鋼軌磨損特性實驗研究與數值分析.pdf

1、鋼軌作為輪軌系統(tǒng)的重要組成部分，是發(fā)展高速、重載以及實現(xiàn)繁忙鐵路運輸的基礎。然而鋼軌斷裂、波浪形磨損、壓潰以及疲勞裂紋擴展等摩擦磨損問題造成的列車脫軌、振動等問題已造成了巨大的人力、物力和材料的損失，鋼軌的摩擦磨損問題已成為制約鐵路發(fā)展的重要問題。研究鋼軌的摩擦磨損產生的機理以及影響因素，對減緩鋼軌磨損，延長其使用壽命具有重要的現(xiàn)實和經濟意義。
　　論文采用實驗研究方法從微觀和宏觀兩方面研究鋼軌材料的機械性能與摩擦磨損特性，得到了

2、一些磨損量和硬度值;同時采用Kalker的三維彈性體非赫茲滾動接觸理論模型和彈性理論的相關知識，為利用摩擦功預測鋼軌磨損量提供理論基礎?；趯嶒炑芯刻峁┑哪p量參考值和理論分析的結果，采用利用輪軌摩擦功和偏最小二乘法分析兩種方法預測鋼軌磨損量，為研究鋼軌磨損量提供一定的參考價值。取得的主要結果和結論如下:
　　(1)微觀與宏觀實驗結果表明，鋼軌材料的摩擦磨損性能對其機械性能具有很強的依賴性，即U71Mn鋼軌硬度低，強度較PD3鋼軌

3、低，耐磨性能較差。
　　(2)鋼軌宏觀磨損量與列車軸重呈線性增長關系;隨曲線半徑和列車運行速度的增大，磨損量呈非線性減小趨勢發(fā)展;在車速小于160km/h，曲線半徑小于1200m工況下，磨損量變化速度較快。
　　(3)隨著循環(huán)次數增加，輪軌磨損量均增大，但車輪磨損量的增加量大于鋼軌增加值，鋼軌磨損量隨著循環(huán)次數增加呈線性增長趨勢，而與之配對的車輪磨損量呈曲線趨勢增加。在相同的循環(huán)時間段內，U71Mn輪軌接觸副磨痕寬度、深度以

4、及表面不平度均要較PD3輪軌副大。
　　(4)輪軌接觸斑粘/滑區(qū)面積比重相等點隨著(y)，ψ和(ψ)增大向著橫移量降低的方向移動，隨著摩擦系數增大逐漸向著橫移量增大的方向移動。在純機械載荷作用下，最高應力、等效應力、最高塑性應變和剪應力均產生于易使輪軌材料產生破壞表層位置。
　　(5)基于宏觀實驗和數值分析基礎，利用摩擦功和偏最小二乘法回歸兩種方法，得到鋼軌和磨損量關于隨軸重、曲線半徑和車速變化的經驗公式，對實驗室和現(xiàn)場進一