大轴重重载铁路曲线参数对钢轨磨耗的影响分析

摘要

随着重载铁路的发展，重载列车轴重的增加，重载铁路曲线地段钢轨磨耗更为明显。因此，如何有效控制钢轨磨耗已成为重载铁路亟待解决的问题之一。钢轨磨耗影响因素众多，其中曲线参数是重要影响因素之一。为此，本文重点研究曲线参数对钢轨磨耗的影响及规律，通过对线路曲线参数的合理设计来减小钢轨磨耗，提高钢轨使用寿命。
　　首先，应用车辆—线路动力学方法、非椭圆渗透接触理论、FASTSIM算法和Archard材料磨耗理论，建立了30t轴重重载铁路钢轨磨耗预测仿真模型，并利用朔黄铁路钢轨实测磨耗数据对模型合理性进行了验证。
　　其次，利用建立的重载铁路钢轨磨耗预测仿真模型，以钢轨的最大磨耗量、垂直磨耗和侧面磨耗为评价指标，分析了圆曲线地段曲线半径、缓和曲线长度、曲线超高、轨底坡、轮轨摩擦系数、轨道不平顺等因素对钢轨磨耗的影响。结果表明:圆曲线地段外轨磨耗主要集中在钢轨内侧和轨肩处，内轨磨耗主要集中在轨头中部;曲线半径的增大能使钢轨磨耗急剧减小，但随着曲线半径的不断增大，钢轨磨耗减小幅度和降低率变小;钢轨磨耗随着缓和曲线长度的增大而减小;曲线设置为欠超高时钢轨的磨耗量小于设置为过超高时钢轨的磨耗量，从减小钢轨磨耗方面，曲线应设置为欠超高;LM踏面与CN75钢轨匹配时，轨底坡为1/40时外轨磨耗最小;外轨磨耗随轮轨摩擦系数降低而减小，轮轨摩擦系数建议不超过0.25;良好的轨道平顺性有利于减小钢轨磨耗。
　　最后，利用建立的模型进一步分析了缓和曲线地段缓和曲线长度、超高顺坡率、轨底坡、轮轨摩擦系数、轨道不平顺等因素对钢轨磨耗的影响。分析结果表明:缓和曲线地段外轨磨耗主要集中在钢轨轨肩处，内轨磨耗主要集中在轨头中部;外轨磨耗量随着缓和曲线长度的增加而减小，但相对于圆曲线地段，缓和曲线长度对缓和曲线地段外轨磨耗的影响较小;外轨磨耗量随着超高顺坡率的增加而增加;LM踏面与CN75钢轨匹配时，外轨采用1/20的轨底坡，内轨采用1/30的轨底坡;外轨磨耗量随着摩擦系数的减小而降低，为减小钢轨磨耗，轮轨摩擦系数建议不超过0.15;良好的轨道平顺性有利于降低钢轨磨耗。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外轮轨磨耗研究现状

1．3 本文主要完成的工作

1．4 技术路线

第2章 轮轨接触理论

2．1 轮轨坐标系

2．2 轮轨型面间接触点的计算

2．3 轮轨法向接触

2．3．1 赫兹接触理论

2．3．2 非椭圆渗透接触理论

2．3．3 三维非赫兹滚动接触理论

2．4 轮轨切向接触

2．4．1 Kalker线性蠕滑理论

2．4．2 Kalker简化理论

2．4．3 Kalker精确理论

2．5 本章小结

第3章 重载铁路钢轨磨耗预测仿真系统

3．1 钢轨磨损模型

3．1．1 Archard滑动磨损模型

3．1．2 Specht模型

3．1．3 VNIIZhT-1模型

3．2 钢轨型面更新

3．3 车辆-轨道系统动力学模型

3．3．1 建模原则

3．3．2 非线性装置简化

3．3．3 重载货车-轨道模型

3．3．4 轨道随机不平顺激励

3．4 钢轨磨耗评价指标

3．5 钢轨磨耗计算模型验证

3．6 本章小结

第4章 重载铁路曲线相关参数对圆曲线段钢轨磨耗量的影响

4．1 圆曲线半径对钢轨磨耗量的影响

4．2 缓和曲线长度对钢轨磨耗量的影响

4．3 曲线超高对钢轨磨耗量的影响

4．4 轨底坡对钢轨磨耗量的影响

4．5 轮轨摩擦系数对钢轨磨耗量的影响

4．6 轨道不平顺对钢轨磨耗量的影响

4．7 本章小结

第5章 重载铁路曲线相关参数对缓和曲线段钢轨磨耗量的影响

5．1 缓和曲线长度对钢轨磨耗量的影响

5．2 超高顺坡率对钢轨磨耗量的影响

5．3 轨底坡对钢轨磨耗量的影响

5．4 轮轨摩擦系数对钢轨磨耗量的影响

5．5 轨道不平顺对钢轨磨耗量的影响

5．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果