鋼軌磨損特性實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)繁忙鐵路運(yùn)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(wèn)題造成的列車(chē)脫軌、振動(dòng)等問(wèn)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(wèn)題已成為制約鐵路發(fā)展的重要問(wèn)題。研究鋼軌的摩擦磨損產(chǎn)生的機(jī)理以及影響因素，對(duì)減緩鋼軌磨損，延長(zhǎng)其使用壽命具有重要的現(xiàn)實(shí)和經(jīng)濟(jì)意義。
　　論文采用實(shí)驗(yàn)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(shí)采用Kalker的三維彈性體非赫茲滾動(dòng)接觸理論模型和彈性理論的相關(guān)知識(shí)，為利用摩擦功預(yù)測(cè)鋼軌磨損量提供理論基礎(chǔ)?；趯?shí)驗(yàn)研究提供的磨損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(cè)鋼軌磨損量，為研究鋼軌磨損量提供一定的參考價(jià)值。取得的主要結(jié)果和結(jié)論如下:
　　(1)微觀與宏觀實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋼軌材料的摩擦磨損性能對(duì)其機(jī)械性能具有很強(qiáng)的依賴(lài)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(chē)軸重呈線性增長(zhǎng)關(guān)系;隨曲線半徑和列車(chē)運(yùn)行速度的增大，磨損量呈非線性減小趨勢(shì)發(fā)展;在車(chē)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(chē)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(zhǎng)趨勢(shì)，而與之配對(duì)的車(chē)輪磨損量呈曲線趨勢(shì)增加。在相同的循環(huán)時(shí)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(diǎn)隨著(y)，ψ和(ψ)增大向著橫移量降低的方向移動(dòng)，隨著摩擦系數(shù)增大逐漸向著橫移量增大的方向移動(dòng)。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(shí)驗(yàn)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(chē)速變化的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一