受不同断面轮轨接触特性及轮轨力差异的影响,岔区各断面轮轨接触斑内磨耗量的大小及分布存在差异;辙叉轮载过渡区翼轨磨耗严重的机理是轮轨法向接触应力大于翼轨材料硬度的0.8倍导致了磨耗系数的突变,建议将此区域翼轨镶嵌合金钢材料或采用深度爆炸硬化技术处理;轮轨接触应力随行车速度的增加有所增加,随列车轴重的增加而大幅增加,建议有条件的情况下降低C80,C70列车的侧向过岔速度,以减缓道岔的磨耗速率。

60kg/m钢轨12号可动心单开道岔短心轨病害分析及整治措施

60 kg/m钢轨12号(Vz200)可动心单开道岔(CZ2516、SC325)是我国干线铁路的主型道岔,经过长期的运营,部分区段道岔出现了短心轨尖端部位轨顶、轨底裂纹病害。经过大量的现场调查,分析了造成病害的原因,提出了更换可动心轨组件、长短心轨组件和仅更换短心轨3种方案,并对新更换的短心轨结构进行优化,同时加强现场养护和预防措施。

基于贝氏体焊条修复辙叉心轨堆焊性研究

为了满足贝氏体辙叉心轨现场补焊和修复的需要,本文用自制的贝氏体焊条单层和多层堆焊辙叉心轨,分析研究了其堆焊层组织和性能的变化。实验表明:用自制的贝氏体焊条堆焊辙叉心轨,堆焊前不用预热,焊后不用热处理;电弧稳定,焊接性能好;其修复层硬度优于辙叉心轨;多层堆焊的性能比单层堆焊的性能更好。

高锰钢辙叉心轨强韧化工艺的研究与应用

为了提高铁路运输易损件辙叉心轨的使用寿命,在大生产环境下,采取强韧化工艺进行了质量优化研究,提高了心轨的综合性能,延长了使用寿命。