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。

面向大数据分析的道岔轨件磨耗统计方法

道岔尖轨、辙叉等轨件的特征断面与区间钢轨的特征断面有明显区别,依据传统的轨件垂直磨耗和侧面磨耗统计方法很难全面地反映全轨头断面的磨耗情况。为解决这一问题,本文提出了径向磨耗的概念,即沿钢轨轨头设计廓形法向的磨耗。通过计算径向磨耗,可得到钢轨轨头各个位置的磨耗量;利用动力学分析结果,分析廓形改变与伤损之间的联系;计算问题轨件的径向磨耗,绘制径向磨耗图并总结其特点,可有效、直观地把理论与现场使用情况联系起来。未来在大数据采集基础上,可利用径向磨耗图对道岔区轨件养护维修提供指导意见。

重载货车作用下固定辙叉心轨磨耗分析

针对大秦铁路75 kg/m钢轨12号高锰钢固定辙叉心轨处的磨耗问题，基于 Kalker简化理论，建立车辆-道岔系统动力学模型。分析比较重载C80型货车侧向通过道岔辙叉区时，不同车轮和道岔型面匹配下的轮轨蠕滑力、轮轨接触斑面积、车轮滚动圆半径与车轮磨耗功率间的关系以及轮轨型面匹配程度和变化规律。结果表明：当车辆从翼轨行进到心轨时，其标准车轮滚动圆半径的突变值在4～5 mm 之间，相对于标准车轮，磨耗车轮的值降低了50%，对心轨的垂向冲击较小；轮对由翼轨过渡到心轨时，其左右磨耗车轮的滚动圆半径差值小于标准车轮，磨耗车轮的纵向蠕滑力相对标准车轮减低了45%～63%；磨耗功率大小与车轮滚动圆半径以及轮轨型面匹配程度有关。

几种道岔病害对轮轨相互作用的影响

道岔区内病害形式多种多样。利用车辆 -道岔系统空间耦合振动模型 [1 ] ,以尖轨与基本轨不密贴、固定式辙叉不同磨耗以及间隔铁失效为例 ,本文模拟计算了它们对轮轨系统相互作用的影响情况。结果表明 ,尖轨与基本轨不密贴将使得尖轨横向和垂向振动加剧 ,而固定式辙叉达到严重磨耗以后 。

重型拖拉机湿式离合器摩擦片耐磨仿生设计与试验

重型拖拉机湿式离合器作为动力换挡变速箱的重要执行部件,其摩擦副的磨损失效是导致传动系统整体性能下降的主要原因之一,为减少因其带来的资源和经济损失,进而设计一种耐磨离合器摩擦片。该文从仿生学角度出发,以大树蛙为对象,用扫描电镜观测其趾端,发现树蛙趾端微观结构轮廓形状有四边形、五边形、六边形,六边形结构居多且结构大小均匀其直径约为12μm,微结构的轮廓间为沟槽,沟槽宽度约为1.5μm。研究表明树蛙体表分泌的黏液在围绕着六边形结构的沟槽内循环流动,增强其在潮湿环境下的粘附力,即摩擦系数。树蛙在与湿滑基底接触时表现出很强的黏附力和摩擦力,仿生摩擦片具备这些特点更能满足传递运动和转矩的要求。通过提取树蛙趾端参数,优化摩擦片表面结构,将树蛙趾端的致密六边形沟槽分割结构进一步突出特点、简化结构,对重型拖拉机湿式离合器摩擦片表面的油槽结构进行相似设计,以此为设计思路设计了9种仿生试样并采用激光加工技术制作样件。采用微观摩擦磨损测试仪进行摩擦磨损试验,通过计算摩擦系数对比不同六边形直径与不同沟槽宽度下摩擦摩损效果上的差异。试验结果表明,仿生非光滑结构比光滑结构具有更好的耐磨性特性,且正六边形直径为12 mm,沟槽宽度为1.5 mm时,磨损量最低,摩擦系数相对较高,这因为六边形直径与沟槽宽度综合作用,能够最大限度地降低磨损,提高摩擦片的工作能力和使用寿命。这说明合理地设计摩擦片表面结构,不仅能够满足动力传递的要求,同时可以降低磨损,节省材料,进而达到了改善离合器耐磨性能的要求。

基于Archard磨耗模型的合金钢心轨组合辙叉道岔钢轨磨耗研究

基于Archard磨耗模型并结合有限元静动力分析方法,对重载铁路合金钢心轨组合辙叉道岔岔区钢轨垂直磨耗特性进行了研究,给出了一种研究钢轨磨耗的新方法。研究结果表明:受不同断面轮轨接触特性及轮轨力差异的影响,岔区各断面轮轨接触斑内磨耗量的大小及分布存在差异;辙叉轮载过渡区翼轨磨耗严重的机理是轮轨法向接触应力大于翼轨材料硬度的0.8倍导致了磨耗系数的突变,建议将此区域翼轨镶嵌合金钢材料或采用深度爆炸硬化技术处理;轮轨接触应力随行车速度的增加有所增加,随列车轴重的增加而大幅增加,建议有条件的情况下降低C80,C70列车的侧向过岔速度,以减缓道岔的磨耗速率。

18号固定辙叉应用60及60N廓形对列车过岔动力学及磨耗影响分析

为研究铁路道岔采用60型及60N型面列车动力学特性变化,以18号固定辙叉为例,建立列车-道岔空间耦合动力学分析模型,并基于Archard磨耗理论对道岔区钢轨磨耗进行仿真预测,对比岔区钢轨磨耗前后列车动力学特性及磨耗特性的变化。研究结论如下:(1)对于轮载过渡,采用60N型面后对于转辙区轮载过渡位置基本无变化,直向过岔时轮载过渡基本位于尖轨顶宽30~40 mm截面,侧向过岔时轮载过渡基本位于尖轨顶宽20~40 mm截面;(2)对于岔区钢轨磨耗直向过岔时,采用60N型面后,直尖轨和直、曲基本轨的磨耗均比60型面小;侧向过岔时,采用60N型面后,直基本轨和曲尖轨磨耗均比60型面小,但曲基本轨存在的侧磨比60型面大;(3)列车通过未磨耗的道岔转辙区时,采用60N型面后,列车直向过岔的脱轨系数减小17%,轮重减载率基本无差别,侧向过岔的脱轨系数和轮重减载率分别减小29%和8%;(4)列车通过磨耗的道岔转辙区时,岔区采用60N型面时列车直向过岔的脱轨系数和轮重减载率分别减小4%和39%,侧向过岔的脱轨系数和轮重减载率分别减小21%和25%。在本次研究条件下,采用60N型面能够在一定程度上降低道岔转辙区钢轨磨耗并能提高列车经过磨耗前后道岔转辙区的平稳性和安全性。

60kg/m钢轨12号提速道岔曲线尖轨磨耗机理探讨

分析了 6 0kg/m钢轨 12号提速道岔曲线尖轨磨耗严重的原因 ,并就沧州工务段提出的采用减磨护轨方法进行理论论证和试验验证 .

磨耗辙叉垂向冲击对打磨小车性能影响分析

基于某打磨小车的结构特点,建立了其动力学模型,通过Matlab软件模拟不同磨耗状态固定辙叉垂向冲击,作为打磨小车模型的外部激扰输入,分析不同磨耗状态辙叉垂向冲击对打磨小车通过道岔的运行安全性的影响.结果表明:辙叉磨耗程度越严重,打磨小车过岔安全性越低;在同一速度顺向过岔时,通过辙叉叉心一侧车轮动力学指标较大;通过辙叉严重磨耗的道岔时,其动力学指标均超限.为确保打磨小车的安全性和打磨效率,在辙叉磨耗严重的道岔区域,必须严格控制打磨小车的作业速度.

智能型辙叉X-Y剖面测量仪

在分析游标式辙叉磨耗测量尺局限性的基础上,提出智能型辙叉X-Y剖面测量仪的总体设计方案,介绍智能测量仪主要软硬件设计内容,并分析仪器样机的计量准确度,提出改进建议。

加强型合金钢辙叉在北京地铁4号线的试铺应用

针对北京地铁4号线线上高锰钢辙叉伤损严重(辙叉母材轨面剥落掉块、压塌,或叉心尖端裂纹、掉块等)、使用寿命短等问题,研制出与地铁轨道系统、供电系统相匹配的"研线1120"加强型合金钢辙叉,并在北京地铁4号线上进行试验。通过试验表明,加强型合金钢辙叉可以满足地铁安全运营的基本要求,并且磨耗量小。"研线1120"加强型合金钢辙叉能够与同型号高锰钢辙叉互换使用,可在北京地铁4号线上推广使用。

重载货车-固定辙叉动态与静态接触性能分析

针对重载铁路固定辙叉磨耗问题,应用动力学理论与有限元方法,分别建立C80货车-固定辙叉系统耦合动力学模型与轮叉弹塑性接触模型,分析重载货车-固定辙叉动态与接触性能,应用SIMPACK软件建立动力学模型以模拟C80货车通过75 kg/m钢轨12号道岔。计算结果表明:固定辙叉最大磨耗功率随着速度的提升迅速增大,车轮从翼轨向心轨过渡将对心轨产生冲击,而且速度越高冲击力越大。应用HYPERMESH软件,建立三维弹塑性有限元接触模型,计算分析在标准75 kg/m钢轨12号道岔固定辙叉不同位置处与标准货车LM型面车轮的接触状态。在模型中分别施加动载垂向力与静载轴重,进行计算,与静载轴重相比,动载垂向力作用下的最大等效应力剧增。综上所述,建议C80货车通过固定辙叉时严格控制在50 km/h速度范围内。

货车车轮与重载固定辙叉弹塑性接触分析

针对大秦重载铁路固定型辙叉磨耗严重问题,建立标准和磨耗后货车车轮型面分别与标准和磨耗后辙叉型面匹配的三维弹塑性接触有限元模型,对每种轮叉匹配形式的接触斑形状与面积、接触轨迹以及等效应力进行分析。结果表明:车轮与辙叉的不同位置接触时,等效应力均超过材料的屈服极限,进入塑性变形阶段;与其他匹配形式相比较,磨耗车轮与磨耗辙叉匹配时,接触斑形状的长短轴之比较小,接触斑面积较大,最大等效应力较小,为较理想的型面匹配形式,可延缓辙叉的磨耗。

抚顺东露天矿运输环节中减少钢轨磨耗方法

抚顺东露天矿采用单斗-铁道工艺进行开采作业,铁路运输过程中常常会出现钢轨磨损现象,给安全生产造成了较大的影响,最为突出的是小曲线半径钢轨。通过研究生产过程中运输系统存在的问题,分析造成小曲线半径钢轨及道岔磨损的原因,提出调整曲线回调、强化线路养护等解决办法,以减少列车车轮与钢轨磨损的发生,延长钢轨的使用寿命,节省生产成本支出。

重载货车侧向通过固定辙叉的动力学响应

针对大秦(大同—秦皇岛)重载铁路高锰钢固定辙叉磨耗严重问题,建立车辆-道岔系统动力学模型,比较车轮不同磨耗程度下重载货车侧向通过固定辙叉时的车轮滚动圆半径、轮轨垂向力、轮轨横向和纵向蠕滑力、货车过叉平顺性等动力学响应,分析不同轮叉型面的匹配规律。结果表明:当车辆由翼轨向心轨过渡时,标准车轮与磨耗初期车轮滚动圆半径突变值在4.3～6.5 mm,磨耗中后期车轮滚动圆半径突变值降低50%,减小了对辙叉的磨损,同时磨耗中后期车轮的轮轨垂向力较标准型车轮减小近1/2,降低了对心轨的垂向冲击;标准车轮与磨耗初期车轮对标准辙叉磨损较大,磨耗中后期车轮通过辙叉时各动力学性能指标均较理想,有利于改善轮叉间的相互作用。

浅谈贝氏体钢钢轨、辙叉、尖轨在朔黄线的应用

随着朔黄铁路运量的增加,运输压力越来越大,对线路设备质量的要求越来越高。钢轨、道岔是线路设备中最重要的环节,辙叉、尖轨又是道岔的关键部件。实践表明,贝氏体钢辙叉、尖轨、基本轨采用大大提高了道岔使用寿命,增加了安全系数,创造更多的经济效益和社会价值。

机车车轮与75kg/m钢轨12号辙叉的接触分析

针对大秦线重载铁路固定辙叉磨耗问题,基于实测轮/叉型面,建立了标准JM3车轮型面和磨耗车轮型面与标准辙叉和磨耗辙叉接触模型.详细分析了每种轮/叉的接触情况,如接触斑面积、等效应力等的变化规律.研究发现标准轮/叉接触时,其接触表面发生塑性变形的范围最大.磨耗轮与标准辙叉接触时,最大等效应力最大.磨耗轮/叉接触时,轮/叉型面匹配性能最好.综上轮/叉间存在少量磨耗时型面匹配性能较好,因而在使用过程中尽可能控制轮/叉间的磨耗,以延长辙叉的使用寿命,降低铁路运营成本.

浅谈爆炸硬化辙叉在朔黄线的应用

随着西煤东运第二条大通道朔黄铁路运量的增加,运输压力越来越大。自90年代以来,铁路运输飞速发展,提速、重载给工务线路带来了一系列问题,尤其是辙叉已远远不能满足铁路提速重载的要求。2011年开始朔黄铁路在黎明居车站3号、4号岔位和神池南车站2083#、2043#岔位陆续试用了60-12#和75-12#爆炸硬化辙叉。实践表明,爆炸硬化辙叉提高了道岔使用寿命,增大了安全系数,创造更多的经济效益和社会价值。

贝氏体钢辙叉与珠光体钢车轮间磨损规律试验研究

为提高铁路道岔辙叉综合性能,在干摩擦条件下研究贝氏体钢辙叉与珠光体钢车轮间摩擦磨损规律。试验证明,循环次数、接触荷载、摩擦副的基体组织都会影响材料表面磨损形貌,在干摩擦中主要以粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损为主。珠光体组织状态下的试样基本以粘着磨损为主,随着循环次数和接触载荷的增加,会出现氧化物粘附的情况;贝氏体组织状态下的试样基本以氧化磨损为主。

高锰钢辙叉3D打印激光熔覆强化技术的应用研究

利用3D打印激光熔覆技术和铁基431-Co-40粉末对高锰钢辙叉试件进行表面强化处理试验,对熔覆后试件进行了金相组织检测和硬度、剪切强度、耐磨性测试。结果表明:熔覆过程对高锰钢基体热影响区的金相组织影响较小。3D打印激光熔覆结合面的剪切强度高于高锰钢基体的剪切强度13%。熔覆层表面硬度达到337HB,且耐磨性能约为普通高锰钢的2倍。其结果验证了3D打印激光熔覆强化技术在高锰钢辙叉上的应用是可行的。