关键词： 轮轨   滚动摩擦   摩擦化学   白层   塑性变形   相变   马氏体  

摘要： 中国当前铁路发展迅速,轮轨间动态行为和摩擦过程对行车安全愈发重要。轮轨对磨副之间的摩擦学问题,既有未解的科学问题,也是重要的工程应用问题。轮轨滚动摩擦白层一直被认为与轮轨滚动接触疲劳损伤有关,由于该结构在实际工况中出现的偶然性和随机性,一直以来虽有研究,但相对问题存在争议,例如白层的微观结构、其相变机制、对材料损失的影响等。本论文从摩擦学和材料学角度切入,进行轮轨材料滚动摩擦表界面摩擦化学作用和摩擦浅表层组织转变机理的研究,揭示了轮轨滚动接触过程中材料损伤的本质特征,即白层的形成机制,这对延长当前高速重载铁路用材的服役寿命具有重要理论意义和实际价值。本论文在MMS-2A滚滑试验机上,基于不同载荷、速度和滑滚比进行了轮轨滚动接触模拟试验,针对京沪高速铁路用钢轨U71MnG和车轮ER8配副的材料,研究其滚动接触磨损和材料损伤演变。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDX)、光电子能谱(XPS)、电子探针(EPMA)、白光干涉表面形貌仪等手段,对试验后的磨痕及剖面进行了分析检测;利用X射线衍射分析(XRD)、聚焦离子束(FIB)、透射电镜(TEM)、原位纳米力学测试系统对轮轨滚动摩擦白层进行成分和结构的定点定位分析表征。完成的主要工作和取得的主要结论如下:(一) 轮轨滚动接触过程中参数对于磨损行为的影响针对U71MnG钢轨和ER8车轮珠光体钢材料组成的摩擦副,分别从磨损量、损伤形貌、硬度变化和浅表层组织变形行为考察了不同试验参数(载荷、速度、滑滚比)对轮轨材料滚动接触摩擦磨损行为的影响,研究总结了试验载荷、速度和滑滚比等参数对轮轨材料浅表层硬度演变的影响规律。其中,重点研究了滑滚比参数对轮轨滚动摩擦磨损行为的影响,发现该参数影响轮轨材料浅表层的塑性变形行为,且与摩擦磨损机制的转变具有密切相关性。随着滑滚比增加,摩擦磨损机制从轻微氧化磨损向疲劳磨损转变,并伴随着逐渐严重的磨粒磨损行为。(二)滚动接触界面材料摩擦化学行为研究目前几乎未有相关轮轨滚动接触界面间的摩擦化学作用的研究报道。近似纯滚和滚-滑摩擦的轮轨材料磨损行为在摩擦系数和磨损形貌上都存在较大差异,具体表现为轮轨材料滚动接触界面形成光滑的摩擦化学反应膜。研究表明摩擦化学反应膜是由铁及其氧化物组成,具体为Fe、FeO和Fe2O3。摩擦界面氧化膜区、剥落区、未磨损基体区的XPS测试结果表明不同区域吸附的各元素原子成分比例不一样,氧化膜区具有抗氧化的作用,未磨损区倾向于形成更多Fe2O3铁锈,而剥落区则会继续被氧化形成氧化膜。(三)轮轨材料滚动摩擦浅表层组织转变及其形成机理基于特定的滑滚比,轮轨材料滚-滑动过程中浅表层组织会形成摩擦学转变结构,即白层。通过SEM形貌发现白层结构的“白”主要是组织均匀性的体现,且无珠光体特征,其晶粒尺寸为纳米尺度。白层结构为典型的梯度结构,其附近浅表层组织的形貌特点由表层的无特征过渡为颗粒状组织再到严重塑性变形的珠光体组织逐渐转为轻微变形的珠光体组织;其显微硬度和纳米硬度测试值均表现为由表及里逐渐降低,最表层组织硬度值约12GPa,为基体硬度值的三倍。EPMA面成分分布图显示了其化学成分的不均匀性,碳元素含量在局部偏低,可能是珠光体结构中渗碳体分解的结果;白层XRD衍射图中铁素体相的(110)峰发生宽化并向低角度方向偏移,其TEM电子衍射图呈现多晶环,揭示了白层是由纳米晶铁素体,体心四方(BCT)的马氏体以及极少量颗粒渗碳体组成。从而,精确揭示了轮轨材料滚动摩擦白层的精细结构。此外,白层材料表征中未检测到面心立方(FCC)的奥氏体,基本可排除白层中的马氏体是热作用机制下的产物,而白层的纳米结构和渗碳体结构的溶解则说明了塑性变形机制是形成白层及白层中的马氏体的驱动力,即揭示了滚动摩擦白层的形成以塑性变形机制进行。

关键词： 轨式输送机   轮轨系统   滚动噪声   振动   优化  

摘要： 散料物流一直是工业领域的重要环节,用户对如何实现散体物料的绿色输送需求越来越明显。市场也希望有能耗更低、噪声更小、污染更低或零污染的新技术引领行业进步,同时满足国内外市场需求。轨式输送机是新研发的节能型矿山散料物流输送装备,在同样的散料输送原始参数下,轨式输送机比传统输送机节能30%～50%,而且距离越长,节能、节材、节省成本效益越明显,保守估计,10km以上单机造价将减少1/4,节能超过40%。轨式输送与传统带式输送机的本质区别是通过结构设计的变革消除了传统输送系统能耗占比最大的压陷阻力,解决了我国传统带式输送机难以实现超长距离输送,系统阻力大,能耗高的难题。输送机运行过程中,由于设备转动、装卸料等原因会产生噪声污染。若输送线路穿越居住区,过高的噪声会影响人们的生活工作,严重时甚至危害人们的身体健康。随着现代工业的快速发展,噪声污染越来越引起人们的重视,如何控制降低产品噪声成为绿色设计的主要内容。为此,研究新型节能轨式输送机的噪声机理,实现该项新技术的绿色设计与制造,对我国散料物流的可持续发展具有重大社会及经济意义。本课题来源于山东省科技发展计划项目:轨道式散料输送系统开发(2013GZX20307),由力博重工科技股份有限公司和澳大利亚纽卡斯尔大学联合研制。本文主要对轨式输送机轮轨滚动噪声进行研究,对噪声源及轮轨滚动噪声机理进行理论分析;建立轮轨滚动噪声模型,探究轮轨相互作用关系和轮轨速度阻抗;基于搭建的样机试验台,对其进行振动加速度测试和噪声测试试验,采集数据对轨式输送机产生的振动噪声进行分析;最后在理论分析与现场测试的基础上,提出一系列轨式输送机减振降噪优化设计。

关键词： 轮轨关系   白层组织   摩擦磨损   组织演变   塑性变形  

摘要： 轮轨系统是轨道交通中与安全最为直接相关的重要走行部件系统。随着我国铁路运输的快速发展,轮轨间的磨损和接触疲劳等问题日益突出,这将直接影响轮轨的使用寿命,以致危及整车的安全稳定运行。而在磨损过程中,轮轨踏面表层材料组织结构及其力学性能也在发生变化,因此选取典型轮轨材料研究磨损过程中的组织结构变化对轮轨材料的设计制造以及轮轨材料匹配具有重要意义。本文利用光镜、扫描电镜（SEM,附带T-EBSD分析）、透射电镜（TEM）进行观察,研究运行下线的CL60车轮、U71Mn钢轨和试验室条件下的CL65车轮钢、U75V钢轨钢滚动/滑动磨损过程中的组织结构演变以及不同类型白层组织的形成机制。在轮轨服役期间,刹车、蠕滑等因素会导致轮轨接触面表层温度迅速升高至奥氏体化温度,由于温升速度快、保温时间极短,形成的奥氏体晶粒非常细小（小于1微米）,导致随后极速冷却形成的马氏体也是超细晶粒。同时由于原始渗碳体在奥氏体化中溶解不充分,在形成的马氏体组织中还残留非常细小的碳化物,使得形成的这一白层组织具有超高的硬度。马氏体白层组织形成后,后续的使用会导致形成的马氏体继续发生塑性变形,最后在表层组织中形成过饱和α相纳米晶。轮轨踏面相变白层的形成属于热和塑性变形综合作用机制。在滚动磨损过程中,由于受到压应力和剪切应力的作用,表层珠光体发生塑性变形,使得珠光体片层方向逐渐趋向于平行磨损表面,同时,珠光体片层间距也逐渐减小。当片层间距小于1OOnm时,大部分渗碳体出现断裂、溶解现象,而珠光体中的铁素体也由于塑性变形而使亚晶细化,最后形成具有一定择优取向的条状铁素体,其间分布着未溶解的细小渗碳体。亚共析钢中的先共析铁素体由于强度较低也会因塑性变形而发生亚晶粒细化,部分亚晶界逐渐转化成大角度晶界使铁素体细化。受转轴径向周期性振动的影响,在滚动磨损的主/陪试样表面出现多边化磨损现象,对其磨损表面形貌、几何尺寸和微观组织与性能的分析表明,形成的波峰主要是粘着磨损,而波谷主要是疲劳磨损。无论是波峰还是波谷,在磨损过程中表层都发生了塑性变形硬化,但波峰和波谷的硬化程度和规律不同:（1）波谷表面硬度高于波峰表面硬度;（2）波谷的最高硬度出现在表面而波峰的最高硬度出现在次表面;（3）波谷的硬化层深度大于波峰。对环-块滑动磨损试验中的块试样（CL65）在磨损过程中表层组织变化的研究表明,磨损过程中表层片状珠光体发生了塑性变形,片层间距减小,铁素体片内形成大量位错,渗碳体片部分发生断裂、溶解。塑性变形继续增加,渗碳体开始大量溶解变成颗粒状,铁素体片内位错增殖、缠结,形成位错墙,在铁素体片内形成多个短棒状甚至是等轴状的位错胞,并逐渐转变为小角度的亚晶界。塑性变形再增大,在亚晶粒进一步细化的同时,这些小角度的亚晶界会通过位错增殖与湮灭,使晶粒不断旋转而成为大角度晶界,并且晶粒取向随机,使晶粒细化到纳米量级。由于这一表层的碳化物发生了断裂、细化和溶解,使得材料的耐腐蚀性提高,因此在光学显微镜下表现为白层,属于塑性变形机制。

关键词： 轮轨   动摩擦系数   瞬时滑动   不同温度体   试验研究  

摘要： 进入21世纪后我国处于经济高速增长的时期,经济的发展带动了我国的铁路建设。车轮与钢轨的摩擦是一个复杂的问题,它涉及到力学、化学、传热学等学科。我国的铁路正向高速重载的方向发展,这无疑对车轮与钢轨的摩擦性能提出了更高的要求。我们都知道列车的启动、制动以及正常行驶都是依靠车轮与钢轨的相互作用来实现的,作为影响轮轨摩擦性能的重要因素,轮轨摩擦系数的大小直接会影响机车制动力及牵引力的大小。列车在实际运行过程中,轮对的运动是十分复杂的,除了沿钢轨的蠕滑运动,还会存在横移和摇头运动,即沿钢轨横向、纵向滑动。需要注意的是,无论是轮对的纵向、横向滑动,还是列车启动时的蠕滑运动,车轮沿钢轨发生纯滑动的时间都是十分短暂的,即出现了瞬时滑动的现象。尤其在列车启动发生蠕滑的瞬间,滑动摩擦系数的大小直接影响车轮与钢轨间摩擦力的大小,对列车的牵引力和加速造成很大影响。列车制动时,随着车轮在钢轨上纯滑动,车轮接触点不变并且接触区域因热量叠加一直处于较高的温度,而钢轨的接触点在不断变化的,钢轨新的接触点温度要低于车轮接触点的温度,此时,轮轨接触区存在着温差。因此展开瞬时滑动状态下和温差状态下的轮轨摩擦系数试验研究具有很重要的意义。本文分别测定了轮轨摩擦副在常温和高温状态下的摩擦系数,得出的主要结论如下:(1)瞬时滑动状态下,滑动速度对动摩擦系数的影响较大,摩擦系数随速度的增加而缓慢降低;列车启动车轮发生蠕滑时,降低车轮的自旋速度,可以获得较大的摩擦系数,从而获得较大的牵引力,这对行车安全是有利的。(2)瞬时滑动状态下,载荷对摩擦系数影响较小;列车启动发生蠕滑时,增大列车的轴重,可以增大钢轨对车轮的摩擦力,从而使列车获得较大的牵引力,这对行车安全是有利的。(3)车轮试件温度、载荷、速度不变时,摩擦系数随钢轨温度呈现出阶段性变化,在钢轨温度分别为500℃、1000℃时出现了两个极点。(4)25℃至500℃阶段,钢轨温度对摩擦系数的影响较小,摩擦系数随钢轨温度的增加缓慢增大,其中轨温500℃时的摩擦系数最大为0.388。(5)500℃至1000℃阶段,钢轨温度对摩擦系数的影响相比第一阶段较大,摩擦系数随钢轨温度的增加而降低,其中钢轨温度为1000℃时的摩擦系数为0.256。(6)1000℃至1200℃阶段,钢轨温度对摩擦系数的影响较大,摩擦系数随钢轨温度的增加而急剧减小,其中钢轨温度为1200℃时的摩擦系数最小,为0.13。(7)温度对摩擦副摩擦系数的影响,主要体现在两方面:一、温度改变材料的机械性能和力学性能,从而对摩擦副的摩擦系数造成影响;二、温度的增加,改变了材料分子的活跃程度,加剧材料表面的氧化反应,进而影响氧化膜的生成速度,从而影响摩擦副的摩擦系数。

关键词： 重载铁路   橡胶垫老化   双层轨道结构   动力学模型   动力学性能分析  

摘要： 在重载铁路中,轨下橡胶垫是轨道结构中十分重要的弹性部件,起着减振降噪的重要作用。近些年,随着重载货车轴重的增加和运营速度的提高,重载铁路的轨道结构所承受的荷载不断增大,进而导致轨下胶垫的老化速度加快,轨道几何状态难以保持,对货车运输的安全已经构成了严重的威胁。针对上述出现的问题,有必要深入研究胶垫老化现象对轮轨系统动力学性能的影响。本文基于多体系统动力学理论,针对以往研究中重载铁路轨道模型过于简化的问题,利用SIMPACK软件对其轨道模块进行细化分层,建立了具有双层轨道结构的30t轴重货车轮轨动力学模型。该模型能够分别调节轨下胶垫及道床结构的刚度和阻尼,解决了以往研究中胶垫和道床等部件的刚度和阻尼被集中的问题,使得理论研究更加符合实际。然后假定货车的运营时速分别为60、80以及100km/h,综合分析了轨下胶垫老化对整体系统动力学性能的影响。研究结果表明:在不同的车速下,当胶垫刚度取值在2000MN/m范围内逐渐增大时,车体的横向加速度和平稳性最大值均有微小波动;车体的垂向加速度和平稳性最大值呈小幅度增大;轮轨横向力和脱轨系数的变化趋势较为相似,两者的最大值均在小范围内波动且无规律性可寻;轮轨垂向力的增幅较为明显,在三种不同的速度下,其最大值的增幅依次为7.45%、9.37%和12.45%,因轮轨垂向力的增大会加速对轮轨系统的损伤,故应定期对其进行抽检并及时更换老化的胶垫;钢轨垂向位移和加速度随着胶垫刚度的增大均明显减小,其中胶垫刚度由20MN/m增至100MN/m时,钢轨位移的减小量就超过了60%,表明胶垫刚度对其位移的影响尤为显著;轨枕垂向位移和加速度均增大,相比轨枕的位移,胶垫刚度对其加速度的影响更为明显。假定胶垫刚度不变,货车速度对车辆和轨道的动力学性能均有较大影响。由上述结果可知,轨下胶垫老化(胶垫老化后刚度常大于200MN/m)会增大轮轨垂向力和轨枕垂向位移及振动加速度,加剧轮轨间的冲击力和磨耗以及轨下结构的振动,恶化线路条件;而线路条件的恶化又将反过来加剧轮轨间相互作用力,形成恶性循环。因此为延长钢轨、轨枕、道床和路基的使用寿命以及降低维修工作量和运营成本,应定期对轨下胶垫进行抽检并及时更换老化的胶垫。

关键词： 高速铁路   钢轨   打磨   轮轨   接触关系  

摘要： 高铁建设力度和运营规模的拓展,促使维修养护工作已成为高铁运营环节新兴课题.目前,高铁路基诸多由无砟轨道构筑,虽线路工作量相对较小,但钢轨属于铁路运输重点设施,其维修难度尤为重要.鉴于此,笔者以自身工作经验为基准,通过对高铁钢轨打磨技术的分析,以具体案例阐述其对轮轨接触管理的影响.

关键词： 重载铁路   车辆-轨道耦合动力学   轮轨磨耗预测   影响规律分析   钢轨型面优化  

摘要： 重载铁路运输运能大、效率高、运输成本低,是世界铁路货物运输发展的共同趋势。在铁路轮轨系统存在的诸多病害中,车轮与钢轨的磨耗现象一直是最为普遍并且难以解决的问题。轮轨磨耗引起车轮与钢轨型面的改变,进而会导致轮轨接触状态和系统动力性能发生变化,对列车运行稳定性、安全性及系统各部件使用寿命都会产生较大影响。对于重载铁路而言,轮轨磨耗问题尤为突出,养护维修工作巨大,磨耗超过一定限度如果没有及时更换,则可能引起列车脱轨等重大事故。本文针对重载铁路发展过程中凸显出的轮轨磨耗问题,在对既有研究进行调研分析的基础上,创建了较完善的轮轨磨耗演化发展的数值仿真预测模型,可对实际运营条件下车轮和钢轨的磨耗分布特征、发展过程、规律进行分析预测。首次对轨道柔性在磨耗计算中的影响进行了探索研究。对关键参数、措施对于轮轨磨耗具体分布发展的影响规律进行了系统的研究。提出了一种新的钢轨型面优化数学模型方法,并采用此方法对重载铁路R75钢轨型面进行了优化设计,给出了R75钢轨优化型面。主要研究工作和成果如下:(1)创建了轮轨磨耗演化发展的数值仿真预测模型·针对轮轨磨耗问题目前的研究现状及存在的问题,对重载铁路轮轨磨耗演化过程的数值模拟进行了深入研究,提出并建立了整套的轮轨磨耗演化发展预测模型。模型由车辆-轨道耦合动力学计算、轮轨滚动接触分析、材料摩擦损失模型、复杂运营条件的模拟策略、型面更新自适应步长方法等内容组成。基于Archard材料磨损理论模型,在车辆轨道耦合动力学仿真和轮轨局部接触分析基础上进行轮轨接触斑磨耗深度分布计算;通过多工况仿真并引入无量纲的权重因子来实现对实际铁路复杂运营条件的合理模拟;采用了一种自适应步长算法进行轮轨型面的更新,可有效减少误差累积、改善数值模型的稳定性和可靠性。开展数值试验对轮轨接触斑网格密度对于粘着区滑动区分布、蠕滑力分布、轮轨磨耗深度分布、轮轨磨耗速率指标等的影响进行了系统分析,对磨耗模型中合理的接触斑网格密度取值进行了探讨。(2)针对既有研究空白,首次对软道柔性对于轮软磨耗计算的影响进行了探索研究·既有磨耗数值仿真研究中均未考虑轨道柔性的影响,针对此研究空白,本文对柔性轨道对轮轨磨耗的影响进行了探索研究。首先,基于Pearce-Sherratt摩擦功磨耗理论建立了一种简化的轮轨磨耗计算模型,以提高磨耗计算速度。通过与所建立的精确磨耗模型对比,对简化模型的合理性进行了验证。然后基于有限单元浮动坐标方法(FE/FFR)建立柔性轨道模型,通过缩减模态技术减少钢轨振动变形模态坐标数目、消除高频模态以减小计算代价。然后通过合理的轮轨接触算法和钢轨几何型面更新策略实现车辆系统与柔性轨道系统的动力学耦合。最后基于所建模型通过数值试验明确了理想轨道条件下和不平顺轨道条件下柔性轨道对于轮轨磨耗发展的影响特性。(3)系统研究掌握了实际运营条件下重载铁路车轮及钢轨磨耗演化发展规律。通过系统的仿真分析,掌握了重载铁路直线地段和曲线地段钢轨的磨耗分布特征和发展规律、以及车辆通过曲线条件下不同位置车轮的磨耗分布发展特性,同时也验证了所建立的磨耗预测模型的合理性。并对大秦铁路实际线路运营条件下重载车辆各车轮的实际磨耗发展过程进行了数值仿真预测。(4)率先对关键材料、结构参数及措施对于轮轨磨耗分布发展的影响规律进行了系统研究,为线路设计、运营、养护提供了理论依据和参考。设计开展了系统的数值试验,对轮轨材料硬度、钢轨轨底坡、货车轴重、运行速度等主要的材料结构参数及钢轨润滑等减磨措施对于轮轨磨耗水平以及具体分布发展状况的影响规律、特点进行了系统研究,并提出了系列的建议和原则。为线路设计、运营管理及养护维修提供了理论依据和参考。(5)提出了一种新的钢轨型面优化模型方法,并给出了重载铁路R75钢轨优化型面,可有效改善轮轨动力相互作用,减缓磨耗发展。对重载铁路钢轨型面的优化设计问题进行了深入研究,提出了一种新的钢轨型面优化数学模型方法。将钢轨型面参数化处理,表示为一系列离散点坐标变化量的广义函数。然后以所有可能轮轨接触情形下接触点附近轮轨型面共形度最高为原则设计优化目标函数。在目标函数构造过程中,编制了轮轨接触几何算法以实现轮轨接触点位置的快速探测。为了满足一些基本限制,施加了一系列线性/非线性约束条件。这样,将钢轨型面优化问题创新性地抽象为一个典型的单目标多变量多约束非线性数学优化问题。采用序列二次规划算法(SQP)结合拉格朗日方程、拟牛顿方法实现对此优化模型的快速准确求解。基于所建立的优化模型,对我国重载铁路R75钢轨型面进行优化设计以更好地匹配LM型车轮型面,并提出了 R75优化型面。分别从型面几何特征、轮轨接触几何关系、车辆-轨道系统动力学性能并最终从轮轨磨耗发展方面对优化型面和原始型面进行了系统的对比分析。结果表明,优化型面可有效改善轮轨接触几何关系及

关键词： 无芯模旋压   轨迹规划   变进给比   弯曲量   环向应变量   综合加工量  

摘要： 在金属塑性成形领域,旋压作为一项特殊的加工工艺,因其具有无屑加工、产品精度高、功耗低等优点而越来越多的受到关注。本文针对无芯模旋压中加工量的表征方式存在的不足,首先对本课题组提出的弯曲量和环向应变量两种加工量在旋轮轨迹规划和变进给比方面进行对比,分析两者各自的优缺点,然后根据两种加工量推导出综合加工量,最后基于综合加工量进行轨迹规划和变进给比研究,并验证了基于综合加工量的轨迹规划和变进给比方法的有效性。本文分为六章,主要内容如下:第一章介绍了旋压的加工方法,并阐述了无芯模旋压的研究背景和意义,列出了无芯模旋压技术的国内外研究现状,给出了本文的主要研究内容和组织框架。第二章列举出了本课题组提出的两种加工量表征方式——环向应变量和弯曲量,介绍了本文所用的实验结合仿真的研究方法,给出了实验的平台和相关工艺参数,总结了旋压仿真中所用的有限元显式动力学理论并给出了仿真软件中相关参数的选取。第三章对基于两种不同加工量的轨迹规划与成形质量关系进行对比研究。控制理想形状曲线和工艺参数一致,分别设计各道次等弯曲量和等环向应变量的轨迹规划实验,得出等弯曲量的轨迹规划方式较等环向应变量的规划方式形状精度更高而壁厚减薄更严重的结论;在两种加工量的表征下,通过提高终道次的加工量占比进行轨迹规划优化,基于环向应变量的优化方法较弯曲量的优化方法对形状精度的提高幅度更大。第四章对基于两种不同加工量的旋轮变进给比与成形质量关系进行对比研究。控制理想形状和加工总时间相同,分别设计各道次等平均弯曲量变化速度和等平均环向应变量变化速度的道次间变进给比实验与终道次等弯曲速度和等环向应变进给比的道次内变进给比实验,得出基于弯曲量的道次间和道次内变进给比较基于环向应变量的变进给比方法得到的形状精度更高而壁厚减薄更严重的结论;在两种加工量的表征下,通过提高终道次的加工时间占比进行道次间变进给比优化以及提高道次内变进给比的道次数进行道次内变进给比优化,结果显示基于弯曲量的道次间和道次内变进给比优化方法较基于环向应变量的变进给比优化方法得到的形状精度更高而壁厚减薄更大。第五章提出了基于综合加工量的轨迹规划和变进给比方法。根据弯曲量和环向应变量推导出综合加工量的公式,基于等综合加工量进行旋轮轨迹规划,并通过终道次综合加工量占比的提高进行轨迹规划优化,结果显示基于综合加工量的轨迹规划和优化方法得到的形状精度高于基于弯曲量的方法且抑制了壁厚的减薄;基于等综合加工量变化速度进行道次间和道次内变进给比以及通过终道次加工时间占比提高进行道次间变进给比优化和道次内变进给的道次数提高进行道次内变进给比优化,得出基于综合加工量的变进给比方法在有效抑制壁厚减薄的前提下能大幅提高形状精度的结论。第六章总结了本文的主要研究成果,并指出了研究中存在的不足,对下一步的研究进行展望。

关键词： 钢轨打磨   代表廓形   轮轨接触   动力学   相似度  

摘要： 随着我国铁路交通的发展,尤其是近年来高速铁路的快速发展,钢轨伤损已成为铁路运营中不容忽视的重大问题,严重影响着列车运行的安全性与稳定性。钢轨打磨是解决钢轨伤损问题的有效策略之一,美国、日本、澳大利亚等国的大量实践经验,证明了钢轨打磨在抑制钢轨伤损、提高行车质量、延长钢轨使用寿命和降低铁路维护成本等方面的重要作用。我国的钢轨打磨技术起步较晚,与发达国家相比仍有很大的差距。目前,国内使用的打磨设备多依赖进口,也没有形成统一的打磨模式和打磨标准。因此,开展钢轨打磨技术的研究,促进我国打磨技术的发展是非常必要的。代表廓形是钢轨打磨中的一个重要研究方向,它在钢轨廓形的优化以及打磨量和打磨模式的确定等方面具有很高的实用价值。然而目前国内关于代表廓形方面的研究非常匮乏,本论文的主要目标就是对代表廓形的计算方法和评价标准等方面的内容进行探索,以填补国内在代表廓形研究方面的空白,为代表廓形的后续研究提供参考。本论文提出了基于轮轨接触关系对代表廓形的算法进行设计和评价的研究方法,并对代表廓形研究中涉及的代表廓形计算方法及其评价指标等进行了分析和试验。首先,针对钢轨测量廓形可能存在的噪声干扰和位置差异等问题,对测量数据的平滑滤波和廓形对齐等预处理算法进行了对比和分析,并确定了利用Savitzky-Golay法进行平滑和以轨头侧面直线为基准进行对齐的测量廓形预处理方案;其次,设计了最小二乘距离法、算术平均法、加权平均法和散点重构法等四种代表廓形算法,并对直线和曲线两组实测钢轨廓形的代表廓形进行了计算;然后,基于轮轨接触几何关系及接触点位置的概率分布,分析了各算法所得钢轨代表廓形与一组实测钢轨廓形的轮轨接触关系的相似度;最后,通过建立货车动力学模型,基于代表廓形和钢轨测量廓形,分别对车辆在直线和小半径曲线上运行时的安全性和稳定性等指标进行了动力学仿真计算和对比分析。结果表明:在直线和曲线区段,算术平均法和散点重构法所得代表廓形与测量廓形组的接触几何相似性基本都能达到中等相关或强相关的水平,而最小二乘距离法和加权平均法所得代表廓形与部分测量廓形的接触几何相似度仅有弱相关水平;经进一步比较发现,算术平均法所得代表廓形与钢轨测量廓形组的轮轨接触关系相似度最高,散点重构法次之,而加权平均法和最小二乘距离法较差;通过动力学仿真和分析,四种代表廓形算法所得代表廓形的轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等动力学性能指标的统计特征和分布百分数曲线均比较接近钢轨测量廓形组的对应指标或趋于测量廓形组对应指标的平均水平。

标准号: DB44/T 1938-2016

摘要： 本标准规定了爆炸性气体环境用起重机轮轨防爆性能试验的术语、技术要求、试验方法、试验内容及合格判定。 本标准适用于在1区、2区使用的防爆起重机（防爆桥式起重机、防爆梁式起重机、防爆电动葫芦）轮轨防爆性能试验，适用于评价防爆起重机车轮与运行轨道工作过程中的防爆性能。 本标准适用于起重机轮轨摩擦温升试验及摩擦火花试验。 本标准不适用于煤矿井下、炸药制造和加工场所的起重机轮轨防爆性能试验。