大秦重载铁路75kg/m钢轨伤损特点及规律

研究目的:为获得钢轨伤损类型、伤损沿钢轨横截面分布、钢轨伤损随月份(季节)分布规律、钢轨每公里重伤量与累计通过总重变化规律,本文利用太原局提供的大秦重载线2011年至2016年钢轨伤损台账及车站里程图,将线路分为线路区间和站区,进行钢轨自上道至下道完整使用周期内伤损统计分析。研究结论:(1)包含站区与不含站区钢轨伤损类型及其所占总伤损的百分比相差不大;(2)钢轨伤损主要是焊接伤损、核伤、擦伤和孔裂伤损,重车线钢轨伤损主要是焊接伤损;(3)钢轨伤损主要发生在轨底和轨头,轨腰伤损占比不足14%;(4)钢轨重伤量随月份变化,冬季12月～2月份钢轨重伤量是夏季6月～8月份钢轨重伤量的2.1倍;(5)钢轨上道初期伤损主要表现为冶金和焊接质量伤损,中后期表现为疲劳伤损,无论是母材还是焊接或者是总钢轨月度重伤量,都随累计通过总重呈波浪形波动;(6)无论是母材还是焊接或者是总钢轨累计每公里重伤量,都与累计通过总重呈二次函数关系,钢轨累计重伤量随累计通过总重呈二次函数关系上升,但不存在"突变点";(7)月钢轨重伤量高点变化决定累计钢轨重伤量与累计通过总重关系变化趋势;(8)本研究结果可为钢轨使用和管理部门进行伤损检查、维修决策提供决策依据,为制定重载铁路钢轨换轨周期奠定基础。     

大秦重载铁路大修换轨周期的探讨

为了延长大秦重载铁路大修换轨周期,在介绍国内外相关规定的基础上,按不同情况,重点对大秦重载铁路重车线钢轨重伤率进行了统计分析,对其影响因素进行了讨论.结果表明,通过总重1 000 Mt左右时,2005年铺设钢轨重伤严重区段直线钢轨总的累计重伤率为16.2处/km,钢轨总的重伤率为28 2处/km.通过采用净化钢质、研发使用高性能钢轨、按廓形及时打磨钢轨等技术措施,2007年铺设上道的U75V钢轨重伤率明显下降,当通过总重约1 680 Mt时,直线钢轨总的累计重伤率为6.2处/km,钢轨总的重伤率为9.6处/km.结合大秦铁路实际情况,大修换轨周期可暂按直线钢轨总的重伤率＜10处/km来考虑.     

延长大秦重载铁路钢轨使用寿命措施的研究

对大秦重载铁路钢轨伤损的调查和分析表明,钢轨及焊接接头伤损加大了线路养护和维修工作量,缩短了钢轨大修换轨周期。提出设置欠超高、科学润滑、采用热处理轨、提高轨道弹性、改善轨道平顺性、提高钢轨强韧性和纯净性、采用焊后热处理、研制新钢种、提高钢轨性能、采用新型热塑性弹性体垫板、加强钢轨打磨、及时治理钢轨不平顺和接触疲劳伤损等延长钢轨使用寿命的技术措施,现场应用效果良好。     

重载铁路高强钢轨的试验研究

为延长大秦重载铁路钢轨的使用寿命,研制适应重载铁路的高强钢轨。通过对高强钢轨的性能、热处理和焊接以及选用的新钢轨服役行为进行分析,结果表明,新钢种中加入合金元素Cr,可以提高轨钢的强度,推迟珠光体转变时间,使钢轨既易于热处理,又节省能源和降低成本,而且钢轨强度的提高还增加了曲线钢轨的耐磨性能和耐伤损能力;提高轨钢的纯净度,可增加钢轨的抗疲劳性能,延长钢轨的使用寿命;重载铁路曲线下股应铺设热处理钢轨;铺设新钢种PG4和U77MnCr的线路,钢轨打磨时间可延长至通过总重4亿t,而铺设U75V钢轨的线路在通过总重6000万t后就需打磨1次,才能有效抑制轨面剥离的产生和发展。新钢轨的综合使用性能良好,适合在重载铁路上使用。     

普速铁路钢轨伤损的分布规律

根据上海局提供的钢轨库、伤损库、曲线库、运量库以及2004—2016年间上道及下道线路钢轨情况,对局管内京沪线、沪杭线及全局普速铁路钢轨伤损情况进行了全面统计分析。结果表明:京沪线和沪杭线的主要伤损类型为焊接伤损、核伤和孔裂,控制钢轨伤损主要是提高铝热焊和气压焊的焊接质量以及胶结绝缘接头质量,按目标廓形对钢轨进行周期性打磨;冬季钢轨伤损率明显大于夏季钢轨伤损率;站区线路每公里钢轨平均伤损量是区间线路的6.5倍;每公里钢轨伤损量与累计通过总质量呈二次函数关系,累计通过总质量8～10亿t时钢轨垂磨量约为3.5～4.5 mm,远未达到钢轨垂磨重伤标准11 mm。     

重载铁路75 kg/m钢轨的换轨周期研究

通过持续调研大秦重载铁路75 kg/m钢轨使用和重伤情况,进行钢轨重伤类型和每千米重伤量统计分析,获得钢轨主要重伤类型、不同地段一定累计通过总重对应的每千米钢轨重伤量;针对不同长度地段钢轨重伤量数据,提出钢轨重伤加权统计方法,利用回归分析方法和不同地段钢轨重伤量数据,获得大秦重载铁路75 kg/m钢轨整亿吨通过总重下加权重伤量数据;利用大秦重载铁路各种钢轨维修费用数据进行经济分析,获得钢轨经济下道周期;通过2006年和2016年钢轨重伤统计数据对比分析,结合我国运输特点及经济分析结果,提出累计通过总重与每千米钢轨重伤量相结合的大修换轨周期,并估算了延长换轨周期的经济效益。     

北美最佳钢轨打磨策略

详细介绍北美铁路最佳钢轨打磨策略。从中总结出以下主要结论:(1)在不同服役条件下,不同材质钢轨裂纹处于稳定发展阶段的时间决定了科学的预防性打磨周期,裂纹深度决定了最经济磨耗速率;(2)应对不同磨耗状态的轮对进行应力分析,并以此设计钢轨的最佳打磨廓形,最佳打磨廓形并非一成不变,应根据条件变化及时更新;(3)处理严重轨面RCF伤损时,渐进式预防性打磨比修理性打磨更具经济性;(4)应对曲线下股钢轨非工作边进行适当打磨,避免与假性轮缘发生高应力接触,产生严重伤损与变形;(5)应用高强度钢轨可有效延长钢轨打磨周期,减少金属打磨量,应在新轨上道不久后对其进行廓形打磨,实现轮轨共形接触;(6)最佳钢轨打磨策略是通过预防性钢轨打磨与合理润滑、轨顶摩擦系数控制有机配合实现的。     

68kg/m钢轨的试验与评价

针对国外重载铁路广泛使用68kg/m钢轨的情况,同时为满足我国发展重载铁路的需要,本文对68kg/m钢轨及其配套技术进行试验研究。按照北美标准,由国内钢厂轧制生产出热轧钢轨(抗拉强度为1 080 MPa)、在线热处理后抗拉强度为1 265MPa的68kg/m钢轨,通过厂内闪光焊、现场气压焊方法焊接成无缝线路,在京包上行线铺设15km试验段,其中半径1 200m以下曲线区段铺设在线热处理钢轨,其他区段铺设热轧钢轨,5年累计通过总重881 Mt·km/km,得到结论如下:在曲线区段,68kg/m在线热处理钢轨至下道时总的平均磨耗速率约为0.03mm/Mt,比60kg/m U75V热处理钢轨的耐磨性提高1倍以上;直线上累计通过总重881 Mt·km/km后,68kg/m热轧钢轨垂直磨耗约为2mm;累计通过总重881 Mt·km/km后,钢轨的重伤率为0.46处/km,远低于相同条件下60kg/m钢轨的重伤率;使用68kg/m钢轨的维修养护工作量比使用60kg/m钢轨减少约一半。综上,无论从技术性、配套性还是经济性上考虑,在我国铁路推广使用68kg/m钢轨是可行的。     

对我国高速铁路钢轨维修作业的讨论

针对我国客运专线无碴轨道设计,就钢轨伤损情况,国外维修经验和我国科技人员研究成果进行分析、比较和讨论。结合京沪高速铁路等,强调打磨是减少钢轨维修工作量的有效措施。提出按校正性(修理性)打磨、保养性(轮廓性)打磨和预防性打磨的具体方法和措施:发生伤轨,必须打磨,且打磨次数较多;预防性打磨,宜5000～10000万吨运量打磨一次;打磨车在无伤区域工作速度可稍高,打磨宜浅(0.05mm)。     

重载铁路钢轨的伤损及预防对策研究

通过对重载铁路钢轨伤损的现场调查分析,确定出钢轨伤损的主要类型和规律,在此基础上提出了预防对策措施并进行了试验验证。结果表明:①在半径小于1 200 m的曲线上铺设轨面硬度大于370 HB的含铬热处理钢轨(U77 MnCr和PG4)、采用每天1次固体润滑并设置欠超高,可以减少钢轨的严重侧磨;②热塑性弹性体垫板可以增加轨道弹性,减少轨道动应力和钢轨的疲劳核伤;③在减少所用钢轨表面脱碳层深度和钢中夹杂物的基础上及时进行钢轨打磨,可有效抑制钢轨轨距角剥离掉块伤损的发展;④虽然热轧轨出现的剥离掉块深度较浅,但会在轨面外侧出现严重的深层肥边掉块,影响钢轨的安全使用,因此,重载铁路曲线下股仍应铺设高强度的热处理钢轨;⑤在优化焊接工艺和提高接头内部质量的基础上,对焊接接头采用焊后再淬火,以提高接头轨面的硬度,从而明显减少焊接接头轨面的低塌和焊接接头的伤损。     

京广铁路列车通过总重对钢轨伤损的影响

为得到客货共线铁路列车通过总重对钢轨寿命的影响规律,对京广铁路下行K807+000—K1110+000区段钢轨伤损数据进行统计分析,并以实际工况下列车通过轴重为荷载条件,建立钢轨三维实体有限元模型,对钢轨在循环荷载作用下的疲劳寿命进行研究。研究结果表明:随着列车通过总重的增大,钢轨伤损数量以及增长速率呈非线性增加,在200 Mt时增长速率有一突变;钢轨累计重伤率与列车通过总重符合幂函数关系,利用拟合公式预估钢轨寿命为10.62亿t～16.03亿t;在实际轮载条件下,钢轨疲劳寿命次数为4841万次,换算为列车通过总重后与统计分析结果吻合。研究结论可为线路设备维护决策和线路大修周期界定提供技术理论支撑。     

75N钢轨的试验研究

研究目的:针对大秦重车线钢轨铺设初期轮轨匹配不良的问题,设计出新轨头廓形75N钢轨,通过仿真计算对比分析了75 kg/m钢轨优化前后的接触状态及几何关系,并进行了75N钢轨在大秦重车线的试铺试验。研究结论:(1)75N钢轨显著改善了轮轨关系,轮轨主要接触位置更处于轨头踏面中心区域,轮轨接触应力大幅降低;(2)75N钢轨无论预打磨还是未进行预打磨,在直线上钢轨光带均较为居中,轨距角未出现肥边和剥离掉块,轨面光洁,钢轨使用状态较好;(3)在曲线上使用,75N钢轨均未出现轨距角肥边,表现出具有良好的轮轨接触关系;(4)该研究成果可应用于重载铁路钢轨的使用方面。     

大秦铁路钢轨使用寿命和延长措施研究

介绍国内外重载铁路钢轨使用现状。针对大秦铁路钢轨存在的问题,开展钢轨伤损规律及预测疲劳寿命研究、高强度钢轨的研究和试验、钢轨快速打磨及轮轨润滑技术研究、轨道强化技术和措施研究、热塑性弹性体垫板研究和试验、延长隧道内轨枕板使用寿命和道床固化技术研究,提出钢轨使用寿命延长措施和开展科学养护维修体系研究等建议。     

30t轴重重载铁路钢轨轨型和材质对比试验

在某重载铁路铺设不同轨型、不同廓形、不同材质计8种组合的钢轨,通过实测和仿真,从轮轨接触几何关系、轨道结构动力学、货车动力学性能和钢轨使用性能等方面进行对比试验,对钢轨的廓形、轨型、材质进行分析和比选,提出30t轴重重载铁路的用轨策略。结果表明:与标准型面LM车轮接触时,60钢轨的轮轨接触光带偏向于轨距角一侧,60N和75N钢轨的则移向踏面中心部位,且轮轨接触应力显著降低;与实测廓形60,60N和75N钢轨接触时,车轮的等效锥度分别为与标准廓形75N钢轨接触的1.35~1.5,0.77~0.86和0.94~1倍;在8 000和12 000t载重条件下,60N和75N钢轨对轨道结构动力学指标的影响基本相当,60钢轨最大;3种廓形钢轨对货车动力学指标的影响不显著。建议在30t轴重重载铁路上,选用轨型为75kg·m~(-1)、廓形为75N的钢轨,在直线线路上铺设980 MPa级及以上、曲线线路上铺设1 300 MPa级及以上强度等级的钢轨,在小半径曲线且伤损形式以滚动接触疲劳为主的线路上可推广使用贝氏体钢轨。     

研发曲线侧磨钢轨铝热焊接新型工艺

<正>杭甬高铁线路使用U71M钢轨其强度等级为880MPa,轨顶面硬度260～300 HB,有较好的韧、塑性,焊接性优良。U71Mn钢轨为高速铁路用钢轨,铺设线路时采用长轨条闪光焊接方法,道岔采用现场铝热焊接技术。开通6年来,部分道岔基本轨、尖轨出现疲劳伤损达到维修周期。道岔维修一般采用更换伤损钢轨的方案,利用现场铝热焊接技术。但是无砟轨道施工难度大,质量要求高,更换曲线(曲尖轨及导轨)标准钢轨与磨耗轨焊接尤为困     

过共析钢轨使用性能研究

对铺设在郑州铁路局直线上和半径600~1 000 m曲线上的在线热处理过共析钢轨的使用情况进行跟踪观测。结果表明:过共析钢轨硬度高,耐磨性能好。使用1年后,铺设在直线和半径1 000 m曲线上的钢轨表面光洁,基本无伤损,铺设在半径600 m曲线上的钢轨出现鱼鳞伤和剥离掉块。钢轨闪光焊接头硬度基本满足标准要求,铝热焊接头硬度低于标准要求,使用后个别焊接接头存在低塌现象。过共析钢轨耐磨性能明显优于U75V热处理钢轨,预防性打磨可以提高钢轨在小半径曲线上的使用寿命。     

德国研发城市用高速钢轨打磨车

<正>德国Vossloh公司研发的城市用高速钢轨打磨车HSG-City已于2014年投入使用,并在杜塞尔多夫有轨电车轨道和地铁网打磨了约350km钢轨,结果表明,这种预防性钢轨打磨对城市轨道交通减少噪声十分有益。HSG-City钢轨打磨车适用于各种形式的钢轨打磨维修任务,从消除钢轨波纹和波形磨耗以及滚动接触疲劳到清除润滑油膜。该钢     

大准铁路小半径曲线钢轨打磨廓形及工艺研究

针对大准铁路小半径曲线钢轨伤损和磨耗严重开展钢轨打磨技术研究,进行打磨模板设计。本文通过分析实测轮轨廓形的磨耗和接触特征,确定钢轨打磨目标廓形,据此设计得到适合于大准铁路小半径曲线的钢轨打磨廓形,并采用重载货车-轨道动力学模型和轮轨接触有限元模型进行理论计算与分析。结果表明:车轮与实测钢轨廓形匹配时,上股易形成过共形接触,下股接触点偏向轮缘根部,形成反向轮径差,降低曲线通过性能;车轮与打磨廓形匹配时轮轨接触状态得到明显改善,轮对冲角、轮轨横向力、脱轨系数、磨耗指数和轮轨接触应力均显著降低,大幅提高了曲线通过性能。     

重载铁路75 kg/m钢轨移动闪光焊焊接施工技术

朔黄铁路是我国西煤东运的第二条主干线,2013年年运量已达2亿t以上,日开行70对万吨列车。目前国内重载铁路钢轨现场焊接方式主要为气压焊和铝热焊,随着运量及轴重的不断增加,工地焊接接头伤损日趋严重,影响重载列车的运输安全。针对朔黄铁路主要采用的75 kg/m的U78CrV钢轨,通过焊接设备的分析,选用LR1200型钢轨闪光焊机进行焊接;通过大量的厂内试焊试验研究给出了重载铁路移动闪光焊焊接工艺参数,采用该焊接参数及焊接工艺的钢轨焊接接头已通过型式检验;为进一步验证焊接工艺,在朔黄铁路选择一条半径600 m曲线进行焊接试验,共焊接了50个接头,提出了工地锁定焊接施工技术方案和技术要求。现场焊接试验表明,焊接工艺参数以及焊接施工方案能满足重载铁路钢轨焊接施工要求。     

钢轨铝热焊接工艺与焊接质量控制

铺设无缝线路是铁路提速重载运输发展的需要,是减少钢轨接头,延长轨道使用寿命的有效手段。钢轨铝热焊接技术具有设备简单、操作方便、作业时间短、占用空间小等优点,成为区间无缝线路、跨区间超长无缝线路的铺设,以及无缝线路伤损处理原位焊复重要的焊接方法之一。根据我段近几年进行钢轨铝热焊焊接工作的实际,从焊前准备、焊接过程、焊后处理等方面对怎样保证焊接质量进行了阐述,供工务同仁参考。