重载钢轨摩擦热损伤行为研究

摘要

随着重载货物运输的快速发展,重载铁路逐渐暴露出诸多问题,轮轨界面损伤问题日益加剧,这对重载铁路的正常服役和列车运行安全带来了严峻的挑战.为解决大轴重荷载作用下的轮轨滑动引起的摩擦热损伤问题,采用半赫兹理论求解重载轮轨接触行为,借助半无限空间热传导理论描述轮轨滑动过程中的热传递过程,并考虑大蠕滑条件下的轮轨切向作用,系统地建立移动轴荷载下的轮轨热-力耦合模型.钢轨的摩擦热损伤程度以轮轨滑动过程中的钢轨表面相变引起的硬化深度来表征和量化.在该模型的基础上,研究重载轮轨非赫兹接触行为,分析钢轨硬化深度随车辆轴重和运行速度变化的基本特征,探明大蠕滑率条件下钢轨型面、轨底坡和摩擦状态等对钢轨硬化深度的影响规律.研究结果表明:大轴重荷载作用下半赫兹轮轨接触理论可更为准确地描述非椭圆轮轨接触行为;大蠕滑率条件下钢轨表面不可避免地产生材质硬化现象,且在车辆低速滑动时更为显著;增大车辆轴重会明显加剧钢轨热损伤程度.另外,采用CN60轨而非CN75轨时,钢轨的热损伤程度有所降低;选择CN75轨配合1:20轨底坡则可有效缓解钢轨的热损伤;钢轨表面润滑对钢轨热损伤的控制也起到一定的积极作用.