关键词： 轮轨材料   低温环境   磨损   损伤   脆性  

摘要： 随着高速铁路的快速发展,其覆盖区域也越来越广阔,低温服役工况下轮轨材料的损伤问题变得日益显著。尤其在高寒地区,极端低温气候影响高速轮轨系统的安全运行。因此,低温环境下轮轨材料的滚动磨损与损伤行为己成为轮轨关系中亟需研究解决的关键科学问题之一。本文利用WR-1轮轨滚动磨损试验机,借助光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜等分析测试设备,研究了不同温度及温度交变工况下轮轨材料滚动磨损与损伤行为,分析了室温与-40℃温度下蠕滑率对轮轨材料滚动磨损与损伤行为的影响;利用MTS电液伺服试验机,研究了温度对钢轨材料的拉伸性能及疲劳裂纹扩展速率的影响。本文取得的主要结果及结论如下:(1)低温下轮轨材料的耐磨性较室温下降低;随温度降低,轮轨材料的磨损机制由氧化磨损及磨粒磨损向黏着磨损与表面裂纹损伤转变。轮轨材料随温度降低,脆性逐渐增强,珠光体分布及排列呈现出不同于室温下的形貌特征。(2)在温度交变工况下,车轮材料受影响较钢轨材料严重,其中升温过程对车轮材料的损伤最为严重;降温实验中轮轨材料表面损伤较升温实验轻微。温度交变工况对轮轨材料疲劳裂纹角度影响不大,但对长度具有显著影响。(3)随蠕滑率的增加,轮轨材料的磨损及损伤情况加剧,室温下轮轨材料的磨损机制不同于低温环境。蠕滑率不高于0.91%时,磨损率低且损伤轻微,室温与低温对轮轨的磨损相差不大;随蠕滑率的增大,温度对轮轨磨损具有显著影响,尤其在低温下蠕滑率达到3.83%以上时,车轮材料出现严重的卷边变形现象。(4)随着温度降低,钢轨材料的屈服强度及极限抗拉强度均增大。当温度降低至一定温度时,钢轨裂纹扩展速率急剧上升。随着温度由室温降低至-60℃,钢轨材料的韧性断裂减弱,脆性断裂逐渐占主导趋势,这意味着温度越低,钢轨材料脆性断裂越为明显。(5)依据轮轨材料在不同温度下的磨损与损伤特性,可以划分为韧性为主、韧脆混合、脆性为主三种损伤模型,其中韧脆混合损伤模型损伤最为严重。依照不同蠕滑率条件下磨损率情况,室温与低温下均可分为Ⅰ类轻微磨损、Ⅱ类严重磨损两种磨损模型,其中温度对Ⅱ类磨损模型影响较大。

关键词： 轮轨接触   精确理论   接触算法   二次收敛  

摘要： 轮轨之间的接触，包括单点接触、多点接触和共形接触。在直线地段，主要以轨顶面的单点接触形式存在，当列车通过小半径曲线地段时，车轮轮缘会与钢轨轨距角撞击，容易出现多点接触，在周期性荷载作用下，钢轨轨距角位置会快速磨耗，随着通过总重的增加，磨耗达到一定值时，轮轨接触发展为共形接触接触。多点接触、共形接触其接触面的法向方向不一致，均属于非平面接触，对非平面接触的研究能够更加精确掌握轮轨接触状态，为钢轨轨距角的磨耗预测、疲劳分析等提供支撑。目前对于非平面接触的研究，一类是按照赫兹型的接触理论，虽然考虑了接触面的几何形状，但这类方法没有将轮轨滚动考虑在内;另一类是采用精确理论求解，但其采用的影响系数和求解算法均忽略了几何形状，仍然以平面的方法来处理，对于轨顶面接触近似平面处处理误差较小，但轨距角接触作为平面接触将产生较大的误差。　　本文以精确理论为基础，针对非平面接触，考虑了法向与切向之间的相互作用，引入接触面的法向角对影响系数进行修正，并利用接触条件和牛顿拉弗逊迭代对接触方程进行求解，提出一种应用精确理论求解非平面接触问题的方法。　　本文主要研究内容如下：　　(1)在非平面空间下，以平面空间的位移解析解为基础，依据接触面的真实几何形状，对非平面下的弹性影响系数进行修正，使其将法向与切向之间的相互作用均考虑进来;(2)以精确理论为基础，推导在非平面接触条件下，当法向与切向存在相互作用时，接触的最小余能方程表示形式，并提出以总余能最小为目标的求解算法，避开了法向与切向余能相互独立求解造成的误差;(3)对同一接触问题，对比考虑接触面真实形状和不考虑接触面真实形状两种情形下的结果，分析以平面接触处理共形接触时带来的误差;最后以重载铁路为例，分析了随着磨耗的发展，共形接触下接触应力和接触斑的演变过程。　　本文主要研究成果如下：　　(1)依据接触面的真实几何形状，利用局部坐标的法向角对非平面下的弹性影响系数进行修正，使其将法向与切向之间的相互作用考虑进来;(2)推导在非平面接触条件下，当法向与切向存在相互作用时，接触的最小余能方程表达形式，总余能最小时接触方程的解;依据KKT最优必要条件，推导了余能最小时接触应力方程组，利用互补松弛条件因式为零的特性对三次方程进行降维，使方程组满足牛顿-拉夫逊的二次收敛条件;(3)采用CONTACT对本文的接触算法进行了验证，结果表明，二者接触应力分布和大小以及接触斑的形状相吻合，说明本文所提出的接触算法的可行性;(4)对同一接触问题，对比考虑接触面真实形状和不考虑接触面真实形状两种情形下的结果，结果表明按共形接触考虑时，接触斑的形状为非椭圆形，且接触面积更大，主要体现在接触斑沿钢轨作用边方向拓宽，且拓宽范围内均为滑动状态;(5)对重载铁路磨耗型面的共形接触计算分析，结果表明，在钢轨磨耗初期，容易形成两点接触，且靠近轮缘位置的接触斑更加细长，接触应力大，随着通过总重的增加，磨耗的增长，接触斑逐渐横向两侧发展，由两点接触变成共形接触，接触应力也随之减小。

关键词： 轮轨   曲线半径   重载运输   货物运输   轮轨磨耗   损伤行为   影响因素分析  

摘要： 本文针对国内外重载运输运用情况、重载运输轮轨伤损的原因及影响因素,提出轮轨损伤问题的防范和治理措施的解决方案。在重载铁路运输行业起到提升重载列车综合性能、铁路劳动生产率和铁路车辆运行安全性的作用。如付诸现实将产生较大的社会效益和经济效益。

摘要： Railway turnouts are important components of railway infrastructure as they provide flexibility and guidance to the rail traffic. Because of geometrical discontinuities in the crossing area of the turnouts, high impact forces due to passing wheels acting on the crossing nose can occur. In the field, severe rail damage problems are found in crossing areas. Statistical evidence shows that turnout failures cause major operational disturbances in a railway network, which lead to higher maintenance costs as compared with other track components. The research presented here was motivated by the short service life of the turnout crossing observed in the Dutch railway network and by the need to improve the performance of railway turnouts. Moreover, there is a lack of advanced numerical tools such as dynamic three-dimensional (3-D) models to analyse wheel rail interactions in crossings on the stress and strain levels, particularly for models that are coupled with life estimation of the crossing. Therefore, the goal of this study is to develop numerical tools for the analysis of the dynamic interaction between the wheel and turnout crossing, and the prediction of fatigue life of crossings, aiming to improve the crossing performance and prolong its service life. The developed methodology and its applications are briefly described below. Methodology The methodology for estimating the railway crossing performance developed here includes a 3-D explicit finite element (FE) model of an entire wheelset moving over a crossing coupled with a fatigue life prediction approach. Using these methods, an analysis of the crossing performance is performed, which includes Short-term performance of a crossing: the dynamic behaviour of the crossing under a single passage of the wheelset assessed based on the response quantities from the FE simulation, such as the stresses and strains in the rail as well as in sleepers and ballast. Long-term performance of a crossing: the dynamic behaviour of the

关键词： 地铁车辆   型面匹配   有限元   动力学   型面优化  

摘要： 轮轨关系问题一直是城市轨道交通的重要研究课题,伴随着我国地铁建设的大量开展,地铁线路轮轨的磨耗问题将会更加严重,其中地铁直线段线路长度占地铁总线路长度很大比例,车轮踏面与钢轨轨顶处的型面配合情况将决定轮轨的磨耗速度。地铁车辆高速行驶时在某些直线地段上车辆的平稳性能较差,极大的影响了乘客乘车的舒适性。良好的轮轨型面匹配不仅可以减少轮轨磨耗、提高车辆运行平稳性,同时可以减低城市轨道交通的运行成本,提高地铁的运营效益。本文以北京六号线地铁车辆和某段直线线路作为研究对象,通过对现场实测获得了大量不同磨耗程度的轮轨型面,并挑选出具有代表性的磨耗状态型面。对标准/磨耗轮轨型面进行交叉匹配并建立了四组轮轨接触三维有限元模型,计算分析了空载、定员和满员的地铁车辆在不同轮对横移量下的轮轨接触斑和最大轮轨等效应力。利用动力学软件SIMPACK分别对四组轮轨型面匹配下,不同载员和不同速度时地铁车辆直线段运行时的临界速度、轮轨作用力、车辆平稳性与舒适度和轮轨磨耗功率等动力学性能进行分析。根据轮轨接触情况和动力学性能的分析对地铁直线段钢轨型面进行优化,分别用标准/磨耗车轮型面与优化后钢轨型面进行匹配,计算并分析了车轮与优化后钢轨的接触情况和车辆动力学性能。结果表明:优化后轨顶和钢轨侧面的接触情况得到有效改善,优化钢轨型面后车辆的临界速度、横向平稳性和舒适性提高,轮轨横向力和磨耗功率均有所降低。为地铁直线段轮轨的减磨、提高车辆运行平稳性和钢轨型面优化提供一定的理论依据。

关键词： 高速列车轮对   弹性   旋转走行   动力学性能   运行安全性  

摘要： 随着高速铁路技术稳步发展,列车高速运行使轮轨系统相互作用更加激烈,轮对弹性特征及其旋转走行形式对高速轮轨系统运用安全、结构振动、轮轨接触及磨耗、曲线通过能力等动力学性能的影响不容忽视。本文基于我国现役的高速动车组,建立了考虑轮对弹性及旋转走行的车辆-轨道系统动力学模型,对旋转走行轮对发生弹性变形后轮轨接触、走行关系、轮轨附加动力等的变化规律,车辆系统振动性能,曲线通过安全及轮轨磨耗,车轮踏面缺陷冲击作用下列车运行安全性和轮轴压装部位疲劳性能等问题开展深入研究。本论文的主要研究内容如下:(1)基于旋转Timoshenko梁模型对轮对弹性化处理,建立了车辆-轨道系统刚-弹耦合动力学模型,并借助有限元软件和多体动力学软件建立了考虑轮轨系统主要部件弹性模态的车辆-轨道系统弹性动力学模型。分别利用两种模型仿真分析了车辆系统直线运行性能,并与线路测试结果进行比较,两种模型均能较为准确地反映轮轨系统动力学性能及轮对旋转振动特征,弹性动力学模型用于研究高速轮轨系统振动传递规律可以得到更加精确的结果。(2)建立考虑轮对弹性和旋转走行的车辆-轨道系统动力学模型,研究了高速列车分别在直线和曲线通过时,轮对弯曲变形的差异,及其旋转走行对轮轨接触特性、轮轨动态作用力及轮对振动性能的影响。轮对垂向振动存在旋转频率特征,其对应的频率值和振动能量随列车运行速度提高而增大。轮对旋转振动频率会向上传递,对构架和车体振动也有明显影响。轮对不同弹性模态特征对车辆系统临界速度,轮轨接触点横向位置,轮轨蠕滑及磨耗性能等均有一定影响,车辆系统在直线运行时的横向动力学性能主要受车轴二阶、四阶弯曲和车轮同向伞形等模态特征影响;在曲线通过时,轮轨系统横向动力学性能主要受车轴扭转、一阶和二阶弯曲模态特征影响。(3)建立考虑轮对弹性和旋转走行的车辆-轨道系统动力学模型,分析了曲线轨道上轮轴弹性变形特征,及弹性变形与旋转对轮对横向移动和轮轨蠕滑性能的影响;得到了轮对不对称弯曲变形引起的偏心现象在轮对旋转走行作用下产生科氏加速度,使轮对横向运动偏向轨道外侧;给出了曲线通过速度,线路不平顺激扰,曲线超高值和曲线半径等因素对轮轨接触特性、列车运行安全性及轮轨磨耗的影响规律。(4)建立考虑车轮踏面凹陷的车轮扁疤伤损和车轮多边形磨损三维模型,真实反映实际运用过程中车轮踏面缺陷外形。在轮对旋转走行过程中不断更新车轮踏面,实现了车轮踏面缺陷对轮轨系统周期性冲击,研究了在不同类型和不同几何尺寸的车轮踏面缺陷冲击作用下,车辆系统振动和轮轨作用力的变化规律。随着列车运行速度提高,车轮扁疤冲击作用下轮轨垂向作用力最大值呈现先增大后减小的规律,车轮多边形冲击作用下轮轨系统振动和作用力均会明显增大,并结合列车运行安全性指标,给出了不同速度等级下车轮扁疤伤损和车轮前三阶多边形磨耗安全限值。(5)建立考虑轮轴压装部位过盈配合的轮对有限元模型,轮轴压装过盈量、轮轨垂向静态载荷、轮对旋转速度及车轮踏面缺陷均对轮轴压装部位接触应力有一定影响。轮对高速旋转会减小轮轴压装部位接触应力。车轮踏面缺陷的中高频冲击对轮轴压装部位接触应力的影响不容忽视,且压装部位接触应力与轮轨垂向载荷也不再成单一线性关系。在保障安全运营前提下,车轮扁疤伤损和车轮多边形磨耗冲击作用力对应的Findley应力均小于疲劳极限要求。

关键词： 沈志云   传记  

ISBN: (纸本)9787504674371

摘要： 本书主要内容包括：辗转求学、大学时光、留学苏联、蛟龙困浅滩、沈一赫一叶氏理论、迫导向转向架的研制、建设国际一流的实验室、交通运输创新人才培养等。

关键词： ANSYS   接触应力   高速列车   有限元  

摘要： 轮轨关系是轨道与交通工程的重要课题,轮轨接触问题则是轮轨关系的基础问题。随着客运列车运行速度的不断提高,轮轨相互作用的情况越来越复杂,也带来了高速列车开行的一些问题,例如轮轨之间磨耗加剧、车轮踏面损伤增加、换轮换轨频数明显上升等等。轮轨关系问题如果得不到很好地解决,将会影响我国铁路运输的发展,所以说研究轮轨接触问题已经到了刻不容缓的地步。本文主要运用有限元方法,对不同影响因素下的轮轨接触应力进行了计算分析。本文首先介绍了课题研究背景以及意义,然后概述了轮轨滚动接触的国内外研究状况,进而介绍了经典轮轨滚动接触理论以及有限元轮轨滚动接触理论。在此基础上,运用有限元软件ANSYS为工具,建立轮轨三维有限元模型,并计算分析不同工况参数以及材料力学性能对轮轨接触应力的影响。基于此模型,计算分析了工况参数,如轴重、横移量、冲角、角速度等,以及材料力学性能,如弹性模量、屈服强度、泊松比等对轮轨接触应力的影响。结果表明,随着轴重的不断增大,轮轨Mises应力以及剪切应力均不断增大,并且增加幅度较大,轴重对轮轨接触斑形状,面积以及轮轨接触应力均产生了较大影响。而随着横移量以及冲角的变化,轮轨接触点位置会变化,进而轮轨接触区Mises应力以及剪切应力分布位置和数值都会发生变化。车速对接触斑形状,面积以及剪切应力影响很小,而车速超过了440km/h时,轮轨Mises应力将明显增大。材料特性中,弹性模量以及屈服强度影响Mises应力以及剪切应力的变化,泊松比主要影响剪切应力的变化,对Mises应力的影响较小。

关键词： 激光熔覆   轮轨材料   Ni60基合金   耐磨性   摩擦系数  

摘要： 高速化是我国铁路未来发展的一个重要方向,高速容易导致轮轨的加剧磨损,影响铁路的快速发展。激光熔覆作为先进表面处理技术的一种,通过高能激光束照射熔覆材料使之和基体同时快速熔化,快速凝固,与基体形成良好的冶金结合,能明显改善材料的硬度、强度和耐磨性。本文以ER8车轮钢和钢轨钢为基体材料,熔覆材料是Ni60基合金粉末以及分别添加质量分数4%Mo,1%Y2O3,5%ZrO2后的Ni60基熔覆材料为研究对象,利用激光器设备分别对4对车轮和钢轨试样进行圆周表面激光熔覆处理,得到四种Ni60基合金熔覆层的轮轨试样,研究四种熔覆层的组织结构、硬度和耐磨性。对实验结果的分析,熔覆层主要由熔覆区、结合区和热影响区三个区域构成,其中熔覆区的组织性能最好。熔覆层组织主要由树枝晶、粒状和棒状的胞晶结构、粗大的树枝晶和平面晶组成。对硬度的测量分析,发现熔覆处理后车轮和钢轨的表面硬度提高了大约一倍。在轮轨试样的剖面上,熔覆区的硬度最高,而基体硬度最低。熔覆区硬度的提高是因为熔覆过程中存在固溶强化、晶粒细化和熔覆层组织中含有碳化物等硬质相。对磨损量和摩擦系数的分析,发现经过激光熔覆处理后试样磨损量比未经过激光熔覆处理明显减少,激光熔覆处理后摩擦系数减小,这归因于激光熔覆后熔覆层硬度、强度和韧性都得到提高,试样的耐磨性提高。

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。