镶嵌式曲线合金钢组合辙叉工艺开发及应用

随着国民经济的发展,铁路运量快速增加,列车运输向密集、重载、高速发展,以满足与日俱增的运输需求。通过对镶嵌式曲线合金钢组合辙叉零件、组件结构特点的分析,结合既有技术、生产设备等实际,制定了合理的工艺方案和工艺参数,设计了专用工装和专用刀具,形成了该类型辙叉的制造工艺,并进行了生产验证和工业应用,满足了生产及使用需求,也为后续该类型辙叉技术创新和新工艺开发奠定了基础。

悬挂式单轨车辆的倒T形辙叉道岔通过性能

[目的]悬挂式单轨交通系统具有良好的发展前景,对于其车辆过道岔的动力学性能研究目前较少,需对此进行研究。[方法]采用UM(多体动力学)软件建立车辆动力学模型,以车体最大振动加速度、走行轮最大垂向力、导向轮及稳定轮最大垂向力、车体及悬吊梁最大侧滚角为主要评价指标,针对应用于悬挂式单轨交通系统的倒T形辙叉道岔,进行悬挂式单轨车辆道岔通过性能研究。[结果及结论]倒T形辙叉道岔结构的导向轨面不平顺较大,悬挂式单轨车辆在通过曲线道岔时,很难保证导向轮的导向力不超过安全限值。针对此问题提出了一种导向轨面补偿装置。应用此导向轨面补偿装置后,悬挂式单轨车辆可以以15 km/h的速度安全通过半径为50 m的倒T形辙叉道岔,动力学性能有明显改善。

高锰钢辙叉增材制造工艺研究

高锰钢辙叉目前作为铁路关键核心部件,心轨小断面因剥落掉块、龟裂等形式失效,辙叉通常采用铸造方式制造,铸造过程中钢液中存在杂质,成型后杂质随机存在于高锰钢辙叉各部位,对其在线服役寿命产生一定影响,因此去除心轨小端面铸造高锰钢部分,采用增材制造工艺对心轨小断面易失效部位进行替换,增材制造所用材料为纯净度极高的高锰钢材料,本次试验进行心轨不同深度增材制造,对其力学性能、显微组织等进行一系列试验,结果表明各项性能指标优于铸造高锰钢。

高锰钢辙叉淬火冷却过程模拟及淬火设备优化

高锰钢导热性能较差,导致辙叉在淬火时心部冷却速度较慢,容易在心部产生超标碳化物。通过热模拟试验和有限元数值模拟分析了高锰钢冷却过程中的显微组织和温度变化情况。热模拟试验结果表明:随着冷却速度增加,高锰钢析出碳化物逐渐减少,在5℃/s冷却速度下,析出碳化物级别为X2级。根据有限元模拟结果改进了冷却设备,使改进后的高锰钢心部冷却速度达到5℃/s,心部析出碳化物级别由X3级提升到X2级,力学性能得到提高,从而提高了高锰钢辙叉的产品质量。

高锰钢辙叉自动打磨生产线控制系统研发

高锰钢辙叉工件因目标型面结构复杂,所以打磨技术难度大、人工作业强度高,最终导致打磨质量低、覆盖率低等痛点问题。针对自动打磨生产线的多兼容、柔性化特点,开发的控制系统可实现对高锰钢辙叉工件的自动输送、自动识别及定位、浮动打磨、多工具头切换、打磨质量检测、打磨区域可视化等功能,进一步实现对高锰钢辙叉工件复杂型面的自适应打磨。这个系统在生产实例中得到了验证和应用,有效提高了辙叉复杂型面自动打磨的覆盖率、质量和综合生产效率,降低了人工劳动强度和工作量。

铸造高锰钢辙叉VRH造型线的关键设备技术应用

中铁宝桥集团原先的铸造高锰钢辙叉造型生产线存在设备陈旧、智能化与自动化程度低、生产效率低等问题,已经无法满足当前市场发展需求和客户的要求,为了提质增效,新建成了一条VRH造型生产线,在关键设备设计、设备自动化控制等方面作了提升,为提高生产产量与产品质量提供了良好的硬件支撑,为铸造行业提供了宝贵的经验。

道岔辙叉区磨耗车轮动力学分析及摩擦因数影响

研究磨耗车轮通过道岔辙叉区的轮轨相互作用特性及控制摩擦因数减缓轮轨磨耗的措施,以CRH2型动车组和18号高速道岔辙叉区为研究对象,基于迹线法原理,计算不同运行里程的磨耗车轮与辙叉区钢轨特征截面的接触点分布。采用UM建立车辆-道岔耦合动力学模型,结合非椭圆多点接触Kik-Piotrowski的轮轨接触算法,计算不同摩擦因数下磨耗车轮通过辙叉区的轮轨动力学变化特性及轮轨磨耗特性。研究结果表明:随着车轮磨耗加剧,岔区轮轨匹配趋向不良,接触点跳跃更为复杂、剧烈,跳跃宽度增大;车轮磨耗初期,轮轨动力学特性有所改善,车轮磨耗对横向力的影响较大;相对于标准新轮,运行里程为20.3万km的磨耗车轮通过辙叉区的轮载过渡位置延后0.134 m;减小轮轨摩擦因数会降低列车通过辙叉区的安全性和平稳性,但有利于减缓轮轨磨耗;当车轮运行里程达到20.3万km时,摩擦因数由0.55分别降低至0.45,0.35,0.25和0.15,钢轨磨耗指数分别下降6.3%,15.5%,34.0%和49.8%,钢轨润滑有利于减缓辙叉区钢轨磨耗,提高道岔区钢轨的使用寿命。

高锰钢辙叉模型跟趾端一体化设计与应用

高锰钢辙叉是铁路轨道中的关键部件,国内采用砂型铸造组芯造型的方法获得锰叉铸件,而组芯造型经常会产生许多铸造问题。本论文通过将锰叉木模跟趾端模型设计成一体化结构,直接取消模型跟趾端芯盒,成功实现了锰叉铸造生产线自带芯一体成形,并进行了生产验证。

高锰钢辙叉在线焊修现状分析及前景展望

对高锰钢辙叉焊修工艺进行了优化,对焊缝和母材进行了金相组织、机械性能测试及分析。对国铁及地铁线路上服役的高锰钢辙叉进行焊修前后使用寿命统计,高锰钢焊修技术对延长辙叉使用寿命效果显著。

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。

高锰钢辙叉闪光焊接头缺陷分析

文中利用金相显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、布氏硬度计等对多个高锰钢辙叉焊接接头着色渗透探伤后呈现的缺陷进行了分析。结果表明,中间焊接材料及中间焊接材料−钢轨钢熔合线附近产生的缺陷是由中间焊接材料中存在奥氏体‒铁素体相界裂纹或奥氏体沿晶裂纹引起的,化学成分波动、基体强度低以及焊接过程引入的残余应力是导致这些沿晶裂纹产生的主要原因,中间焊接材料−高锰钢熔合线附近产生的缺陷主要位于高锰钢一侧,高锰钢中的铸造微观缩松及磷共晶是这类缺陷形成的主要原因。为提高高锰钢辙叉焊接接头质量,在完善去除焊接残余应力的基础上,选用高强度单相奥氏体不锈钢,提高高锰钢铸造质量并严格控制杂质元素含量是主要途径。

铸造孔洞对辙叉应力应变场的影响

利用同步辐射三维断层扫描技术获取了铸造辙叉心轨内部的孔洞形貌信息,建立了无孔洞辙叉、含有规则椭球形孔洞辙叉以及复杂形貌铸造孔洞辙叉的有限元模型,对比研究了孔洞形貌以及孔洞深度对辙叉最大VON Mises应力和塑性应变的影响。结果表明,尺寸为Φ220μm的微小孔洞虽然对辙叉的应力、塑性应变分布形式不造成显著影响,但孔洞附近产生严重的应力、应变集中;并且与规则椭球形孔洞模型对比,含铸造孔洞模型由于缺陷形貌的不规则变化,将引起更加严重的应力、应变集中现象;随铸造孔洞所处深度增加,辙叉模型的最大应力、塑性应变集中值逐渐减小;当孔洞处于8 mm深度处,辙叉最大应力、塑性应变值与无孔洞模型相近。

辙叉用34MnSiCrNiAlMo贝氏体钢的热变形行为

为实现铁路辙叉类复杂变截面核心零部件成形技术自主可控,基于辙叉整体辊锻成形工艺,利用单道次热压缩实验,在Gleeble-3800型热模拟机上研究了辙叉用34MnSiCrNiAlMo贝氏体钢在变形温度为800~1200℃,应变速率为0.01~10 s^(-1),压缩变形量为0.2~0.8条件下的热变形行为,获得了真应力-真应变曲线,并建立了34MnSiCrNiAlMo贝氏体钢的本构方程和热加工图,获得了合适的热加工条件:真应变为0.8,温度为820-1150℃,应变速率为0.1-10 s^(-1)。此外,微观组织分析结果表明:在热变形条件下,微观组织以贝氏体为主,含少量残余奥氏体,变形温度和应变速率对其微观组织影响较大,其贝氏体铁素体板条宽度因再结晶过程而粗化。

重载铁路贝氏体钢辙叉的化学成分及力学性能

对A、B厂生产的贝氏体钢辙叉在大秦铁路服役后的化学成分、力学性能和冲击性能进行测试,对心轨、翼轨镶嵌块微观形貌进行观察分析,并通过热力学计算软件对贝氏体钢中各相含量进行了计算。结果表明:A厂冶炼水平明显高于B厂,B厂贝氏体钢二氧化硅含量比A厂高81.4%,A厂贝氏体钢采用0.33C+0.115V+0.029Ni成分,V元素含量比B厂多出0.103%,添加的V元素可起到钉扎奥氏体晶界、细化原奥氏体晶粒的作用,有利于提高材料塑性和韧性;B厂心轨中残余奥氏体含量比A厂心轨高98%,这在一定程度上能降低服役过程中残余奥氏体转变为马氏体的可能性,有利于服役稳定性。

基于轮轨廓型的固定辙叉优化设计方法

为改善心轨受力状态、提高固定辙叉直向通过速度,在分析固定辙叉伤损规律的基础上,提出基于车轮踏面所需高差值与辙叉轨顶廓型实际高差值之比(轮轨廓型净差值比)的固定辙叉优化设计方法。以既有60kg·m-1钢轨18号整铸固定辙叉廓型与LM磨耗型车轮踏面的匹配为例,运用该方法对既有固定辙叉结构进行优化。研究表明:既有固定辙叉心轨的薄弱断面先于翼轨与车轮接触,导致心轨伤损严重;优化固定辙叉的R15mm圆弧+R80mm圆弧+1∶13斜线复合廓型能够明显改善心轨的承载状况,降低固定辙叉竖向结构不平顺及动轮载的幅值(分别降低45.3%和46.79%),可作为与LM磨耗型车轮踏面匹配的固定辙叉廓型;基于轮轨廓型净差值比的优化方法能够针对任意型式车轮踏面进行相应固定辙叉的廓型设计。

辙叉心绝缘轨距杆在矿区铁路线路道岔上实践应用

线路设备是铁路运输的基础,如何搞好线路设备的维修养护以及更新加强,对确保铁路运输工作具有极为重要的意义。针对当前矿区铁路维修保养人员的正常减员影响,现今如何保证正常的矿区铁路设备维修工作视为首要任务。对员工的正常减员而面临的线路维修困难提出了新的见解等多种实践经验与现场应用做了综合分析、对比,暂时解决了正常减员而不减维修周期与维修工作量,保证了矿区铁路线路质量稳定与安全。

一种小号码拼装辙叉制造工艺的研究

对小号码拼装辙叉制造尺寸不合格的现状进行原因分析及验证,编制新的制造工艺,形成新的工艺流程,解决工作边错口及锰叉心与翼轨相对运动等关键问题,并对其中关键过程进行计算验证。小号码拼装辙叉结构简单,但由于号数小,角度大,组装时翼轨与叉心之间容易出现滑动现象,造成工作边错口,尺寸不合格。现有制造工艺无法使成品满足尺寸要求,因此,研究小号码拼装辙叉的制造工艺势在必行。

新型VRH工艺高锰钢辙叉造型线的关键技术应用

重载铁路是我国经济发展的重要纽带环节之一,而新型重载铁路研发更是紧密围绕重载辙叉的使用寿命及制造水平。该项目建成国内最先进高锰钢辙叉生产线,在建设过程中从整线的布局、关键环节的技术改进以及自动化控制等多个方面提升了产品质量、生产效率,为铸造行业发展提供宝贵经验。

液压辙叉自动磨床控制系统设计

从液压辙叉自动磨床的功能分析入手,分析了其控制系统的功能要求,采用IPC-PLC联机控制技术,设计了液压辙叉自动磨床控制系统的硬件系统和控制软件,使该机床具有工作台六自由度闭环控制;辙叉水平找正;轮缘槽对刀;自动磨削/手动磨削等功能。使用结果表明,该机床控制系统具有性能稳定、功能齐全、工作效率高等优点。

铁路辙叉液压自动磨床系统设计

从铁路辙叉液压自动磨床的功能分析入手,设计了其机械系统、液压系统、控制系统。采用IPC-PLC联机控制技术,使该机床具有六自由度闭环控制、辙叉水平找正、轮缘槽对刀、自动磨削/手动磨削等功能。使用结果表明,该机床具有自动化程度高、性能稳定、工作效率高等优点。