基于缩尺模型试验的波磨形成机制及发展特性

针对铁路系统中广泛存在的波磨现象,采用自行设计的缩尺双盘试验装置,研究了波磨的形成机制和发展特性.首先,描述了缩尺双盘试验装置的组成及功能,校核了其稳定性,并开展了基准试验以验证试验装置用于磨耗分析的可靠性;然后,通过设置荷载及边界条件,利用缩尺试验模型,分析了波磨的形成机制;最后,在初始波磨的基础上,探究了波磨的发展特性及演化规律.结果表明,基准试验中的粗糙度演化趋势与相关文献试验中的粗糙度演化趋势相似,从而表明所建立的试验装置是可靠的,能够用于磨耗演化分析.当不存在轨面凹坑缺陷时,轨轮接触区域随着运行时间的增加会逐渐出现明显接触光带;当施加轨面凹坑缺陷后,轨轮表面接触光带随着运行时间的增加会逐渐消失,且粗糙度呈现近似线性增加.当存在轨面凹坑缺陷时,随着运行时间的增加,轨轮表面会逐渐演化出不均匀磨耗,且不均匀磨耗波长逐渐增大并在后期表现出固定波长特性,这表明轨轮表面形成了初始波磨.波磨形成试验表明,在轨面固定缺陷激励下,轮轨接触区域发生的非均匀材料磨耗导致了波磨的生成.波磨发展试验表明,随着运行时间的增加,轨轮表面波磨波长会逐渐增大并最终趋于稳定,波磨粗糙程度也会逐渐变大并最终趋于恒定.

地铁线路上一种钢轨波磨现象的成因分析

针对地铁线路直缓点附近区间上的一种特殊钢轨波磨现象,根据现场条件建立车辆-轨道系统数值模型,并对模型的有效性进行了验证;运用数值模型分析上述线路区间的轮轨界面黏滑特性,解释了该类钢轨波磨的形成原因;结合轮轨系统动力响应特性,分析促使钢轨波磨生成和发展的波长固定属性的成立条件。结果表明:在线路直缓点附近区间,导向轮对和从动轮对内外侧轮轨界面均会发生横向黏滑运动,而轮轨界面发生纵向黏滑运动的概率较低,且黏滑运动的交替发生,导致了钢轨表面初始波磨的形成;当导向轮对和从动轮对内外侧车轮经过线路直缓点时,外侧轮轨接触表现为轮缘-轨距角接触,且接触形式的改变造成了轮轨系统法向力的波动,说明直缓点的存在赋予了轮轨横向黏滑运动的相位同步特征,能够保持钢轨波磨的波长固定属性,因此,钢轨波磨最终形成并不断发展,而且内轨表现为轨面波磨,外轨表现为侧面波磨,这与实测区间波磨现象一致。