钢轨焊接接头感应加热电源三维数学模型及其控制策略研究

钢轨焊接接头必须进行焊后正火处理以提高接头性能,感应加热正火方式相对于火焰加热正火方式具有自动化程度高、正火质量稳定、作业环境好等优势,在钢轨现场焊接接头正火中越来越得到认可。重点研究了钢轨焊接接头感应加热电源的交流侧调功的PFM、PWM、PFM&PWM三种控制方法,通过建立三种控制方法的数学模型和MATLAB三维可视化分析,发现PFM&PWM控制方法在功率开关器件的开关损耗和功率调整过程中频率变化方面具有优势。基于此,提出了基于PFM&PWM控制方法的钢轨焊接接头感应加热电源的控制策略,并结合数学模型说明了其控制轨迹,同时,设计了基于TMS320F28335 DSP芯片的软硬件,实现了该控制策略的控制波形。为钢轨焊接接头感应加热电源的优化控制提供了理论支持,有助于提高钢轨焊接接头的性能和稳定性。

钢轨焊接接头不平顺演变条件下的轮轨接触分析

钢轨焊接接头处容易出现短波几何不平顺,严重制约着钢轨的服役寿命并影响行车安全。为研究钢轨焊接接头几何不平顺演变对轮轨接触行为的影响,首先,基于有限元方法建立三维轮轨滚动接触模型,分析我国某线路实测钢轨焊接接头几何不平顺处的轮轨动态响应;随后,建立局部钢轨有限元模型,通过引入钢轨材料的循环本构模型,研究循环荷载作用下钢轨接头处的应力-应变响应。研究表明:(1)随着钢轨焊接接头几何不平顺的演变,轮轨接触力和接触应力逐渐增大,其变化率也随之提高;(2)考虑列车牵引工况时,在轮轨切向力的作用下,钢轨焊接接头处的材料响应在其几何不平顺演变过程中均处于棘轮效应状态,尤其是几何不平顺演变中后期,循环积累的应变显著增加,累积应变变化率由之前的22.4%增长到53.2%,即加快了钢轨的劣化;(3)若不考虑列车牵引或制动操作时的作用力,材料响应则为塑性安定。

钢轨焊接接头平直度测量控制系统的设计

高速铁路的发展对无缝线路平直度提出了更高要求,传统钢轨焊接接头平直度测量方法已不能满足高速铁路快速发展的需要,因此,研究钢轨焊接接头平直度测量新装置具有重要意义。在此设计的测量系统硬件部分以工控机为上位机,以PLC为下位机,软件部分采集及分析程序采用VB6.0作为开发平台。经调试表明,所设计的系统合理,能快速准确地测量钢轨焊接接头平直度数据,绘制平直度曲线,形象反映出钢轨焊接接头分布,对钢轨焊接接头的校直和打磨具有一定的指导意义。

轮轨相互作用下钢轨焊接接头表面裂纹扩展分析

为了分析列车通过钢轨焊接接头时产生的轮轨动态冲击力对钢轨焊接接头表面裂纹扩展特性的影响,首先采用车辆-轨道耦合动力学数值模型计算轮轨垂向力,并建立带表面裂纹的轮轨接触有限元模型;然后将轮轨垂向力结果加载到有限元模型中分析其对裂纹扩展特性的影响。结果表明:在轮轨动态相互作用下,钢轨焊接接头处表面斜裂纹的扩展以剪切模式为主导,裂纹应力强度因子KI和应力强度因子范围ΔKII随着列车速度的增大而增大;裂纹长度和裂纹面摩擦系数对应力强度因子范围ΔKII影响较大,当裂纹长度从3mm增加到10mm时,其ΔKII增大了204.2%,当裂纹面摩擦系数从0.1增加到0.6时,其ΔKII减小了153.4%。

钢轨焊接接头平直度数据库管理系统设计与开发

高速铁路快速发展对无缝线路质量的要求越来越高,对线路平直度的要求越来越严格,如何管理大量繁琐的平直度数据成为了无缝线路平直度测量后的一个重要课题。传统方法依靠人工记录和后期评判加以管理,其工作量大、效率低。基于可视化开发工具Visual Basic6.0中文企业版,以《钢轨焊接》(TB/T1632.1-2005)为标准,设计开发了钢轨焊接接头平直度数据库管理系统。该系统能实现对钢轨焊接接头平直度的综合评判,能够对不同焊接方法、不同运行速度、不同焊接工况情况下的焊接接头平直度进行对比,能够生成平直度评判的综合报表,减少了人工记录及分析的工作量,提高了平直度数据分析的效率。经多次调试表明,该系统运行可靠,具有较强的应用价值和市场价值。

现场钢轨焊接接头平直度影响因素探讨

高速铁路的快速发展对无缝线路焊接质量提出了更高要求,近年来对各种钢轨焊接接头内在质量的研究已取得初步成果,如何有效确保钢轨焊接接头外观质量成为了当前无缝线路发展中的重要课题。平直度作为钢轨焊接接头外观质量的重要指标,其合格与否直接关系到列车运行平稳性及乘坐舒适性。在此采用直钢尺测量方法,通过测量、跟踪某新修线路焊接接头,对该线路钢轨和焊接接头平直度进行了大量测试,统计和分析接头平直度数据,评价了该线路焊接接头平直度情况,分析了钢轨焊接接头平直度现场影响因素,探讨了影响平直度内在因素的控制方法,定性指出各个因素对平直度的影响,提出发展高速铁路必须全面系统地研究钢轨焊接接头平直度,这对发展我国高速重载无缝线路以及加快经济建设具有重要意义。

钢轨焊接接头平直度研究

钢轨焊接接头是无缝线路的重要组成部分,其平直度情况对于列车行车速度、运行平稳性和旅客乘坐舒适性具有重要影响。采用型尺测量方法,对某线路现场新铺钢轨焊接接头平直度进行了测量、统计及分析,结果表明现役钢轨焊接接头平直度与TB/T1632-2005《钢轨焊接》关于平直度的要求差距很大。结合轨道平顺性控制特点,总结了钢轨焊接接头平直度控制的主要措施,对钢轨焊接接头平直度研究方向提出了建议,指出全面系统研究钢轨焊接接头平直度,对于发展我国高速重载无缝线路、加快经济建设等具有重要意义。

钢轨焊接接头受力测试研究

研究目的:为了研究轨道不平顺对轮轨作用力的影响,从而为钢轨焊接接头不平顺限值提供技术依据。研究结论:通过对比研究不同焊接接头轨面不平顺条件下的轮轨作用力和轨道结构的振动加速度大小现场动测试验,表明钢轨焊接接头的平顺性对轮轨作用力的影响较大,特别是当轨面平顺性大小波长不一致时,对P1和P2力的影响也不一致。由理论分析可知,P1力只对钢轨表面伤损产生较大影响,而P2力则对轨道结构所有的部件都有较大影响。研究表明,提高钢轨焊接接头的轨面平顺性,可有效降低P2力,从而达到降低轨道结构部件的应力水平的目的。

钢轨焊接接头焊后热处理、矫直及外形精整综合系统研究

介绍我国铁路无缝线路钢轨焊接接头热处理、矫直和外形精整现状及存在的问题。通过采用多项先进技术,研发具有自动保压感应正火和喷风欠速淬火的热处理设备、可矫直接头四向弯曲的矫直设备,以及能够自动测量打磨和检测的外形精整设备。阐述3种设备主要功能、技术方案、主要构成、工艺研究与试验及性能特点,在既有线换轨作业过程中,为无缝线路钢轨接头焊后处理提供设备支持,提升既有线维修效率和质量。

伤损钢轨焊接接头加固修复新技术

采用碳纤维布、常温快固胶、防老化保护膜、夹板模具和高强度小扭矩系数的强力夹具等器材,在不锯切钢轨、不插入短钢轨、不钻螺栓孔情况下,进行钢轨焊接接头预防维护处理,该方法能提高伤损接头的承载能力,并防止因钢轨焊接接头折断而拉大断缝。实物试件通过了实验室的检验,通过现场应用和观测,加固效果可靠稳定。

两种热处理钢轨焊接接头冲击磨损与损伤性能研究

研究了过共析钢轨焊接接头淬火和正火后不同区域的硬度与微观组织,利用冲击磨损试验机对不同区域进行冲击试验,分析了各区域冲击磨损与损伤特性.结果表明:钢轨焊接接头分为母材区、焊缝区和热影响区.母材区微观组织为片层状珠光体,焊缝区为珠光体与先共析铁素体且正火后铁素体含量较多,热影响区淬火后为粒状珠光体而正火后存在少量片层状珠光体.焊接接头不同区域硬度大小为母材区>淬火焊缝区>正火焊缝区>正火热影响区>淬火热影响区.硬度越低的区域,冲击深度和磨损体积越大.母材区冲击损伤轻微,表面呈轻微剥落;焊缝区损伤较严重,出现明显裂纹且正火后损伤较淬火后严重;热影响区损伤最为严重且正火后损伤较淬火后略轻微.

钢轨焊接接头晶粒度探讨

文章通过对热处理线圈、热处理工艺参数中的终了温度和功率参数的分析和试验,探讨了三者和焊接接头晶粒度的关系,选择了合适的线圈和热处理工艺参数,最终钢轨焊接接头晶粒度达到了TB/T 1632-2014标准中轨头和轨脚边缘部位不低于8级,轨底三角区不低于6级的要求。

移动式钢轨焊接接头表面硬化装置及工艺的研究

介绍了所研制的移动式钢轨焊接接头表面硬化处理装置的结构、功能与使用方法.利用该装置对U71Mn和U75V钢轨焊后轨头表面硬化处理(即欠速淬火)试验.分别进行化学成分、硬度以及显微组织分析.结果表明:处理后的钢轨接头,具有较理想的显微组织和更为合适的轨顶硬度;可以成功地对钢轨焊接接头进行在线热处理,满足线路现场施工的热处理工艺要求.

利用行车间隔实施有伤钢轨焊接接头加固技术

在日行车对数不超过70对的线路上利用行车间隔,采用胶粘双肋加强夹板加固有伤钢轨焊接接头,加固接头试件的静弯和疲劳试验均达到规范要求。通过现场使用观测,该技术对提高有伤接头的承载能力效果良好。

钢轨焊接接头的静弯试验有限元建模及受力分析

钢轨焊接接头的静弯试验是评定焊接工艺和接头性能的重要方法。基于静弯试验系统的结构特征,建立了包含双接触对的钢轨焊接接头静弯接触有限元模型,分析了单元尺寸和接触刚度等接触对参数对计算时间及计算结果精度的影响,优化确定出合适的单元尺寸和接触对模型参数,并通过对比已有文献数据,证明了模型的适用性。然后根据钢轨闪光焊接头的静弯检验标准,对钢轨轨头受压(正弯)和轨头受拉(反弯)时的应力分布进行了模拟计算,获得了钢轨静弯时的应力分布特征、最大等效应力及其位置。通过对计算结果进行分析,对钢轨窄间隙电弧焊接头的强度、残余应力等提出了控制要求,可为后续钢轨窄间隙电弧焊接的工艺改进、接头质量控制和性能改善提供有价值的参考。

钢轨焊接接头圆弧区域超声爬波探伤技术应用

为解决常规超声波探伤技术在钢轨焊接接头的头腰和腰底圆弧区域检出疲劳伤损较为困难的问题,针对钢轨焊接接头头腰和腰底圆弧区域从表面产生疲劳裂纹的特点,提出利用超声爬波探伤,并分别设计爬波探头和试验试块。工艺试验和现场验证结果表明,超声爬波受钢轨表面状态干扰少,能够有效发现钢轨焊接接头头腰和腰底圆弧区域的疲劳伤损,具有较高的现场应用价值。

无缝线路钢轨焊接接头低塌焊接预防工艺

1．概述 随着铁道无缝线路大量铺设，在线路养护过程中，基于钢轨焊接接头的低塌安全隐患，已成为无缝线路钢轨焊接接头断轨的主要原因之一，且在日常线路养护中难以有效祛除根治，严重影响铁路高速、安全运行。

钢轨焊接接头低塌的处理方式研究论述

在钢轨的众多损伤中,焊接接头损伤是其中的重要类型之一。按照钢轨探伤期所累积的数据,进而统计分析重伤焊接接头发展规律,对焊接接头部位的损伤演变情况进行观察分析。然后,测试分析低塌焊接接头轨面硬度后,将接头低塌的原因找出来,再制定出相应的解决对策。

诊断重载铁路钢轨焊接接头不良的边际指数方法

利用轴箱垂向加速度可以反映钢轨焊接接头不良的特性,结合小波包分解和自适应同步压缩短时傅里叶变换提出一种新的诊断重载铁路钢轨焊接接头不良的WPD⁃ASSTFT边际指数方法。首先对重载铁路轴箱垂向加速度信号进行小波包分解,得到若干个子信号,对各子信号分别做自适应同步压缩短时傅里叶变换;再将各子信号的时频分布相加,得到轴箱垂向加速度的时频分布;然后进行滤波,计算钢轨焊接接头不良冲击信号的移动有效边际谱;最后对移动有效边际谱进行归一化处理,得到焊缝边际指数,结合分布密度设定焊缝边际指数阈值,诊断重载铁路钢轨焊接接头不良。现场试验结果表明:利用WPD⁃ASSTFT方法能够有效提取焊接接头不良处的高频冲击特性,能够稳定地对重载铁路钢轨焊接接头不良进行诊断。

钢轨焊接接头感应正火作业车的研制

钢轨焊接接头感应正火作业车是为满足客运专线和高速铁路等高标准无缝线路建设和改造而研发的大型专用机械。文中主要介绍了整车的技术性能、总体设计、关键部件设计、设计方法及特点。试验结果表明,该车自动化程度高,提高了作业效率,保证了钢轨焊接接头正火质量的稳定性,满足铁标规定的质量要求。