暖湿气流对不同服役温度下轮轨界面黏着与损伤的响应行为研究

为研究不同服役温度下高湿度暖湿气流对车轮材料黏着与损伤的影响,为列车轮轨的安全可靠服役提供理论参考.本文作者利用轮轨滚动接触磨损/疲劳试验机模拟宽温环境(-55~60℃)下,着重考察间歇暖湿气流对高速轮轨界面黏着与车轮表面损伤的响应行为.结果表明:同种暖湿气流(RH 99%)作用下,环境温度对轮轨滚动接触界面的黏着与损伤存在显著影响;在低温环境下,轮轨间的黏着系数会瞬时大幅度下跌,而高温环境下反而出现轻微上升的现象.在低温工况下暖湿气流诱导下的车轮损伤(如塑性变形和表面疲劳裂纹等)明显高于高温环境,磨损机制由低温环境下的疲劳磨损和磨粒磨损为主逐渐转变为高温环境下的氧化磨损、黏着磨损和疲劳磨损.因此,为进一步保障高寒地区列车通过隧道等湿热环境时的安全可靠运行,暖湿气流诱导列车轮轨低黏着状态的行为须予以关注和引起重视.

高寒地区列车遭遇暖湿气流后轮轨界面黏着与车轮损伤响应行为研究

利用轮轨滚动试验机模拟了-40℃环境工况下不同湿度(10%~99%)暖湿气流对高速轮轨界面黏着与车轮表面损伤的响应行为。低温环境下轮轨界面遭遇暖湿气流时,黏着系数会迅速减小,且随着气流湿度的增大,黏着系数减小的幅度和恢复时间均增加;同时,与未遭遇暖湿的轮轨界面相比,黏着系数、磨损量、塑性变形层厚度均明显增大,且随着气流湿度的增大,平均黏着系数减小,磨损量和塑性变形层厚度增大。在低温无湿气作用工况下,车轮磨损机制主要为疲劳磨损,剖面裂纹以表层裂纹为主;低温间歇暖湿气流作用下,车轮磨损机制主要以氧化磨损和黏着磨损为主,磨损表面出现氧化磨屑堆积而成的第三体层,剖面裂纹出现了多层裂纹和次表层裂纹。低温环境下,暖湿气流对列车的轮轨界面黏着和车轮损伤影响显著,主要体现在黏着系数的瞬时大幅减小以及车轮材料更为严重的磨耗和疲劳损伤。因此,高寒地区应特别注意暖湿气流对列车轮轨损伤和黏着的影响,以保证列车的安全运行。

地铁小半径曲线轮轨界面摩擦管理对钢轨波磨及噪音的控制研究

针对由于钢轨波磨及振动引起的列车运行过程中的噪音问题,根据钢轨波磨及噪音产生的机理,轮轨界面管理对钢轨波磨及噪音控制具有一定的作用。本文根据小半径曲线轮轨界面摩擦管理实例,通过不同阶段、不同状态下钢轨波磨发展趋势对比及噪音数据对比,明确轮轨界面管理的可行性及效果,为同行业进行钢轨波磨控制及整改提供一种参考方法。

宽温域下高速轮轨界面粘着与车轮表面损伤行为

搭建了高低温服役环境轮轨滚动试验台,在实验室条件下成功再现了哈大线等高寒铁路冬季车轮表面剥落和麻点严重、夏季异常光滑的季节性损伤特征;研究了宽温域(-50℃~60℃)下高速列车轮轨界面粘着和车轮损伤行为,系统探讨了不同服役温度下轮轨滚动接触界面的粘着系数演变规律,分析了车轮表面磨损形貌和表层材料塑变行为等重要特性。研究结果表明:随着服役温度的提高,轮轨界面粘着系数总体呈下降趋势,同时,车轮表面的凹坑尺寸减小,在高温60℃时,凹坑特征消失,磨损表面变得较为平整;在低温-40℃时,车轮表面最为粗糙,算术平均粗糙度为3.74,而随着服役温度的上升,磨损表面粗糙度显著下降,在高温60℃时,车轮表面算术平均粗糙度较小,为0.97;随着服役温度的升高,轮轨接触界面的磨损区域内Fe元素含量与O元素含量之比逐渐减小;低温低湿环境抑制了轮轨界面的摩擦氧化作用,增强了摩擦剪切作用,加剧了车轮表面的剥落、严重的塑性变形和表面疲劳裂纹的萌生与扩展,因此,磨损表面较为粗糙;而高温环境加速了轮轨界面的摩擦氧化作用,氧化磨屑的形成一定程度上起到了固体润滑作用,从而降低了轮轨界面间的粘着,车轮表面相对光滑;磨损机制由低温(-50℃~-20℃)服役工况下的疲劳磨损逐渐转变为常温(20℃)工况下的磨粒磨损和氧化磨损与高温(40℃~60℃)工况下的粘着磨损。