30 t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究

论述国外重载铁路钢轨技术体系及标准,分析我国重载铁路钢轨使用现状,开展30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究.针对轨型/单重研究、轨头廓形优化及新廓形75N钢轨的研发、重载铁路用新钢种钢轨研究、维修养护策略研究、30t轴重钢轨的选用、重载铁路钢轨标准研究进行分析,提出30t轴重铁路钢轨使用单重75 kg/m钢轨,直线铺设钢轨强度等级为980 MPa或1080 MPa,曲线铺设钢轨强度等级为1300MPa及以上;钢轨廓形选用新廓形75N钢轨廓面.建议设置试验段,对技术体系进行试验验证.     

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     

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。     

基于技术标准的钢轨残余应力测试与分析

在分析钢轨中残余应力产生原因的基础上,比较国内外相关标准对残余应力的评估和测试方法。通过测试近几年国内外不同类型钢轨中的残余应力,包括热轧U71Mn,U75V和U77Mn Cr钢轨,在线热处理钢轨,离线热处理钢轨,贝氏体钢轨以及进口热轧U75V钢轨等,分析残余应力测试结果,总结各种类型钢轨中残余应力的分布特点,探讨减小钢轨中残余应力的方法和途径。     

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。     

神朔铁路钢轨使用寿命研究

神朔铁路是我国西煤东运的重要通道之一,为国家Ⅰ级双线电气化重载铁路,重车线铺设U75V和U78Cr V热处理75 kg/m钢轨,空车线主要采用U71Mn和U76Cr热轧60 kg/m钢轨。随着运量的逐年增加,重车线部分区段钢轨已接近或超过维修规范的使用要求。钢轨伤损出现概率呈现明显随机性,伤损类型呈多样化。本文采用威布尔模型,统计分析重车线伤损发展的规律,预测钢轨寿命。结果表明,以每km伤损3~4根钢轨作为失效标准,当直线区段钢轨通过总质量达到13亿~17亿t时,应进行更换。基于神朔铁路分公司线路实际情况和现有的养护维修模式,拟以通过总质量14亿t为参考指标制定钢轨更换维修计划。对曲线区段而言,根据曲线半径的不同制定相应的养护维修标准。     

不同强度等级珠光体钢轨韧性指标对比分析

对珠光体钢轨的强度和韧性指标进行了统计分析,并对其韧性指标的影响因素进行了讨论。结果表明:随着钢轨含碳量和合金元素加入量的增加,钢轨的强度逐渐提高,韧性指标逐渐降低;钢轨的冲击韧性主要由其原奥氏体晶粒尺寸决定,细化晶粒可以改善韧性,夹杂物、成分偏析和缩松等缺陷会使钢轨的冲击韧性显著降低;断裂韧性指标与钢轨的化学成分和组织结构密切相关,强度等级1 080 MPa级及以上的U78Cr V热轧钢轨的断裂韧性较低,建议热处理后使用;细化奥氏体晶粒及减少珠光体钢轨的夹杂物、成分偏析和缩松可提高钢轨的韧性。建议加快强度韧性配合优良的贝氏体钢轨的开发及应用。     

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。     

大秦铁路75kg/m钢轨伤损变化及影响因素研究

研究目的:在大秦重载线多数货车轴重23～25 t情况下,2014年钢轨强度等级从980 MPa提高到1 280 MPa,2005年～2007年加强了钢轨内在质量和焊接控制、采用加强型弹条、热塑性弹性体垫板等技术加强了轨道结构,2011年后进行了预防性打磨。这些综合技术使钢轨伤损率发生极大变化,本文试图通过2006年、2010年和2016年三个时间节点钢轨伤损率统计分析,获得钢轨伤损类型和伤损率变化及其影响因素,为钢轨使用和管理部门进行大秦重载线伤损率控制及选用合适的钢轨强度等级提供依据。研究结论:(1) 980 MPa级的钢轨伤损率低于1 080 MPa和1 280 MPa级钢轨伤损率,累计通过总重17亿吨,980 MPa级钢轨伤损率比1 280 MPa级钢轨伤损率降低约17%;(2) 2016年钢轨焊接伤损率比2006年减少了9%;(3)钢轨内在质量和焊接质量提高、轨道结构加强综合技术作用下,累计通过总重10亿吨伤损率降低约65%;(4)采用钢轨预防性打磨技术,累计通过总重10亿吨钢轨伤损率降低约20%;(5)本研究成果可为钢轨使用和管理部门选用钢轨及维修决策提供依据。     

钢轨钢材低温力学性能的试验研究

研究目的:钢轨钢材在低温下力学性能变差,容易发生脆性破坏,这直接威胁着铁路运输的安全。随着青藏铁路等低温地区的铁路建设大规模的展开,了解钢轨钢材力学性能指标受温度的影响规律成为越来越迫切的课题,本文试验测得我国常用钢轨钢材在低温下的各项力学指标将给寒冷地区的铁路建设提供试验依据。研究方法:本文通过制造人工低温环境,在 20℃、0℃、-20℃、-40℃、-60℃五个温度点下对我国目前铁路工程中常用的60 kg/m的U71Mn和U75V两种钢轨钢材进行拉伸试验,得到这两种钢轨钢材低温下的强度和塑性指标,并根据已有研究成果对试验数据进行分析和拟和。研究结果:本文试验得到了U71Mn和U75V两种钢轨钢材抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后伸长率和断面收缩率随温度的变化规律,计算了2种钢轨钢材的温度敏感系数,得到预测钢轨钢材低温下抗拉强度的公式。由2种钢轨钢材低温力学性能的比较,本文对低温地区铁路建设选用钢轨提出了建议。研究结论:随着温度的降低,钢轨钢材的抗拉强度和非比例延伸强度略有升高,但断后伸长率和断面收缩率下降,塑性变差。U71Mn钢材在-60℃时仍具有良好的塑性,而U75V钢材在低温下塑性明显变差,呈现出脆性破坏,所以在寒冷地区的铁路建设中宜优先选用U71Mn钢轨钢材。