轮轨磨损的动力学预测及减少轮轨磨损的措施

本文论述轮轨磨损的动力学预测方法。采用轮轨接触摩擦功作为轮轨磨损指数。通过数值计算,定量地给出轮轨磨损程度的预测。作为应用,本文对两种减少轮轨磨损的措施,即钢轨润滑和采用迫导向转向架,给出其在减少磨损方面的效果。

基于接触斑能量耗散轮轨磨损与损伤机制研究

为了建立轮轨磨损与损伤实验的统一标准,在目前实验方法研究轮轨磨损与损伤机制的基础上,提出了基于接触斑能量耗散轮轨磨损与损伤机制的分析方法.针对轮轨磨损与损伤实验缺乏统一标准的现状,对不同实验方法获得的磨损与损伤结果进行对比分析;通过对不同实验结果的对比分析,提出了基于接触斑能量耗散轮轨磨损与损伤机制的分析方法,并分析了不同轮轨材料与实验方法的单位面积轮轨接触斑耗散能-磨损率曲线的变化规律.研究结果表明:根据轮轨材料的单位面积轮轨接触斑耗散能-磨损率变化曲线规律及轮轨损伤特征,可将轮轨磨损划分为3个分区:轻微磨损、严重磨损、灾难性磨损,单位面积轮轨接触斑耗散能-磨损率曲线在实际应用中可预测轮轨磨损;轮轨接触斑耗散能准确地表征轮轨磨损率和损伤形式,可用于轮轨磨损与损伤数据的对比分析.

不同润滑材料对轮轨磨损与滚动接触疲劳的影响

通过轮轨滚动接触模拟试验研究了干态、施加轨顶摩擦调节剂、润滑油和润滑脂工况下的轮轨摩擦、磨损和损伤行为,分析了不同润滑材料对轮轨滚动接触疲劳损伤的影响.结果表明:施加轨顶摩擦调节剂可将轮轨摩擦系数调控至0.1~0.3范围内,车轮和钢轨试样磨损率较干态下分别降低了54.9%和26.3%,轮轨表面损伤、塑性变形和滚动接触疲劳损伤明显降低;施加润滑油和润滑脂具有更加显著的润滑和减磨效果,摩擦系数降低至0.1以下,磨损率降低85%以上,但润滑油和润滑脂会进入裂纹内部产生“油楔效应”,导致严重的滚动接触疲劳损伤,而轨顶摩擦调节剂的固体润滑特性则避免了该问题的产生.

通过轮轨界面的摩擦管理降低轮轨磨损

作为探讨轮轨相互作用系列文章的第3篇,介绍轮轨界面材料磨损的基本机理及接触压强、蠕滑率和摩擦系数等因素对轮轨磨损率的影响,着重分析采用摩擦管理技术降低轮轨磨损的基本原理,并结合国内外客运和货运铁路实际应用案例介绍摩擦管理降低轮轨磨耗的具体效果。

利用轮轨摩擦功预测钢轨磨损量的方法研究

用数值计算方法详细分析了轴重和车辆行驶时的曲线半径对轮轨接触质点总滑动量和摩擦功的影响。通过与模拟实验所得钢轨试样磨损量的数据对比发现:轴重和曲线半径是影响钢轨滚动接触磨损的重要因素;钢轨磨损量的变化与轮轨接触斑摩擦功间存在一定的线性关系。结合实验与计算结果初步得出了利用摩擦功模拟计算钢轨试样磨损量的经验公式,对进一步研究轮轨磨损问题和预测钢轨磨损量有参考价值。

轮轨接触磨损与裂纹产生机制的有限元模拟

为探究轮轨接触磨损与裂纹产生的机制,利用滚动、滑动轮轨接触对变形表面进行金相研究。其次,提出一种可以模拟滚动、滑动接触表面附近的变形过程的多尺度有限元模型。此外,现实中滚动滑动轮沿轨道的蠕滑行为是被广泛认可的。关于这些轮轨接触的实际形变量的从微米到毫米范围内的塑性剪应力可以预测。使用多尺度模型得到的数值结果可以比较金相观察,结果与实际相符合,具有一定的现实指导意义。

采用水润滑降低矿车轮轨磨损

板石矿业公司上青矿是一座大型地下黑色金属矿山，年生产铁矿石120万t，多年来一直使用电机车运输矿石，现有ZK10—6／250型电机车24台，ZK3—6／250型电机车3台，2．5m^3矿车192台。每年因电机车轮对、矿车车轮和轨道的维护消耗了大量的时间和成本。

列车轮缘润滑材料性能分析与应用研究

通过基础摩擦磨损试验研究了干态摩擦和3种轮缘润滑棒条件下的轮箍材料试样的摩擦磨损行为,结合扫描电镜和表面测量仪观察磨损表面形貌、损伤特征和磨痕几何形状,对3种轮缘润滑棒进行能谱分析,探究了润滑成分对轮轨材料减摩的影响,并根据试验结果进行了2个月的现场机车轮缘磨耗跟踪测量.研究结果表明施加轮缘润滑棒作为润滑介质后可降低界面摩擦系数至0.15~0.50,试样表面摩擦损伤均有不同程度降低,3种轮缘润滑棒工况相比干态摩擦工况的试样磨损率分别降低17.21%、28.58%和20.50%;润滑剂成分研究表明,石墨-二硫化钼的轮缘润滑棒能在摩擦接触表面形成延展性强、覆盖率高的致密固体润滑膜,抗磨减摩性能最优;轮缘润滑棒B在DF12机车1轴轮对安装使用后轮缘磨耗有明显减缓,第1、4轴轮对轮缘磨耗之比下降50%.

曲线半径对钢轨磨损影响的数值计算与试验分析

用数值计算方法详细分析了静态接触情况下,轮轨接触质点间蠕滑力、黏滑区的分布和摩擦功随曲线半径的变化,利用模拟试验研究了曲线半径对钢轨试样磨损特性的影响.结果表明:钢轨磨损量随曲线半径的增大呈非线性减小,在小于1 200 m的小曲线半径范围内,钢轨磨损量值随曲线半径的减小而急剧增大;随着曲线半径的增大,轮轨接触斑中最大滑动量逐渐减小,滑移区的面积减小,而黏着区的面积增大;轮轨接触斑上摩擦功随曲线半径的增大呈非线性的减小.

基于BP神经网络的钢轨磨损量预测

随着列车运行速度和轴重的提高,轮轨系统的磨损越来越严重,其中曲线半径、轴重和运行速度是影响轮轨磨损的重要因素。建立了钢轨磨损量影响规律的径向BP基函数神经网络模型,该网络具有3路输入,3个神经层;在JD-1大型轮轨模拟试验机上通过改变试验参数进行钢轨磨损试验,获得不同试验参数下的钢轨磨损量;以钢轨磨损数据作为BP神经网络的目标样本,对不同试验参数下的磨损量进行了预测。结果表明,模型可较准确地计算轮轨冲角和速度对钢轨磨损量的影响规律,利用BP神经网络对钢轨磨损量预测具有较高的精度,可在一定程度上验证试验结果。

考虑曲面接触斑的轮轨滚动接触行为分析

当轮缘与轨距角发生接触时,不满足弹性半空间假设,此时采用CONTACT会产生较大误差。对CONTACT中法向间隙、刚性蠕滑率和影响因子进行修改使其可以考虑轮轨曲面接触斑。以S1002CN车轮踏面和CHN60钢轨型面为例,分别采用曲面算法和CONTACT计算轮轨接触斑面积和接触应力等,并对结果进行对比分析。结果表明:当踏面与轨顶接触或轮缘与轨距角呈凸面接触时,2种算法得到的接触斑面积和接触应力差异甚微;然而,当轮缘与轨距角发生共形接触时,以横移量7.77 mm为例,CONTACT得到的接触斑面积比曲面算法小9.5%,最大法向应力和切向应力均比曲面算法大34%。相较于平面算法,曲面算法可以更精确计算轮缘与轨距角发生共形接触时的接触应力,从而用于轮轨磨耗和滚动接触疲劳的研究。

轮轨型面对车辆曲线通过性及磨耗影响

对比初始与实测轮轨型面对上海地铁A型车的曲线通过性能的影响,并分析不同的轮轨型面匹配对轮轨磨耗、钢轨波浪形磨耗、接触疲劳的影响.结果表明4种不同的轮轨匹配下,车辆的曲线通过性能都能满足车辆动力学性能要求,但新车轮运行在已磨损的轨面上时,曲线通过性能略差,其轮轨横向力和脱轨系数偏高.初始轮轨匹配在过小半径曲线时其外轮轨具有较大的自旋功,且内外轮轨上高的纵向蠕滑率将导致车轮产生粘滑振动,易形成波磨,经过滚动接触疲劳分析,磨损后的车轮踏面易对小半径曲线外轨造成表面接触疲劳破坏.

轮轨固体润滑技术的应用

介绍了轮轨固体润滑技术的应用,该技术具有显著的经济效益和社会效益。

曲线半径及轴重对轮轨摩擦功影响的研究

基于非Hertz滚动接触理论利用数值计算方法详细分析了静态接触情况下,轴重和曲线半径对轮轨接触质点间等效应力、接触斑粘滑区的分布、总滑动量和摩擦功的影响。分析计算表明,轴重增加引起轮轨接触质点间等效应力,接触质点间粘滑区的面积以及总滑动量的变化,同时对轮轨接触质点间的摩擦功的变化有重要影响;小曲线半径处轮轨接触质点间的总滑动量,接触斑滑移区的面积以及摩擦功都明显增大,导致曲线上钢轨磨损加剧。因此曲线半径和轴重是影响轮轨滚动接触磨损的重要因素。

轮轨润滑剂的性能评价方法和指标

轮轨润滑是减小轮轨磨损、降低轮轨噪声、节约列车牵引能耗及提高列车运行安全性的一种有效措施。对近年来国内外学者在轮轨润滑剂性能评价方面的工作进行梳理,归纳一些常用的评价方法和指标,为系统全面、准确地评价轮轨润滑剂性能提供借鉴。在研制新型轮轨润滑剂或筛选已有润滑剂用于轮轨润滑时,需根据不同线路、车辆及运行工况条件合理选择评价指标,并进行优化组合,在充分保证最重要指标的同时照顾次重要指标,从而获得综合性能最优的轮轨润滑剂。

新型轮轨润滑装置及润滑剂研究

一、问题的提出和课题来源轮轨磨损是轮轨关系研究的重要问题之一,尤其是在曲线地段更为突出,国内外铁路部门对此都非常关注。为解决轮轨磨损问题,虽然采用了大量其它技术措施,轮轨磨损仍然是一个突出问题。为大幅度改善轮轨磨损状况,必须发展轮轨关系研究一个新的重要领域——轮轨润滑。80年代以来,由于电力、内燃机车的发展,轴重和运量的加大,机车轮缘和曲线钢轨侧磨更为严重,成为各路局,特别是复杂线路区段的一个急待解决的关键问题。虽然也有一些轮轨润滑装置投入运用,不同程度地起到一定作用,然而在减磨效果、长效性能、润滑剂利用率、装置可靠性以及污染机车等方面都存在问题。为实现轮轨润滑技术的最佳经济和社会效益。

用激光技术测定轮轨冲角的研究

在激光技术问世之前,用轨基方案测定轮轨冲角是一个十分困难的课题,长期未得到解决。本文提出激光轮轨冲角测定装置,采用轨基方案测定轮轨冲角。轮轨冲角的测定对研究轮轨接触、进而解决轮轨磨耗及脱轨问题、保障行车安全具有重要的意义。本测定仪可在营业现场直接使用,在性能上超过了亚太经社理事会(ESCAP)的冲角测定装置。

基于机器视觉的列车转向架控制研究

列车轮轨磨耗会造成巨大的粉尘污染和经济损失。列车主动径向转向架是一种能够解决列车轮轨磨损的新技术。提出了基于机器视觉的列车转向架控制方案来减小列车轮轨的磨耗。制作了一台按一定比例缩小的转向架,将通过数字摄像头导航让其沿固定轨道运行的实物模型作为研究对象,通过模拟车辆模型循迹并利用图像处理的大津法来精确实现轮对转向角度与轨道弧度角一致性的控制,同时将仿真所得数据传输到上位机进行轮轨磨耗的在线仿真。仿真结果表明,此方案减少的磨损量相对于未做处理的悬架结构和使用惯性导航转向的方案均有明显提升。

频繁启停工况下轮轨滚动接触磨损行为与磨屑颗粒排放特性研究

轨道交通车辆在近站点附近须频繁启停,在加减速过程中轮轨界面接触应力分布变得更为复杂,从而引起轮轨磨耗和磨屑行为的改变。为深入了解近站点附近频繁启停工况下轮轨滚动接触界面的磨损特性与颗粒物排放行为,利用自行研制的JD-DRCF/M型轮轨滚动接触疲劳/磨损试验台开展了频繁启停工况下轮轨循环加减速磨损试验与颗粒物排放实时监测。结果表明,轮轨间黏着系数受加速度α_(r)的影响显著;随着加速度α_(r)的提高,加速阶段完成后的黏着系数依次呈现先下降后上升的趋势;适中的加速度(如α_(r)=800 r·min^(−2))降低了轮轨间黏着,同时有效减缓了轮轨磨耗;启停工况(即有加速度时)大大提高了可吸入颗粒物(如3.0≤d≤10.0μm)的排放浓度,尤其在较低的加速度(如400 r·min^(−2))工况下这种现象更为严重。

磁浮交通再升温 “中低速”不低调

自2016年5月，国内首条中低速磁浮线路——长沙磁浮快线载客试运营以来，磁浮交通以其安全性高、噪声小、造价低等特点受到普遍关注。中低速磁浮交通可以称得上是目前最宁静的轨道交通方式。在车外，其距运行列车10m的噪声为65dB，相当于一个普通十字路口的噪声，且无轮轨磨损产生的粉尘。