鋼軌磨損特性實驗研究與數(shù)值分析.pdf

1、鋼軌作為輪軌系統(tǒng)的重要組成部分，是發(fā)展高速、重載以及實現(xiàn)繁忙鐵路運輸?shù)幕A(chǔ)。然而鋼軌斷裂、波浪形磨損、壓潰以及疲勞裂紋擴(kuò)展等摩擦磨損問題造成的列車脫軌、振動等問題已造成了巨大的人力、物力和材料的損失，鋼軌的摩擦磨損問題已成為制約鐵路發(fā)展的重要問題。研究鋼軌的摩擦磨損產(chǎn)生的機(jī)理以及影響因素，對減緩鋼軌磨損，延長其使用壽命具有重要的現(xiàn)實和經(jīng)濟(jì)意義。
　　論文采用實驗研究方法從微觀和宏觀兩方面研究鋼軌材料的機(jī)械性能與摩擦磨損特性，得到了

2、一些磨損量和硬度值;同時采用Kalker的三維彈性體非赫茲滾動接觸理論模型和彈性理論的相關(guān)知識，為利用摩擦功預(yù)測鋼軌磨損量提供理論基礎(chǔ)?；趯嶒炑芯刻峁┑哪p量參考值和理論分析的結(jié)果，采用利用輪軌摩擦功和偏最小二乘法分析兩種方法預(yù)測鋼軌磨損量，為研究鋼軌磨損量提供一定的參考價值。取得的主要結(jié)果和結(jié)論如下:
　　(1)微觀與宏觀實驗結(jié)果表明，鋼軌材料的摩擦磨損性能對其機(jī)械性能具有很強(qiáng)的依賴性，即U71Mn鋼軌硬度低，強(qiáng)度較PD3鋼軌

3、低，耐磨性能較差。
　　(2)鋼軌宏觀磨損量與列車軸重呈線性增長關(guān)系;隨曲線半徑和列車運行速度的增大，磨損量呈非線性減小趨勢發(fā)展;在車速小于160km/h，曲線半徑小于1200m工況下，磨損量變化速度較快。
　　(3)隨著循環(huán)次數(shù)增加，輪軌磨損量均增大，但車輪磨損量的增加量大于鋼軌增加值，鋼軌磨損量隨著循環(huán)次數(shù)增加呈線性增長趨勢，而與之配對的車輪磨損量呈曲線趨勢增加。在相同的循環(huán)時間段內(nèi)，U71Mn輪軌接觸副磨痕寬度、深度以

4、及表面不平度均要較PD3輪軌副大。
　　(4)輪軌接觸斑粘/滑區(qū)面積比重相等點隨著(y)，ψ和(ψ)增大向著橫移量降低的方向移動，隨著摩擦系數(shù)增大逐漸向著橫移量增大的方向移動。在純機(jī)械載荷作用下，最高應(yīng)力、等效應(yīng)力、最高塑性應(yīng)變和剪應(yīng)力均產(chǎn)生于易使輪軌材料產(chǎn)生破壞表層位置。
　　(5)基于宏觀實驗和數(shù)值分析基礎(chǔ)，利用摩擦功和偏最小二乘法回歸兩種方法，得到鋼軌和磨損量關(guān)于隨軸重、曲線半徑和車速變化的經(jīng)驗公式，對實驗室和現(xiàn)場進(jìn)一