钢轨打磨过程中钢轨温度场及热机应力研究

摘要

随着我国铁路运营里程和运营密度的增加，钢轨表面损伤成为钢轨伤损的主要形式。钢轨打磨技术可以有效修复钢轨表面损伤，但不合理的打磨参数设置会导致钢轨打磨过程中产生高温，过高的温度将导致钢轨发蓝甚至灼伤，同时由高温产生的热应力会进一步加大表面疲劳伤损。因此研究打磨参数对打磨钢轨温度场的影响及热应力分布对打磨过程中参数设置具有重要的指导意义。将移动热源法应用到钢轨打磨过程中，即把打磨磨石简化成在钢轨上移动的热源。将传热学经典理论同钢轨打磨过程相结合，建立了钢轨打磨过程传热模型，并运用有限元方法对传热过程进行数值解析。同时，建立三维的有限元仿真模型，利用ABAQUS有限元软件仿真不同打磨参数对打磨温度场的影响。针对实际工况，对预打磨与修复性打磨两种打磨模式进行仿真。最后，仿真分析了打磨过程的机械应力、热应力与打磨参数的关系。
　　本研究主要内容包括：⑴降低打磨电机功率、增加打磨平面宽度、增大列车移动速度、适当降低磨石转速、减小进给深度都能使打磨钢轨的温度下降;打磨过程温度场分布呈椭圆形，中间高四周低;打磨温度随磨石粒度先增加后下降，故打磨过程要控制温度必须选取合适粒度的磨石。⑵整车打磨时，打磨钢轨温度并不会持续升高;当一节打磨车通过后，打磨温度升至最高，后续打磨车不会再使打磨钢轨温度升高;修复性打磨比预打磨整体温度高;相邻两个磨石排布在相邻的打磨平面而不是同一平面更有助于降低钢轨打磨温度。⑶打磨过程中由打磨机构引起的mises应力随打磨转速的升高而降低，随打磨压力的增加而增加;最大应力主要分布在磨石边缘在前进方向与钢轨接触的地方;热应力随打磨温度的升高而增加，热应力分布与温度场分布类似，也呈椭圆形，大应力集中在中间高温区域，热应力的最大主应力分布在打磨列车的前进方向。⑷打磨钢轨的热应力比机械应力高两个量级，因此，在实际打磨过程中控制打磨温度场是降低打磨应力的唯一有效方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 钢轨打磨研究现状

1．3 钢轨打磨温度场研究进展

1．4 论文研究意义及内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

第2章 钢轨打磨过程温度场数值模型

2．1 磨削温度场概述

2．2 钢轨打磨的传热学模型及理论解析

2．2．1 钢轨打磨传热学模型

2．2．2 钢轨打磨传热理论解析

2．3 钢轨打磨过程温度场的有限元解析

2．3．1 有限元方法概述

2．3．2 打磨时钢轨温度场的有限元解析

2．4 小结

第3章 钢轨打磨过程中温度场仿真

3．1 仿真描述及参数设置

3．1．1 仿真描述

3．1．2 有限元分析模型建立

3．2 单颗磨石打磨时温度场仿真

3．2．1 打磨平面宽度对打磨温度影晌

3．2．2 打磨列车移动速度对打磨温度影响

3．2．3 打磨电机功率对打磨温度影响

3．2．4 不同磨石粒度对打磨温度的影响

3．3 多颗磨石打磨对温度场影响

3．3．1 磨石数量对打磨温度场影响

3．3．2 打磨温度场实验验证

3．3．3 磨石排布方式对打磨温度场的影响

3．3．4 打磨模式对温度场影响

3．4 小结

第4章 钢轨打磨过程中应力场仿真

4．1 应力仿真模型

4．2 打磨参数对机械应力影响

4．2．1 打磨转速的影响

4．2．2 打磨压力的影响

4．3 小结

第5章 钢轨打磨过程中热应力仿真

5．1 热应力计算理论

5．2 热应力仿真模型建立及结果分析

5．2．1 热应力仿真模型建立

5．2．2 仿真结果分析

5．3 热应力结果与机械应力对比

5．4 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目