小半径曲线上股钢轨磨耗分析及防治

小半径曲线上股钢轨磨耗 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 及防治 小半径曲线上股钢轨磨耗分析及防治 54南钢科技与管理2011年第2期 小半径曲线上股钢轨磨耗分析及防治 齐笑丽金祥 (铁运中心) 摘要:从力学角度分析小半径曲线上股钢轨磨耗的原因,并以50kg级轨为例验算轮轨接触点的局部应力, 提出相应的防治措施. 关键词:铁路小半径曲线钢轨磨耗 AnalysisofUpperRailWearintheSmallRadiusCurveandCountermeasures QiXiaoliJinXiang (RailwayTransportationCenter) Abstract:Thepaperanalyzesthewearcausesofupperrailintermsofmechanicsandtakes50k gofrailforexampleto calculatethelocalstressofwheelcontactpoints.Somepreventionmeasureshavebeenpropos ed. Keywords:railway;smallradiuscurve;rail;wear 前言 南钢地处长江下游小丘陵地带,在1958年建厂 时,原设计规模是年产30万t钢,铁路布置比较简 单,随着生产的发展,逐步扩大生产规模时,基本上 都是就地形建厂房,然后铺设铁路就厂房,造成厂区 内铁路存在许多小半径曲线,其中最小半径甚至只 有75m.在如此之小的曲线上,存在上股钢轨极易 产生磨牦的现象,特别是从上世纪九十年代开始,随 着铁路轴重的不断加大,这方面的情况更加严重. 1钢轨磨耗的成因及发展 钢轨作为铁路线路直接承受来自车轮荷载和冲 击的重要部件,在轮轨的共同作用下,产生表面磨耗 是不可避免的.尤其是在小半径曲线上股的钢轨, 受各种轮轨应力的影响,更容易产生磨耗,并且发展 也较快.钢轨磨耗是钢轨伤损的表面现象,其实质 是在轮轨的共同作用下,钢轨表面材料出现压溃裂 纹,裂纹经发展而互相贯通后,与钢轨表面产生剥 离,便慢慢地被车轮磨掉,这就是一个磨耗周期.同 时又开始下一个周期的压溃裂纹出现,如此循环往 复,最终导致钢轨不合格而下线. 2曲线上股钢轨受力分析 作为承受车轮荷载和对列车起导向作用的上股 钢轨,主要受下列几种外力: 2.1荷载应力 直线地段,按理论设计轮轨接触点正好落在轨 面中部,轨面中部虽然是横向弧面,但是,由于弧的 2011年第2期南钢科技与管理55 半径较大,并受轨道弹性影响,轮轨接触实际上接近 于平面体与圆柱体接触,面积较大,按现有资料其接 触面积约有3cm. 曲线上股铺设新轨后,特别是半径较小的地段, 由于列车转向关系,转向架中第一轮轮缘紧接着轨 头内侧,又因为新轨形状与车轮不吻合,导致轮轨接 触点不在轨面中部而在轨头侧顶面弧面处,轮轨接 触已不是平面体与圆柱体的接触,而是半径小得多 的两圆柱体正交,面积要小得多,仅是直线时的三分 之一左右.由于接触面积的成倍缩小,其荷载局部 应力也就成倍增大,这也是曲线上股内侧产生磨耗 的主要原因. 2.2钢轨静态弯曲应力 钢轨在生产时,都是直线型,把直线形的钢轨铺 设在曲线上时,就需要将直轨逼弯,逼弯后的钢轨内 部就存在弹性变形,也就会有弯曲应力.也就是说, 即使是在没有列车荷载作用时,曲线上的钢轨(含 上,下股)始终存在静态弯曲应力,这一应力与各种 应力在小半径曲线上的综合作用,表现的长期后果, 就是导致最终的钢轨塑性变性,也就是我们常能看 到在小半径曲线上的下道钢轨在纵向成弧形的主要 原因,这一应力可通过如下方法计算: 设轨面中线半径为R(曲线半径?1/2轨距)则 离轨面中线距离n处的弯曲线应变为: = [27r(R+n)一277]/27rR:a/R 弯曲应力: = E×s=EXa/R(1) 其中,E为钢轨的弹性模量. 由(1)式可知,钢轨静态弯曲应力与半径成反 比,半径越小弯曲应力越大,半径越大,弯曲应力越 小.同理,轨型越大,o的最大值越大,弯曲应力也越 大,反之,轨型小,弯曲应力也就小. 以P50轨为例,当曲线半径为150131时,其最大 弯曲应力为: …头=2.1×10×面35:49(MPa) …底=2.1×10面66=92. 4(MPa) 弯曲应力对不同部位的钢轨所产生的影响是绝 然不同的,在曲线上股内侧为压应力,正好与荷载应 力同号,互相叠加;在曲线上股外侧为拉应力,与荷 载应力符号相反,互相抵消.在曲线下股的作用正 好与上股相反. 2.3离心力 曲线上股受到列车曲线运行产生的离心力的作 用,作用点在轨头侧边及轨头内侧顶角面,对轮轨接 触面的局部应力有一定的影响. 2.4导向力 由于曲线转向的关系,曲线上股受导向力的作 用,作用点在轨头侧边,理论上与轮轨主应力有一定 的距离,但对轨面的影响还是有的. 2.5滑动磨擦力 由于曲线上,下股钢轨的绝对半径的不同,而轮 对是一根固定轴联接,造成在上股运行的车轮要比 在下股运行的车轮多行走一段距离.在上股运行的 车轮只有通过滑行来克服这个距离,这也就是通常 说的上股车轮连滚带爬现象,有滑行就产生滑动磨 擦力,而且半径越小,滑行距离就越大,产生的滑动 磨擦力就越大,这个力正好作用在轮轨接触点上. 2.6新轨时的偏心受压附加应力 通过对曲线上股换新轨后第一趟列车的轨顶压 痕线观察,轮轨作用点偏离轨面中线靠向内侧,钢轨 受到偏心受压附加应力作用,此应力与弯曲应力一 样,在轨头内侧与荷载应力叠加. 56南钢科技与管理2011年第2期 2.7牵引力或制动力应力 曲线上股为新轨时,由于轮轨接触面较小,牵引 力(制动力)应力必定会成倍增大. 3轮轨接触点的局部应力验算 由于南钢生产的发展,目前的运输最大轴重提 高较快,以100t平板计算,自重30t,实际装载一般 都要达到120t,总重已达150t.即单个轮子的压力 是183.75kN.以50kg级轨为例. 根据赫兹对接触应力问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的经典解答,假定车 轮和钢轨是两个互相垂直的弹性圆柱体,两者的接 触面是一个椭圆形,最大接触压应力发生在椭圆 中心,其值为: O-=32 式中:P为两圆柱体间的压力,即轮压;?为椭圆 面积. 取近似计算方式,则可表达为: 一=c(?去,P 式中:C为常数取为184,车轮半径取为42cm, 钢轨顶部半径取为30cm,则有: 局部蛳力=184x(1/42+1/30)/3×183750/3 :1552(MPa) 该数值已大大超过了钢轨的屈服极限 (883MPa),从而引起钢轨头部压溃,导致钢轨表面 钢料流动,这也就是引起钢轨表面磨耗的主要原因. 4磨耗的防治 新铺设的钢轨,在车轮碾压过程中,其磨损大致 可分为三个阶段:一是初始磨合过程,此过程车轮与 钢轨接触面积小,单位面积承受荷载较大,钢轨接触 表面磨损较快;二是稳定磨合过程,钢轨在车轮碾压 下形成一层厚5,6mm的坚韧表面,表面较光滑,又 有坚韧的耐磨性能,钢轨磨损处于相对减缓的稳定 阶段;三是急剧磨损过程,在稳定磨合期过后钢轨疲 劳程度增加,车轮轮缘与曲线上股钢轨作用边接触 冲击,使钢轨急剧磨损.针对以上的分析及磨耗发 展情况,以及厂矿铁路运行车速较慢的特点,考虑如 下方法防治: 1)加强曲线养护.保持曲线平纵断面的技术状 态,是延长钢轨寿命的重要环节.在保证曲线的平 面圆顺和纵面平稳过渡超高的前提下,适当增加轨 距杆和轨撑,以提高轨道的整体强度和稳定性,并对 上股的道床边坡作相应的加宽和加高处理. 2)调边倒换钢轨.根据技规 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ,在钢轨磨耗将 达到12mm时,即在尚未达到轻伤 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,也没进入第 三阶段急剧磨耗过程的钢轨,作上下股钢轨调换使 用,延长钢轨的整体使用寿命. 3)在轮轨之间适当增加润滑剂,以方便处于上 股钢轨上的车轮快速转向通过,从而减短各种应力 的作用时间,减小钢轨产生塑性变形的可能,因为弹 性材料的变形模式与外力作用的时间长短有关联.