朔黄重载铁路线路设备合理修理周期研究北大核心

基于朔黄铁路线路设备维修现状,通过理论分析、室内试验和现场测试探讨适用于该铁路线路设备的修理周期。结果表明:直线区段钢轨大修周期为1 390~1 650 Mt通过总质量;半径400~1 500 m曲线区段钢轨换轨周期为300~800 Mt通过总质量;建议在通过总质量达到60 Mt前进行预防性钢轨打磨,通过总质量超过150 Mt时进行修理性钢轨打磨;直线区段扣件更换周期与钢轨大修周期相同;道床每年捣固2~3遍,25、30 t轴重条件下通过总质量分别达到1 300~1 500 Mt、1 200~1 300 Mt时进行道床清筛。     

普速铁路60 kg/m钢轨的换轨周期

利用不同线路钢轨伤损、曲线要素、通过总质量等数据,应用加权统计方法进行钢轨伤损统计分析,获得钢轨主要伤损类型及其分布和伤损率与累计通过总质量的关系;选取典型线路进行大量钢轨使用和伤损情况现场调研,获得影响钢轨使用寿命的主要因素;提出换轨周期确定原则和方法,利用各铁路局集团公司提供的换轨、重伤轨抢修、钢轨养护维修等数据,进行最佳钢轨经济下道时机分析;结合换轨实际并参考我国具体情况,提出累计通过总质量10亿t和伤损率2～4处/km相结合的60 kg/m钢轨换轨周期,分析计算了提高换轨周期的经济效益。     

普速铁路钢轨服役状态评估方法及应用效果

通过分析国内外换轨周期模式,提出了普速铁路在役钢轨服役状态评估方法和参数,建立了跟踪分析试验段。运用试验段数据统计分析了自上道以来的钢轨伤损与累计通过总质量的关系并掌握了钢轨打磨和使用情况。应用所提出的钢轨服役状态评估方法和参数将试验段原定换轨周期由累计通过总质量7亿t延长到累计通过总质量近10亿t,并分析了换轨周期延长后的经济效益。研究成果为钢轨使用和管理部门延长钢轨使用寿命提供了分析方法和范例。     

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。     

普速铁路钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生研究和检验

以普速铁路京九线不同曲线半径为研究对象,建立车辆-轨道动力学模型、磨耗和裂纹萌生预测模型;计算60N廓形在不同曲线半径条件下的轮轨接触状态,预测了不同曲线条件下磨耗发展率、裂纹萌生位置与寿命,并与京九线现场观测结果进行对比验证.研究结果表明:随着疲劳损伤的累积,不同曲线半径下钢轨的阶段磨耗发展率呈下降的趋势,其中曲线半径小(600 m)的磨耗发展率降低最快,随着曲线半径的增大,平均磨耗发展率降低趋势减缓;不同曲线半径下钢轨裂纹萌生位置均在钢轨表面以下1~3 mm处,横向位置在距离轨顶中心15~20 mm范围内,曲线半径600 m外轨裂纹萌生寿命大约为2.64×10^5次,内轨裂纹萌生寿命约为4.86×10^5次,与现场观测较为符合.     

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.     

U71Mn钢轨焊缝处核伤扩展寿命的估算

根据包兰线银川段U71Mn 50kg/m钢轨运营情况,在应力比R为0.1、0.5条件下对钢轨轨头焊缝处材料进行三点弯曲疲劳裂纹扩展速率测试。采用七点递增多项式法进行回归分析,得出其裂纹扩展速率材料常数C和m。按照50kg/m钢轨实际尺寸建立模型,利用ANSYS有限元分析软件计算其轨顶动弯应力,并根据Paris公式对焊缝处钢轨进行使用寿命估算。相同运营情况下,若核伤由可探测范围(核伤直径不小于10mm)扩展至核伤面积占轨头面积的30%,则应力比为0.1时,容许通过总质量不超过8.65Mt,运营时间不超过87d;应力比为0.5时,容许通过总质量不超过6.28Mt,运营时间不超过63d。研究成果可为确定线路探伤周期和正确评价钢轨运营现状提供依据。     

普速铁路繁忙干线钢轨服役现状的调查分析

针对普速铁路繁忙干线,测试了累计通过总质量800～1100 Mt线路钢轨的硬度、廓形、磨耗和锈蚀深度、焊接接头平直度,调研了钢轨使用和伤损情况.结果表明:钢轨踏面中心硬化率不大于7％;打磨后钢轨实测廓形与60N标准廓形在轮轨接触区域竖向偏差不大于0.2 mm;钢轨垂直磨耗在3.0～5.7 mm,轨底角边缘厚度在8.35...     

某普速铁路曲线钢轨纵向剥离掉块成因分析

针对某条普速铁路下行曲线上股钢轨服役初期出现纵向剥离掉块问题,现场观测3个半径为400 m的曲线钢轨,测量钢轨表面状态及磨耗情况,分析曲线上股钢轨的接触状态及受力,讨论伤损原因。结果表明,形成曲线上股钢轨纵向剥离掉块伤损的原因是轨距角鱼鳞纹和轨面纵向裂纹边界区域接触应力较大且分布集中。该线路下行曲线上股钢轨出现的早期接触疲劳伤损,和钢轨磨耗速率、润滑时机、曲线超高、列车通过速度等因素相关。     

基于车轮磨耗寿命预测的轨道参数研究

为研究轨道参数对车轮磨耗寿命的影响,以C80型货车为例在SIMPACK软件中建立车辆-轨道动力学模型,利用傅里叶逆变换将轨道不平顺的功率谱密度从频域转换为时域;基于半赫兹接触理论、FASTSIM算法和Zobory磨耗模型在MATLAB中编制车轮磨耗仿真程序,分析轨道曲线半径、轨距、钢轨轨底坡、钢轨型面、轨道不平顺和轮轨摩擦因数对车轮磨耗的影响。计算结果表明:曲线半径从400 m增加到2 000 m后,段修磨耗寿命增加5.1倍;轮缘磨耗减小13.4倍;当轨距从1 430 mm增加到1 435 mm和1 440 mm时,磨耗寿命分别增加了12.6%和27.5%;轨底坡从1/20减小为1/30,1/40和1/50时,段修磨耗寿命分别增加3.7%,7.4%和6.9%;采用CN75钢轨和UIC60时的磨耗寿命较CN60钢轨分别增加20.1%和13.9%;五级谱、六级谱和三大干线谱时磨耗寿命较四级谱时分别增加21.4%,35.9%和26.0%;轮轨摩擦系数为0.25、0.4和0.55时,磨耗寿命较摩擦因数为0.1分别减少24.2%,24.8%和22.3%。     

轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响

考虑轮轨蠕滑接触关系,以及普通货车两轴转向架的导向轮对和非导向轮对分别作用在曲线两股钢轨轨头上的应力、应变,建立基于临界平面法的钢轨疲劳裂纹萌生寿命预测模型,研究不同轨底坡对曲线线路钢轨疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明:在各种轨底坡下外轨疲劳裂纹均主要由导向轮引起,而内轨疲劳裂纹在轨底坡为1∶40~1∶25时主要由导向轮引起,在轨底坡为1∶20~1∶10时主要由非导向轮引起;线路曲线半径越小,导向轮作用下的内外轨疲劳裂纹萌生越早,反之则非导向轮作用下的内轨疲劳裂纹萌生越早;磨耗型新轮与75kg·m-1新轨接触时,在曲线半径≤1 000m条件下采用1∶20的轨底坡,在曲线半径1 000m条件下采用1∶40的轨底坡,可以延长钢轨疲劳裂纹萌生寿命;选取不同的轨底坡,可以改变轮轨接触斑的位置、面积和黏着—滑动区的分布及蠕滑力,进而影响到钢轨疲劳裂纹萌生寿命,但改变轮轨接触斑位置的范围有限,不同轨底坡时接触斑移动距离在外轨上小于10.2mm,在内轨上小于3.0mm。     

40t轴重68kg/m钢轨18号道岔设计

提出了适用于40 t轴重铁路18号道岔的设计原则与技术指标。新型重载铁路道岔采用68 kg/m钢轨制造,道岔全长69 m,前长31 729 mm,后长37 971 mm。平面线型采用相离量24 mm、半径1 100 m的单圆曲线,仿真分析显示该线型动力学性能良好,曲线尖轨具有较好的耐磨性能;尖轨采用60AT1钢轨制造,曲线尖轨为"直曲组合型",直线段长度7 276 mm,直曲尖轨采用刨切基本轨加厚尖轨技术。辙叉采用可动心轨辙叉,翼轨采用TY钢轨、心轨采用60AT1钢轨制造,直向不设护轨,侧向增设一段护轨,用于保护叉跟尖轨的薄弱断面;尖轨、长心轨、翼轨通过锻压与68 kg/m钢轨顺接。     

我国典型高速铁路轮轨型面变化规律及匹配特性

为系统掌握我国高速铁路轮轨型面变化及匹配特性,在京沪、武广、哈大、兰新、贵广、丹大等6条典型高速铁路上,选择172个钢轨型面测点和6列动车组的384个车轮,进行为期2 a的现场测试。基于实测数据,应用数理统计方法分析钢轨和车轮的磨耗特性,并使用实测钢轨型面进行1个镟轮周期内的轮轨匹配等效锥度分析。结果表明:高速铁路曲线半径大于2 495 m时,直线和曲线钢轨磨耗速率基本相当;对于年通过总重小于11 Mt的线路,钢轨垂直磨耗不足0.01 mm;曲线半径小于800 m的钢轨磨耗速率明显增大;哈大线、兰新线和丹大线的动车组车轮踏面磨耗较大,踏面平均磨耗速率约为0.05～0.06 mm·(万km)~(-1),而京沪线、武广线和贵广线约为0.03～0.035 mm·(万km)~(-1);车轮磨耗范围较小时,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大而增大,车轮磨耗范围较宽时,轮轨接触点分布均匀,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大没有明显的增大趋势。     

40t轴重下曲线半径与轮轨磨耗及疲劳损伤的关系

轮轨磨耗及滚动接触疲劳损伤是影响大轴重列车运行安全的重要因素,本文基于多体动力学软件UM建立了40 t轴重重载货车动力学模型,从轮轨磨耗、疲劳损伤2个角度,研究曲线半径对40 t轴重货车通过曲线时动力性能的影响,给出最小曲线半径的建议取值。研究结果表明:货车在曲线上运行时,轮轨磨耗和疲劳损伤均在小半径曲线上更严重;与400 m曲线半径相比,曲线半径800 m时轮轨磨耗降低68%,轮轨间出现轮缘接触的频次得到有效控制;曲线半径1 200 m时轮轨磨耗和疲劳损伤分别降低80%,58%,滚动圆外侧10~30 mm内基本不再出现疲劳损伤。建议最小曲线半径一般情况下取1 200 m,困难情况下取800 m。     

护轨对桥上无缝线路稳定性的影响

运用ANSYS软件,建立铺设护轨的桥上无缝线路有限元模型,研究护轨中集聚不同温度力对桥上无缝线路稳定性的影响。结果表明:对于采用50kg·m-1钢轨铺设护轨半径大于1 200m和采用60kg·m-1钢轨铺设护轨半径大于800m的曲线线路,当护轨中集聚小于20℃的温度力时,铺设护轨可提高桥上无缝线路的稳定性,而对于采用50kg·m-1钢轨铺设护轨半径小于1 200m和采用60kg·m-1钢轨铺设护轨半径小于800m的曲线线路,当护轨中集聚大于20℃的温度力时,铺设护轨则会不同程度地降低桥上曲线无缝线路的稳定性,且半径越小,线路稳定性的降低越明显;对于桥上直线无缝线路,采用50或60kg·m-1钢轨铺设护轨后,当护轨中集聚小于30℃的温度力时,桥上无缝线路稳定性均可得到提高,且护轨温度力越小其稳定性提高程度越高。通过减小护轨中的温度力,可减少伸缩调节器的使用,提高桥上无缝线路铺设的温度跨度。     

小半径曲线无缝线路养修技术

对于曲线半径为400 m以下无缝线路作业问题未见过相关的作业指导文件,文章结合既有线养修实践,分析了小半径无缝线路的一些特点,并对小半径无缝线路涉及到的作业轨温条件、钢轨磨耗、防胀防断等问题做了初步探讨.     

小半径曲线上动车组运行安全性仿真研究

采用多体动力学仿真分析软件UM建立CRH5型动车组的动力学仿真模型,仿真分析动车组通过小半径曲线线路时曲线半径、曲线超高、钢轨类型、曲线轨距加宽和轨底坡等线路参数对动车组运行安全性的影响。结果表明:曲线半径的影响最大,钢轨类型、曲线超高、轨距加宽以及轨底坡的影响均较小。为增加动车组通过小半径曲线的安全冗余,减少外轨侧磨,建议在有条件的情况下尽量增大曲线半径;为避免曲线超高引起直曲过渡段处受到更大的轮轨冲击作用,建议对半径为250m的曲线线路不设置曲线超高,而且对应的曲线轨距加宽值宜设为10mm。     

城市轨道交通中小半径大坡道高架桥上无缝线路优化设计

减小轨道、桥梁受力,防止轨道因爬行而积聚纵向力,是城市轨道交通中小半径大坡道高架桥地段无缝线路设计的技术关键。以南京地铁南北线一期工程中半径R=350 m曲线地段的安德门和东井亭高架桥以及33‰大坡道地段无缝线路为例,研究实现优化设计的关键技术。利用在道岔的岔道与曲线头之间的直线段,增设一组单向钢轨伸缩调节器,避免道岔承受无缝线路的纵向力,同时也减小高架桥的墩台受力。对于小半径线路,调整锁定轨温,用最大温度拉力取代断轨力,用温度力的侧向分力和列车通过桥梁时的离心力叠加检算墩台受力。对于大坡道地段,采用控制爬行量或钢轨应力,确保运营安全。     

R＝350m曲线铺设无缝线路的研究

论文介绍了最大轨温差幅度达到80．3℃、R＝350m曲线上铺设无缝线路的用其结果，突破了TB2098－89关于无缝线路铺设曲线半径不小于400m、最大轨温差幅度不超过72℃的限制。在分析小半径曲线铺设无缝线路特点的基础上，根据TB2098－89和TB2034-88，对秦皇岛地区R＝350m曲线铺设无缝线路的稳定性和强度进行检算，提出采用Ⅲ型轨枕、I级石碴的轨道结构强轨道横向稳定性的试验方案，并在无缝线路铺设以后，对道床向阻力进行了测试，验算的最大温差幅度比实际值富裕39．7℃，表明试验曲线无缝线路稳定性是有保证的。通过对实际铺设的无缝线路长达400天、通过总重87MGT的观测，无缝线路没有出现失稳现象，钢轨纵向位移和实际锁定轨温变化值都在允许范围内，钢轨磨耗2．7mm较以前的有缝线路7mm减少2．5倍，取得了经济效益。     

小半径曲线铺设无缝线路适应性研究

小半径曲线因易发生高温胀轨等多采用有缝线路,大量存在的钢轨接头加大了轮轨动力冲击,轨道几何形位变化快,成为病害集中高发区,加剧小半径曲线钢轨伤损的形成与发展,增加了养护维修工作量及难度。随着无缝线路实践经验的积累及线路养修技术的进步,此类线路换铺无缝线路成为工务部门的优先选择。本文对半径<400 m地段的线路无缝化方案进行了可行性研究,从线路稳定性及钢轨强度两方面出发,提出曲线半径300 m及以上的小半径曲线铺设无缝线路、曲线半径300 m以下仍用有缝线路的技术方案,部分取消钢轨接头,对减少养护维修工作量、节约运营成本具有重要意义。