高速铁路钢轨预打磨型面优化分析

摘要

高速铁路的发展使钢轨磨损和滚动接触疲劳损伤日益受到重视。研究表明,预打磨后钢轨可有效延长服役寿命。为实现预打磨最佳廓形的选择,基于蒙特卡洛方法建立假设轮对横移量服从高斯分布的轮轨接触概率分析模型。据此,确定出列车运行时考虑轮对横移量的轮轨接触位置,并采用轮轨三维有限元模型计算得到相应接触应力的概率分布。结果表明,轮对横移量对最大接触应力值具有显著影响,横移量为10 mm、0 mm、8 mm时其值分别为1 712.6 MPa、1 362.1 MPa、448.7 MPa。亦发现虽然累积接触应力和平均接触应力均可作为衡量不同钢轨廓形力学性能优劣的指标,但二者的预测结果并不一致,如60 kg/m(CHN60)钢轨的平均接触应力,在轨距角附近(距钢轨中心线30 mm处内侧)的值4倍于踏面中心区域,相应的累积接触应力,在踏面的中心区域的值则接近10倍于轨距角附近。为综合考虑钢轨累积接触应力和平均接触应力对预打磨型面的影响,提出加权累积和平均接触应力,并以此作为钢轨预打磨廓形优化的评价指标。依据该指标对按照打磨工程经验设计的四条钢轨预打磨廓形进行评价分析,得到较优的钢轨打磨廓形。对制定钢轨廓形优化和打磨方法具有一定的工程参考价值。