钢轨磨耗与整治研究探索

钢轨磨耗与整治研究探索 钢轨磨耗与整治研究探索,创新点滴, 赵振华 约5656字 摘要:文章通过钢轨磨耗的概述、侧磨理论研究、成因分析、过程分析、影响因素、降低钢轨侧磨的措施及结论与建议七部分内容的论述,对钢轨磨耗与整治的研究提出了理性的探索。 关键词:钢轨磨耗;整治研究;侧磨理论;疲劳磨损 中图分类号:U213文献标识码:A 文章编号:1009-2374 (2010)22-0032-03 钢轨是铁路线路的主要组成部分之一。它直接承受列车的荷载,依靠钢轨头部内侧面和机车车辆轮缘的相互作用,引导列车运行。根据调查资料显示,在我国小半径曲线轨道上的钢轨,有98%是由于侧磨超过限度而报废,其侧磨达15,20mm,半年就需更换。且近年来随着运量迅猛加大,机车轴重的增加,以及行车速度和行车密度的加大,曲线侧磨速度也日益增加。本文将对曲线钢轨侧磨作一重点研究,就其成因分析、过程分析、影响因素、措施等进行探讨,得出可行性建议和结论,以有助于改善曲线侧磨条件,延长曲线钢轨使用寿命周期。 1钢轨磨耗概述 钢轨是铁路线路的主要组成部分之一。它直接承受列车的荷载,依靠钢轨头部内侧面和机车车辆轮缘的相互作用,引导列车运行。同时依靠本身的刚度和弹性将荷载分布开来,传递给轨枕。其主要作用在于为车轮提供可连续、平顺的轮面,支持引导车轮沿着运行方向前进。 为充分发挥上述各种功能,就钢轨的设计和制造本身而言,有诸多矛盾因素存在。钢轨踏面粗糙与光滑,刚度与有可挠性,强度与有一定塑性,硬度与有一定韧性等。这些相互矛盾的要求,都在科学技术的不断发展和实践研究中逐步得以改善和攻关解决。 铁路线路现场实际中,钢轨使用寿命和周期是衡量线路运行条件及运行状况的重要依据。而起决定的作用因素之一就是钢轨磨耗。钢轨磨耗顾名思义就是由于轮轨接触磨擦、导向及冲击作功等引起的钢轨断面损失。在列车运行情况下,钢轨磨耗是永恒的,是绝对的。钢轨的日益磨耗,直接导致其使用寿命周期的缩短,从而加大了铁路运输成本降低了运输经济效益。更重要的是,磨耗达到限度必须更换钢轨,否则将危及行车安全,这就使得钢轨磨耗的研究愈来愈重要。 钢轨磨耗主要有侧面磨耗、垂直磨耗、鞍型磨耗和波浪型磨耗等。垂直磨耗是指钢轨面高度上的磨耗,一般情况是正常的,集中 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现在直线上及曲线下股(由于超高设置不合理引起),通常不作为换轨的主要控制因素来考虑。鞍型磨耗主要表现在钢轨接头处,由于列车冲击辗轧而成,可通过焊补修复。波浪型磨耗实质上是波浪压溃,多发生在曲线上,可通过打磨来解决。侧面磨耗是曲线钢轨磨耗的唯一标志,尤其在小半径曲线外股钢轨上,它是换轨的主要控制因素。根据调查资料显示,在我国小半径曲线轨道上的钢轨,有98%是由于侧磨超过限度而报废,其侧磨达15,20mm,半年就需更换。且近年来随着运量迅猛加大,机车轴重的增加,以及行车速度和行车密度的加大,曲线磨耗速度也日益增加。本文将对曲线钢轨侧磨作一重点研究,得出可行性建议和结论,以有助于改善曲线侧磨条件,延长曲线钢轨使用寿命周期。 2钢轨侧磨理论研究 80年代中期,国外铁路发展和完善了非线性动态曲线通过理论,预测的曲线通过性能,能较好地与实测数据相吻合。近年来,该计算方面在我国铁路开始得到应用。而此前主要以磨擦中心法求磨耗因子,并以此评价钢轨侧磨情况。在这里,我们采用对以轮对导向力与冲击角之乘积为其值的钢轨侧面磨耗因子进行研究的方法,找出钢轨侧面磨耗与曲线半径、超高、行车速度的关系,并提出相应措施。 3钢轨侧磨成因分析 根据磨擦中心法理论计算、分析可得出下列有关磨耗量大小取决于磨耗因子的几点结论: (1)当超高值恒定时,随着曲线半径不断增大,导向力和冲击角减小,磨耗因子减小,磨耗量也有所减少。 (2)当曲线半径恒定时,随着曲线超高不断增大,导向力减小,冲击角增大,磨耗因子有所减小,故磨耗量减少。 (3)随着行车速度不断加大,导向力值逐渐增大,在某一界值后增加速率也加大,冲击角随速度增加而减小,某一界值后减小的速率加大。磨耗因子值在界值前随速度的增大而增加,在界值后随速度的增大反而减少。这一界值大体为90,95km/h。 (4)当曲线半径与超高值为定值时,当X>3.6m时,磨耗因子随速度的降低而减小,当X?3.6m时,磨耗因子随速度的降低而增大。这里X指旋转中心至前轴的距离。 4钢轨侧磨过程分析 根据摩擦学原理和现场调查资料,钢轨磨损过程分为三个阶段:即跑合阶段、稳定磨损阶段和急剧磨损阶段。在跑合阶段,车轮与钢轨接触面积小,单位面积实际承受荷载较大,因此,在运行初期,磨损较快。经过跑合,车轮与钢轨之间接近吻合状态,建立了弹塑性接触条件,这时,轮轨接触面积增大,接触应力下降,钢轨磨损处于相对减缓的稳定阶段。它的特点是磨损量与动量基本成正比增加,磨损率基本不变。线路通过一定运量后,钢轨疲劳程度增加,钢轨磨损进入急剧磨损阶段,很快成为重伤轨。为了提高钢轨使用寿命,延长钢轨稳定阶段磨损,推迟急剧磨损阶段到来至关重要,这就要保持良好的轨道状态。 曲线上,由于超高的影响,还将产生较大的横向力,在大坡道地段,由于牵引力加大,必然产生比较大的纵向磨擦力。横向力与纵向力的存在,进一步加大了钢轨的应力,所以从应力角度分析,曲线地段磨耗要比直线地段钢轨磨耗快的多。下面从磨擦机理分类研究钢轨磨耗。 4.1磨料磨损 由于粗糙表面或外界硬质颗粒的切削或刮擦作用引起表面材料的脱落的现象称为磨料磨损。磨料磨损体积计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 为: V=NKaF/H 式中:H——较软材料的硬度; Ka——磨料磨损系数,表面粗糙程度不同,ka不同; F——荷载; N——运量。 这个公式定性地显示,磨料磨损的磨损量与荷载F成正比,与钢轨屈服极限或硬度成反比,与运量n成正比。 4.2粘着磨损 当磨擦物相互接触时,由于表面不平,实际上是微凸体之间的接触。在相对滑动和荷载作用下,接触点发生塑性变形或剪切,这就形成了粘着磨损。轮轨之间的粘着磨损是造成钢轨磨损的重要原因,材料的磨损量体积为: V=KmβNF/σs 式中:Km——与金属材料有关的特性系数; β——与润滑剂有关的系数,代表表面膜破坏量,润滑条件好时β值较小; N——运量; F——载荷; σs——屈服极限。 从式中可以清楚地看出,磨损体积与何载、运量成正比,而与材料屈服极限成反比,并且与润滑材料有直接关系。 4.3表面疲劳磨损 当两接触表面在荷载的作用下产生循环接触应力和变形,而使材料发生表面裂纹和剥落 出微片式颗粒的磨损称为疲劳磨损。 4.4三种主要磨损方式是同时作用、互相促进的 从以上分析得出如下结论: (1)磨损与材料屈服极限成反比,要减少磨耗必须同时增加钢轨和车轮的屈服极限,并且根据粘着磨损原理,钢轨、车轮硬度要匹配,否则将产生严重磨损。 (2)在稳定磨损阶段,磨损量与运量成正比。 (3)磨耗速度与轴重几何级数成正比。 5钢轨侧磨的影响因素 目前,通过长期的实践经验和对大量现场观测资料进行分析,我们初步认为,钢轨侧磨的形成和发展,与下列几方面的因素密切相关: 5.1轮轨关系及相互作用力对钢轨磨耗的影响 车辆在曲线上运动,转向架在通过曲线时有三种位置,即弦形位置、中间位置和最大倾斜位置。根据车辆动力学理论和实践证明,各车辆倾斜程度与载重量、重心高度、列车速度等有关。曲线钢轨的侧面磨耗主要由于轮缘与钢轨侧面之间的滑动磨擦造成。滑动磨擦主要有以下两种原因造成: