重載鐵路鋼軌損傷機理研究

《重載鐵路鋼軌損傷機理研究》是依託西南交通大學，由王文健擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：重載鐵路鋼軌損傷機理研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：王文健
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

貨運重載化是鐵路發展的重要方向之一，我國於1992年底建成國內第一條雙線重載運煤專線大秦鐵路，到目前我國重載鐵路運輸技術創新已取得重大成就。列車運行要藉助於輪軌之間的粘著力和制動力，因此重載運輸將加劇鋼軌損傷並降低其使用壽命。項目通過現場調查、模擬試驗和理論分析，研究強摩擦力、高接觸應力及環境多場耦合作用下重載鐵路鋼軌的損傷機理與形成演變規律，確定各種重載鋼軌損傷的影響因素與作用機制，研究不同重載線路條件（軸重、曲線半徑和速度）下輪軌材料硬度最佳化匹配並建立重載鋼軌的分級使用制度，基於車輛-軌道耦合大系統仿真的重載輪軌服役行為環境條件研究重載鐵路鋼軌的損傷特性，通過研究最佳化適合我國重載鐵路的鋼軌打磨技術、輪軌型面、軌道結構參數（軌底坡、超高、軌距、軌下墊層剛度等）等措施來預防或減輕重載運輸條件下鋼軌的損傷與失效。研究成果將對預防和減輕我國重載鐵路鋼軌損傷提供重要的技術支持和理論指導。

結題摘要

隨著列車運行速度和軸重的提高，輪軌出現的破壞現象變得越來越嚴重，嚴重影響重載鐵路運輸安全。項目圍繞重載鐵路鋼軌損傷機理與預防減緩措施兩個方面開展研究，取得了系列研究成果。 現場重載鋼軌損傷主要為側磨和表面疲勞剝離；重載鋼軌軌頂區疲勞裂紋富集，側磨區和非接觸區幾乎無巨觀裂紋；裂紋擴展沿塑性變形方向，裂紋表面尖端出現二次分裂，沿深處主要為穿晶擴展。 研究了不同軸重和碳含量下輪軌材料滾動磨損與損傷性能。鋼軌材料的不同可造成輪軌硬度、磨損率和表面損傷的明顯差異；車輪材料的改變對車輪磨損行為的影響大於鋼軌磨損行為，不同碳含量車輪試樣的表面磨痕損傷形貌存在較大差異；車輪的磨損係數kw隨輪軌相對滑動速度Vslip和接觸應力P的增加整體呈現變大趨勢，鋼軌的磨損係數kr隨輪軌相對滑動速度Vslip的增加整體呈現減小趨勢；隨速度增加，車輪試樣表面損傷機制由疲勞裂紋和粘著磨損共同作用，鋼軌試樣磨損損傷機制轉變為塊狀剝落。 雷射表面淬火處理輪軌材料有助於提高表面的抗磨損性能，雷射熔覆Co基合金塗層和Fe基合金塗層能顯著提高輪軌材料的硬度和耐磨性，有利於降低材料的磨損與損傷，對減緩重載輪軌磨損有著重要的意義。 以輪徑差函式為設計目標對重載線路75kg/m鋼軌型面進行逆向求解，最佳化出滿足輪徑差函式的重載車輪型面，最佳化的車輪型面與75kg/m鋼軌匹配時表現出較好的性能。通過建立重載貨車動力學分析模型研究了重載鐵路小半徑曲線輪軌磨耗問題，分析了軌道結構參數與摩擦係數變化對重載輪軌磨耗的影響規律；研究了鋼軌打磨列車動力學行為，分析了高速打磨過程中打磨磨屑行為；分析了潤滑油、植物油、二硫化鉬鋰基脂、石墨鈣基脂等潤滑劑對輪軌摩擦與減磨性能的影響。 項目研究發表（接收）論文30篇，其中SCI論文5篇，EI論文12篇，申請發明專利2項（授權1項），培養博士生1名、碩士生9名（優秀碩士論文2篇），參加國際會議報告4次，國內會議報告6次。項目研究結果對我國重載鐵路鋼軌損傷的預防和減緩提供了重要的理論指導與技術支撐作用。