小曲线钢轨滚动接触疲劳及车轴疲劳寿命分析

为探究小半径曲线上钢轨滚动接触疲劳伤损规律及车轴寿命,文章基于车辆系统动力学模型,对小半径曲线钢轨磨耗计算分析得到钢轨疲劳数据模型。针对小半径曲线的钢轨整个损伤过程进行滚动接触疲劳分析,同时也基于有限元分析简单预测CRH3型动车组在疲劳伤损的钢轨上运行时车轴的疲劳寿命。研究结果显示:(1)在小半径曲线曲中点处外轨主要体现轨距角处的侧磨,内轨主要体现轨顶处的垂磨,且外轨的滚动接触应力和损伤与内轨有显著差异;(2)轮对进行静强度分析得到车轴上轮座压装处应力最大;(3)结合车轴应力和载荷谱对车轴疲劳寿命进行预测,计算发现预测寿命约为11.8 a,车轴在已经产生疲劳磨损的线路上运行时寿命会大大缩减。

轮轨接触关系对货运小半径曲线钢轨磨耗和疲劳伤损的影响

针对货运小半径曲线钢轨的磨耗和疲劳伤损问题,通过长期跟踪测试获得小半径曲线钢轨的廓形和表面状态演变规律,建立基于实测轮轨参数的货运车辆-曲线轨道系统耦合动力学模型;利用动力学仿真手段,研究小半径曲线钢轨不同磨耗阶段的轮轨接触关系变化规律,以及轮轨蠕滑作用变化对钢轨磨耗、接触疲劳伤损的影响,并分析小半径曲线钢轨的合理润滑时机。结果表明:曲线上股钢轨磨耗在服役初期以垂磨为主,后期以侧磨为主;曲线下股钢轨以垂磨为主,垂磨速率与上股钢轨基本相当;随着钢轨磨耗的增大,轮对横移量、轮轨接触范围和钢轨光带宽度均逐渐增大,曲线上股钢轨的工作边轮轨蠕滑作用也逐渐增大且磨耗占主导地位,不易出现接触疲劳伤损,曲线下股钢轨的表面伤损程度不断减轻;曲线上股钢轨出现侧磨后再进行润滑作业,既能降低侧磨速率,又能降低接触疲劳损伤发生的概率。

曲率半径对车轮滚动接触疲劳性能的影响

滚动接触疲劳和磨损是铁路轮轨损伤的主要问题.本文中应用赫兹接触理论,在JD-1型轮轨模拟试验机上,通过改变试验冲角,研究了干态工况下曲率半径对车轮钢滚动接触疲劳性能的影响,并用光学显微镜和扫描电子显微镜观察车轮试样剖面与磨痕表面交界处的疲劳裂纹,分析不同曲率半径条件下车轮的滚动接触疲劳机理.结果表明:由于加工硬化的作用试验后所有试样的硬度均有提高;随着曲率半径的减小,车轮钢的磨损量增大,塑性流变层增厚且不均匀,车轮试样疲劳裂纹扩展加剧;裂纹在交变应力作用下容易继续向下扩展,从而形成严重的疲劳破坏.

曲率半径对钢轨滚动接触疲劳性能的影响

在JD-1型轮轨模拟试验机上,通过改变冲角,研究了干态工况下曲率半径对PD3和U71Mn钢轨滚动接触疲劳性能的影响.结果表明,随曲率半径减小,钢轨磨损量增大,流变层增厚且不均匀.PD3钢轨有较好的抗磨损性能,但疲劳裂纹损伤严重;U71Mn钢轨有良好的抗疲劳性能.

水润滑条件下转速对车轮钢滚动接触疲劳和磨损性能的影响

为探究水润滑条件下转速对车轮钢滚动接触疲劳和磨损性能的影响,利用滚动接触摩擦磨损试验测试不同转速下车轮试样的剥离寿命、摩擦因数和磨损率,并结合磨损形貌和裂纹扩展形貌观察,对比分析不同转速下摩擦磨损和剥离寿命的影响因素。结果表明:随转速提高,车轮材料氧化程度加剧,导致摩擦因数逐渐增加;当转速由250 r/min增至500 r/min时,摩擦因数增幅较小,应变速率增加导致磨损率下降,当转速由500 r/min增至1000 r/min时,摩擦因数急剧增加,导致材料磨损率增加;随转速提高,剖面塑性流动层厚度、裂纹扩展角度、裂纹分叉深度和最大扩展深度均呈现减小趋势。转速增加带来的摩擦因数的增加,一方面缩短裂纹萌生寿命,另一方面减小了裂纹发生向上转折的深度,最终导致滚动接触疲劳寿命随转速的增加而减小。