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。

曲线尖轨线型对其磨耗特性影响的研究

为解决曲线尖轨使用寿命短的技术难题,研究并实践了直曲组合型曲线尖轨技术。新尖轨采用相离半切线型,前端直线段长度为5 439 mm,是原曲线尖轨前端直线段长度的2倍。重载车辆—道岔动力学仿真计算结果表明,该设计可显著减小列车顺向出岔时作用在尖轨前端的横向力及磨耗指标,从而改变尖轨磨耗特性,延长尖轨使用寿命。尖轨磨耗和寿命观测试验表明：新尖轨最大磨耗发生在尖轨宽60-70 mm断面,使用寿命是传统曲线尖轨的3-4倍,表现出和传统曲线尖轨不同的磨耗特性。

地铁道岔轨顶坡对尖轨磨耗的影响

针对地铁道岔磨耗严重及使用寿命短等问题,利用有限元方法建立道岔区三维弹塑性轮轨接触计算模型,通过计算尖轨接触应力、接触斑面积及内部应力等,分析轨顶坡对尖轨磨耗的影响。模型中车轮型面采用实测磨耗状态LM型车轮型面。研究结果表明:设置轨顶坡时,尖轨接触应力及内部应力均比不设置轨顶坡的小;以尖轨顶宽35.5 mm断面为例,当轨顶坡从1/40增大到1/20时,其接触应力最大值从904.267 MPa减小至686.266 MPa,Von Mises应力最大值从552.123 MPa降低至493.755 MPa,状态由塑性变形转变为弹性变形,有利于减小尖轨磨耗;增大尖轨断面顶面宽度可以提高其受力状态,延长道岔使用寿命;综合考虑尖轨受力状态,1/20轨顶坡优于其他轨顶坡。

轮轨润滑对高速道岔曲尖轨磨耗的影响研究

研究目的:为研究轮轨摩擦系数匹配对曲尖轨磨耗的影响,本文以18号高速道岔为例,结合车辆-道岔耦合动力学仿真计算,研究不同轮轨摩擦系数匹配下,车辆通过转辙器部分时的系统动力响应和轮轨磨耗特性,以期在保证车辆安全通过道岔的前提下,为降低曲尖轨磨耗、延长曲尖轨使用寿命,提供合理的轮轨摩擦控制方案。研究结论:(1)轮轨摩擦控制能有效减缓曲尖轨磨耗,两侧轮轨摩擦系数由0.4降低到0.1~0.25,则钢轨侧磨将减小45%~76%;(2)相比于单侧轮轨润滑,双侧轮轨润滑下,曲尖轨侧磨降低可达40%;(3)轮轨摩擦控制对行车舒适性几乎没有影响,但当轮轨摩擦系数较低时,脱轨系数为0.65,接近安全限值0.8;(4)建议对服役道岔转辙器部分两侧钢轨进行润滑,保证基本轨侧摩擦系数不大于尖轨侧,以减缓曲尖轨磨耗,延长曲尖轨使用寿命。

考虑尖轨变截面廓形的轮轨接触与磨耗分析

为研究尖轨变截面对曲尖轨轮轨接触行为和磨耗分布的影响,提出了一种适用于道岔区的三维非对称接触几何算法,该算法可计算车轮与曲尖轨间的真实法向间隙.使用SIMPACK建立车辆-道岔多体动力学模型,获得仿真结果;利用考虑变截面的接触模型与英国谢菲尔大学提出的USFD磨耗模型计算曲尖轨磨耗.研究结果表明:1)以S1002CN车轮与12号道岔曲尖轨为例,轮对摇头角与尖轨变截面均会引起轮轨法向间隙沿接触斑纵向非对称分布,从而导致接触斑形状与应力沿接触斑纵向非对称分布;当摇头角为10 mrad,横移量为7.5 mm时,本文算法得到的接触斑面积比未考虑尖轨变截面和摇头角的简化算法所得结果大9.2%.2)以CRH3型车与12号曲尖轨道岔为研究对象,简化算法得到的最大磨耗深度为本文算法所得结果的0.75倍.

75kg/m钢轨12号重载道岔服役性能优化分析

应用有限元方法,针对尖轨侧磨、间隔铁处钢轨压溃、轨底坡设置的不同工况建立三维弹性轮轨接触模型进行轮轨接触应力计算分析,揭示了病害产生的主要机理,并提出改善重载道岔服役性能的优化方案。结果表明:轴重大、轮轨作用力大、尖轨承载能力偏弱是重载铁路道岔尖轨侧磨严重的根本原因;间隔铁处的轨道刚度偏大和间隔铁与轨头下颚紧密接触对钢轨弹性变形空间的限制是导致间隔铁处钢轨压溃的重要原因;建议将重载铁路道岔区的轨底坡调整为1/20。

货车车轮与重载道岔曲尖轨的接触分析

针对大秦线重载道岔曲尖轨严重磨耗的情况,通过实测货车车轮型面与不同磨耗阶段尖轨型面,建立道岔区轮轨接触三维弹塑性有限元模型,分析货车车轮与尖轨不同位置的接触情况。结果表明,从距离尖轨尖端1m到3m内,接触斑在尖轨上的位置、尖轨上多点接触的区段以及尖轨上的等效应力大小主要受变截面尖轨的轨顶高度和宽度的影响;磨耗车轮与2m处标准型面尖轨接触时,在尖轨轨顶形成较大的应力集中,尖轨发生塑性变形,导致2m处尖轨顶部剥离掉块;LM型车轮与标准型面尖轨接触时的匹配情况较好;磨耗车轮与标准型面尖轨接触时的匹配情况较差,而与磨耗后型面尖轨接触时的匹配情况相对较好。

高速道岔尖轨磨耗特征及管理限值研究

采用现场监测方法,研究不同过岔条件下高速道岔尖轨的实际磨耗特征;通过脱轨风险分析和尖轨强度分析,研究高速道岔尖轨磨耗管理限值。结果表明:控制曲尖轨使用寿命的主要因素是侧向磨耗,在逆向和顺向过岔条件下,高速道岔曲尖轨磨耗特征差异显著,顺向过岔时曲尖轨侧磨主要发生在前端较窄区段,而逆向过岔时曲尖轨侧磨主要发生在后端顶宽较宽区段;顺向过岔时的道岔下道尖轨最大侧磨发生在15 mm断面,侧磨量为3.9 mm,并未达到6 mm的规范限值,而逆向过岔时的道岔下道尖轨从35 mm断面至全断面区段侧磨量均在7.5 mm以上,超过规范限值。基于此,高速道岔尖轨磨耗除满足维修规则要求外,还应确保车轮抬升2 mm时,车轮廓形切线夹角小于43.6°的危险区域不与尖轨接触;曲尖轨5 mm断面位置侧磨限值由规范中的6 mm减为3.5 mm。

高速铁路道岔钢轨磨耗发展规律的试验研究

既有区间线路及道岔钢轨磨耗研究多采用仿真计算和理论分析的方法,岔区钢轨磨耗测试工作较为零散,缺乏时间上的连续性。针对此不足,以沪宁(上海-南京)城际高速铁路镇江站11#道岔作为研究对象,采用MiniProf钢轨廓形测试设备,对转辙器区特征断面尖轨和基本轨的型面及磨耗情况进行长期跟踪测试,探究高速道岔钢轨磨耗的分布和发展规律。研究结果表明:尖轨和基本轨磨耗发展呈现逐渐收敛的趋势;基本轨垂向磨耗在轮载过渡区前后较大,在轮载过渡区相对较小,直尖轨垂向磨耗比曲尖轨更严重;曲尖轨侧向磨耗明显大于直尖轨,在轮载过渡区前侧向磨耗较小,轮载过渡区侧向磨耗明显,基本轨侧向磨耗主要集中在尖轨前端及岔前区域,直基本轨侧向磨耗比曲基本轨更严重。试验结果可为磨耗仿真研究提供试验验证,同时可为高速道岔的养护维修提供科学指导。

尖轨磨耗与加强技术研究

针对重载道岔尖轨磨耗问题,利用轮轨型面测量仪测量不同磨耗时期的机车车轮型面,建立机车车轮与不同位置道岔尖轨三维有限元接触模型,进行弹塑性计算,分析不同轮轨匹配状态与尖轨磨耗规律,研究尖轨加强技术对轮轨匹配的影响.计算结果表明:标准轮轨接触时,尖轨上接触斑呈狭长条状,接触面积小,尖轨2 m位置处等效应力达到最大值790.8 MPa,其磨耗情况最严重;不同磨耗车轮与尖轨接触时,磨耗中期车轮与尖轨接触情况较好,磨耗末期车轮与尖轨接触情况较差,使得尖轨磨耗加剧;采取切削基本轨加厚尖轨的技术,可提高轮轨之间的接触斑面积,减小其等效应力,进而提高尖轨的使用寿命.

道岔尖轨磨耗对列车运行安全的影响

道岔作为线路结构的薄弱环节,其钢轨磨耗直接影响道岔使用寿命以及列车的运行安全。本文基于UM动力学软件,应用车辆-道岔系统耦合动力学分析客运专线18号无砟轨道道岔曲尖轨侧面磨耗在不同阶段对列车运行安全的影响。计算结果表明:随着曲尖轨侧面磨耗量增大,转辙区轮轨相互作用力、脱轨系数及轮重减载率均增大,曲尖轨磨耗量达到4.19 mm时,轮轨作用力及安全系数未超过安全限值。

U75V在线热处理尖轨廓形及伤损特征分析

通过对U75V在线热处理尖轨进行在线观测,并对其服役状态下的廓形和伤损特征进行分析,初步探讨了伤损状态与通过总重之间的内在联系。研究表明:U75V在线热处理尖轨的寿命至少为U71Mn热轧尖轨的3.5倍,尖轨伤损的主要形式为顶面磨耗、侧面肥边以及剥离掉块;随着通过总重的增加,U75V在线热处理尖轨的磨耗和肥边均持续增加;曲尖轨的平均磨耗速率高于直尖轨,宽断面高于窄断面;肥边多集中在宽断面位置,窄断面的肥边相对较小且不明显,存在因肥边被磨损而导致肥边面积波动的现象。

42号高速道岔转辙器区钢轨磨耗规律的预测分析

为了弥补42号高速道岔钢轨磨耗规律理论研究的不足,建立了高速道岔钢轨磨耗发展的理论预测模型.基于Archard材料磨损理论和车辆-道岔耦合动力学仿真分析进行钢轨磨耗深度分布计算;采用了一种自适应步长算法对岔区各特征位置钢轨型面进行更新,可有效减少误差累积、改善数值模型稳定性;基于理论预测模型研究了42号高速道岔尖轨和基本轨的磨耗分布和发展规律.研究的主要结论如下:1)直向过岔时,轮载过渡发生于35.0~50.0 mm断面之间;在轮载过渡前磨耗发展缓慢加快,轮载过渡区段磨耗发展迅速加剧,轮载过渡完成后磨耗发展有所减缓.2)侧向过岔时,列车进岔后很快就开始贴靠曲尖轨运行,9.1 mm断面即出现侧磨;随着曲尖轨逐渐加宽,尖轨轨肩始终存在较严重磨耗,直基本轨虽主要承担轮载,但磨耗相对曲尖轨要小得多;轮载过渡开始后曲尖轨磨耗分布变宽,轨肩磨耗显著减小,至全断面后曲尖轨磨耗再次显著减小;曲基本轨磨耗均主要分布于轨头中部,轮载过渡前磨耗发展逐渐加快,过渡开始后磨耗发展减缓.

动车组侧向通过9号道岔动力特性仿真研究

采用铁路轮轨动力学仿真计算软件建立车辆—道岔耦合动力学模型,仿真分析CRH5型动车组侧向通过50kg·m-1钢轨9号道岔的行车安全性和磨耗情况,研究并提出改善高速动车组侧向通过小号码道岔安全性、轮轨磨耗的技术措施。结果表明:在不考虑现场随机不平顺的情况下,CRH5型动车组侧向通过9号道岔时脱轨系数、轮轴横向力的峰值分别达到0.52和28kN,均维持在较高的水平,而且轮轨侧面磨耗功也较大,整体上已经超过了轮轨垂直磨耗功,说明动车组通过岔区时侧磨是轮轨磨耗的主因,建议加强道岔区的养护维修工作,及时消除轨道几何超限现象;另外,通过增大车辆一系悬挂横向刚度或采用60kg·m-1钢轨9号道岔,可以有效地减少轮轨的垂直磨耗和侧面磨耗,起到减缓轮轨磨耗的效果,且后者还可以大幅度提升动车组侧向过岔的安全性。

道岔尖轨的磨损机理与防磨技术的探讨

铁路道岔尖轨使用寿命和周期是衡量道岔运行条件及运行状况的重要依据,而起决定作用的因素之一就是尖轨磨耗。文章通过尖轨磨耗的概述、侧磨理论研究、成因的三种分类起因分析和磨耗过程分析以及影响因素,提出了为控制车轮的运行方向,使之顺利通过有害空间,同时保护道岔心轨尖端不被轮缘冲击撞伤,在固定型辙叉中设置了护轨构想。从设计计算护轨平直段轮缘槽宽、缓冲段轮缘槽宽、护轨开口处轮缘槽宽、护轨长度以及垫板的设计制造,考虑加工降低尖轨磨损的措施及理论研究,对尖轨磨耗与整治提出了理性的探索。经过几年的使用,根据出现的具体情况,进一步加强了改进,解决了存在的缺陷,养护工作量明显减少,道岔的技术状况得到了较大的改善。

轮缘碾堆车轮对向通过尖轨磨损道岔时爬轨的原因分析

通过对某次典型货车脱轨事故的分析 ,说明引起车辆过道岔脱轨事故主要是由于车辆轮缘磨耗和碾堆 ,以及道岔尖轨和基本轮磨损联合作用的结果 ,因而提出建议要进一步完善车辆检修规章 。

轮轨摩擦控制对地铁道岔曲尖轨损伤的影响研究

为了研究轮轨摩擦系数匹配对地铁道岔曲尖轨损伤的影响,本文以某地铁9#曲线尖轨道岔为例,基于车辆-轨道耦合动力学理论,利用SIMPACK仿真软件,研究了不同摩擦系数匹配下,某地铁车辆车以30km/h的速度侧逆向通过转辙器部分时的轮轨动力特性和轮轨损伤特性,以期在保证车辆行驶安全性、舒适性的前提下,为最大限度的降低曲尖轨损伤,提供合理的轮轨润滑方案。研究结果表明轮轨摩擦控制能有效减缓曲尖轨的磨耗,建议对服役道岔转辙器部分两侧钢轨进行润滑,将两侧轮轨摩擦系数差值控制在较小的范围内,当两侧轮轨摩擦系数均不大于0.25时,曲尖轨磨耗和疲劳均较小,有效的延长了曲尖轨的服役寿命。

地铁异常磨耗车轮与辙叉接触分析

针对地铁运营中出现的道岔心轨损伤问题,调查并测量了车轮型面和辙叉区轨头型面,发现运营3.1万km后车轮踏面发生异常磨耗,在踏面尾部出现凸台(或称假轮缘);在翼轨上存在沟槽磨耗。基于实测型面建立了车轮辙叉接触有限元模型,结合迹线法,分析了不同凸台高度的车轮分别与新辙叉、磨耗辙叉之间的接触几何关系和接触应力。对比分析结果表明,具有凸台的车轮异常磨耗对轮轨接触不利,会减小车轮与新辙叉的接触面积,增大轮轨接触应力。在轮对横移时,凸台磨耗会造成车轮与心轨薄弱处接触,易导致心轨损伤。采用镟修异常磨耗车轮或合理的闸瓦与车轮匹配关系,可消除或减缓车轮凸台形异常磨耗,从而避免道岔心轨损伤。