下载文档原格式
高速列车运行的轮轨力学与磨损分析随着科技的不断发展，高速列车已经成为现代交通运输的主要选择之一。
高速列车的快速行驶离不开良好的轮轨力学性能和磨损控制。
本文将对高速列车运行的轮轨力学和磨损进行深入分析，以便更好地理解其运行机理和优化性能。
一、轮轨接触力分析高速列车的运行离不开轮轨之间的接触力。
接触力是由于轮子对铁轨的压力产生的，它直接影响着列车的运行稳定性和能耗。
接触力的大小与列车的重量、列车速度、曲线半径、轮轨几何结构等因素密切相关。
通过合理调整这些参数，可以优化接触力分布，减少不必要的能耗，并提高列车的运行效率。
二、轮轨磨损分析随着高速列车的长时间运行，轮轨之间的磨损不可避免。
轮轨磨损会导致铁路线路的不平整以及轮轨几何结构的变化，进而影响列车的安全性和舒适性。
因此，对轮轨的磨损进行分析和控制是非常重要的。
（一）轮轨磨损机理分析轮轨之间的磨损可以归结为两种主要机理：疲劳磨损和磨粒磨损。
疲劳磨损是由于重复受力引起的金属疲劳，而磨粒磨损是由于轮轨接触面的摩擦和磨粒的作用引起的。
（二）轮轨磨损影响因素分析轮轨磨损受多种因素的影响，其中包括轮轨材料的性能、车轮与轨道之间的压力分布、列车的运行速度、弯道半径和列车的车型等。
不同的因素对轮轨磨损的影响程度不同，因此需要综合考虑这些因素，制定合理的轮轨维护和磨损控制策略。
三、轮轨力学分析模型建立为了更好地研究轮轨力学性能和磨损特性，需要建立相应的力学分析模型。
常见的轮轨力学分析模型有弹性模型、弹塑性模型和非线性摩擦模型等。
通过建立适合实际情况的模型，可以预测轮轨之间的接触力分布以及磨损情况，为轮轨维护提供科学依据。
四、轮轨磨损控制策略探讨基于轮轨力学和磨损分析结果，可以制定一系列的轮轨磨损控制策略，以延长轮轨的使用寿命、提高列车的运行效率和保证乘客的出行安全。
例如，定期轮轨维护、优化列车运行参数、采用新型材料等措施都可以有效控制轮轨磨损，并减少对环境的影响。
结论高速列车的运行是一个复杂的机理过程，轮轨力学和磨损是其中重要的因素。
铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗情况分析在铁路运输过程中，机车车轮与铁轨之间产生的制动力和牵引力导致二者之间存在巨大的摩擦力，长时间的摩擦会导致轮毂及铁轨的寿命大大降低，车辆的牵引力及制动力下降，对列车的运行稳定性十分不利。
因此，在平时列车运营的过程中需要加强对车辆轮毂及铁轨的维护，采取有效方法减少轮毂的磨损，降低车辆能耗，为铁路行业创造更多收益。
1 铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损情况分析铁路机车车辆的磨损是目前影响铁道机车使用寿命的关键因素之一。
列车行驶的过程中，由于列车轮毂与铁轨之间产生较大的牵引力和制动力，导致车轮轮毂造成较大的磨损，从而增加了铁路部门对铁路及机车的运营维护费用。
据有关部门统计，我国目前的铁路中，磨损程度十分严重的约占到总数的30%左右，其他铁路均有不同程度的磨损。
铁路的严重磨损导致铁路运行安全受到了严重威胁，此外，每年铁路部门在维修铁路等方面的花销更高，给铁路运营部门造成了较大的经济负担。
1.1 运行过程中车轮的摩擦磨损车轮是铁路车辆的重要组成部分，在实际运营过程中，铁路机车的彻骨会出现：轮缘损伤、热损伤、车轮踏面断裂等现象。
因摩擦而产生的热量主要集中于车轮与轨道的接触面，造成表面过度磨损的主要原因在于表面聚集了过多的制动热应力及内部应力存在缺陷。
目前，我国铁路机车中出现上述几种问题的数量众多，企鹅车损状况十分严重。
车轮的严重消耗导致车辆在维修时必须要更换车轮，我国每年在更换车轮方面的开销高达三十亿以上，年均更换车轮数为七十万只左右。
1.2 钢轨的摩擦磨损我国现在的铁路运输行业发展势头十分迅猛。
近年来，随着铁路总里程量的增加，铁路运输量也随着增大，这也为铁路部门带来了巨大的铁路运营压力。
我国铁路轨道磨损情况是目前给铁路运输部门造成压力主要方面，铁路轨道磨损严重，导致铁路运输安全性无法得到有效保证，容易造成铁路运输事故。
另外，随着我国铁路运输网络的不断建设及完善，每年在钢轨建设及维护等方面的成本呈现快速上升趋势，不但会造成铁路运输部门经济负担增加，而且需要大量的钢材来进行轨道维护，造成了基础资源浪费的情况。
铁道机车车辆轮轨摩擦磨损与节能降耗措施随着我国国民经济的快速发展，交通运输行业也在迅猛发展，尤其是铁路工程体现得尤为明显，铁道机车在实际运行过程中，铁轨和机车车轮之间会产生一定的牵引力和制动力，两者之间存在非常紧密的关联，在推动机车前进的同时也给机车车辆轮轨造成了一定的摩擦磨损，长时间运行之后会缩短机车轮轨的使用寿命，增加运行能耗，而且还会降低铁轨和车轮之间的牵引力和制动力，影响列车运行过程的安全性和稳定性。
鉴于此，本文就铁道机车车辆轮轨摩擦和磨损之间的关系，摩擦磨损情况以及节能降耗措施进行了简要分析。
标签：铁道机车;车辆轮轨;摩擦磨损;节能降耗;措施1 摩擦与轮轨磨耗之间的关系铁道机车车辆轮轨在摩擦力作用下产生一定的接触压强和相对运动，长时间的摩擦会产生一定的磨损，增加能量的损耗，可见能源消耗量的多少和轮轨之间的摩擦情况存在非常紧密的关联，当然和接触压强以及运动率也具有一定的联系，研究表明，能耗和接触压强、运动率以及摩擦系数之间均呈现正比关系，在运动过程中所产生的能耗是受多方面因素的工作影响。
磨损一般都是由轻微逐渐向重度磨损发展，这就要求工作人员应该加强日常轮轨的维护检修工作，及时发现磨损较为严重的轮轨，并采取相应的处理措施。
想要尽可能减低磨损程度，我们可以选用一些硬度比较高的材料，或者是调整接触压强和运动率，例如，增加车轮轮缘和钢轨侧面之间的润滑度，减小车轮踏面和钢轨轨顶的摩擦力，这几种方式都可以降低轮轨磨损和能量消耗。
2 铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损情况2.1 车轮的摩擦磨损情况在铁道机车车辆行驶过程中，车轮发挥着十分重要的作用，可以说是整个车辆系统中最为重要的一个组成部分，无论是列车正常行驶、加速还是减速刹车，铁轨和车轮之间都会产生一定的摩擦，特别是减速刹车存在巨大的摩擦力，每个阶段的摩擦系数都各不相同，这就加剧了车轮在不同阶段的摩擦磨损，随着机车车辆的长时间运行，车轮磨损状况会越来越严重，并且还会将摩擦磨损状况传递给铁轨。
车辆轮轨摩擦磨损与节能降耗措施随着公路交通的快速发展，道路运输成为人们生活和经济的重要部分。
在道路上，汽车的使用成为了主流，但不可忽视的是，大量的燃油消耗和机动车辆带来的污染已经严重影响着生态环境。
相对来说，铁路、轨道交通等工具的使用不仅能够提供绿色出行的选择，而且也有更低的能源消耗和更少的排放，但其中也存在一些问题，比如车辆轮轨摩擦磨损以及能源消耗问题，这些问题需要得到关注和解决。
车辆轮轨摩擦磨损的影响在铁路道路上，车辆的轮轨摩擦磨损是一项常见的问题。
当列车行驶时，车轮和轨道之间会产生摩擦，长期的使用会导致磨损和损坏。
高速行驶的列车由于摩擦产生的热量更大，因此摩擦磨损也会更为严重。
轨道车辆的轮缘与轨道之间的相互作用和摩擦磨损不仅会影响车辆的运行效率，而且还会增加轨道的维护成本，甚至对碳排放等影响也不可忽视。
节能降耗对策车辆轮轨摩擦磨损和能源消耗是铁路运输面临的两个主要问题，因此，如何减少能源消耗和降低车辆轮轨摩擦磨损成为了铁路交通工具发展和研究中的一个热门话题。
轮轨摩擦磨损方面1.因材施工：有些铁路是从过去的道路上建立的，而摩擦系数通常比较小。
在此类铁路上，使用硬度更高、耐磨性更强的材料可减少车轮和轨道之间的摩擦磨损。
2.注意轮轨配对：轮轨配对不良，轮轨磨损加剧。
采用合适的轮径、合适的维修、合适的轮轨配对将大大延长轮轨寿命。
3.维护保养：轨道和车轮的维护保养非常重要，避免轮轨过度损耗。
定期检查和维护轮轨，保持轮缘和轨道的良好状态。
轨道平整度和垂直度的测量、检查及时调整，可以有效预防轮轨摩擦磨损。
节能方面1.采用新的动力技术：采用节能、环保的动力技术，如电、氢、气等，来代替传统的本质燃料来减少污染排放和能源消耗。
2.智能控制技术：应用各种智能控制技术，实现车辆运行的优化调度。
例如，给定稳定的行驶速度和路线，调整车辆加速度和制动系统，以避免在加速和制动时间内浪费能源。
3.轻量化设计：铁路车辆轻量化设计不仅能降低车辆的能源消耗，而且还可以减少运输物品的重量和体积，最终达到节能降耗的目的。
高速列车轮轨磨损机理与控制高速列车作为现代化铁路交通的重要组成部分，随着铁路技术的不断发展，其速度和载重能力得到了相应的提升。
然而，高速列车在长时间的运行过程中，经常会产生轮轨磨损，对列车的正常运行和安全性产生一定的影响。
因此，对于高速列车轮轨磨损机理和控制的深入研究，有着非常重要的实际意义和经济效益。
一、高速列车轮轨磨损机理高速列车轮轨磨损是由于列车轮和轨道之间的相互作用而引起的。
在列车行驶的过程中，轮子和轨道之间存在一定的摩擦力，造成了轮轨表面的磨损。
主要包括以下几种磨损形式：1.轮辋、轨道表面的磨损当列车运行时，轮辋和轨道表面之间的摩擦力会造成相应的磨损。
轨道表面磨损会导致轨道高度下降，轮辋磨损会导致轮辋直径变小，从而影响列车的行驶稳定性。
2.轮缘、轨道内侧的磨损由于列车行驶时轮缘和轨道内侧之间的摩擦轮会形成在轮缘和轨道内侧之间形成一定的磨损，导致轮缘和轨道内侧的几何形状发生变化，从而降低轮子与轨道之间的匹配度。
3.轨道腰部的磨损当一条轨道长时间受到列车的摩擦作用时，轨道表面会逐渐呈现凸出的形状，称为轨道腰部。
轨道腰部会导致轮辋位置偏移，从而引起不均匀的轮轨磨损，影响列车的行驶稳定性。
4.磨料磨损列车运行时，轮辋和轨道表面磨损会产生磨屑，在一定条件下，这些磨屑会形成磨料，对轨道表面和轮辋进行进一步的磨损。
二、高速列车轮轨磨损控制方法高速列车轮轨磨损对列车的运行和安全性产生不利影响，因此需要采取一定的控制方法，减少轮轨磨损的程度。
主要包括以下几种方式：1.轮轨匹配优化轮轨匹配优化是通过对列车轮子和轨道之间的匹配度进行调整，减少磨损。
其中包括轮辋和轮缘的尺寸、几何形状和表面质量等方面的优化。
此外，对于轨道表面的磨损，还可以通过涂覆特殊材料、进行表面硬化等方法进行改善。
2.减少列车重量高速列车的运行速度越快，其重量对轮轨磨损的影响也越大。
因此，采取减轻列车重量的措施，对于减少轮轨磨损具有显著的效果。
冶金重载铁路钢轨及车辆磨耗处理分析对鄂钢铁路运输中心150吨铁水车影响钢轨磨耗进行了分析，并提出解决方案，取得了较好的效果。
标签：重载化；钢轨及车辆；磨耗1前言150吨铁水车是新1#高炉配套使用的铁水运输车，国内没有成熟的车型，使用过程中存在钢轨及车辆磨耗严重的问题，一方面减少了钢轨使用寿命，另一方面，车轮轮缘变薄后，易出现劈岔、掉道等安全事故，且车辆下线修理时间长，降低设备利用率。
因此，分析钢轨及车辆的磨耗具有一定的实用价值。
2150吨车辆结构及各部功能TS150铁水车由一个车架、两个三轴构架式转向架、车钩缓冲装置、两个铸钢支座及风制动装置组成。
车架主要由弯梁、枕梁、端部等组成。
枕梁装有直径为370mm的铸钢上心盘；端部主要由端板、牵引梁、侧梁等组成，两端装有牵引钩。
转向架采用三轴构架式转向架，主要由轮对、构架、轴箱弹簧装置及基础制动装置组成。
空气制动装置由120型制动机、制动缸、组合式集尘器、球芯折角塞门、编织制动软管、闸瓦等组成。
车钩缓冲装置采用13号C级钢上作用式车钩，ST型缓冲器。
3钢轨及车辆磨损的现象及原因分析（1）现象：钢轨正面剥离掉块原因分析：轮轨应力达到一定值后引起钢轨表面金属的塑性变形和表面疲劳磨损，塑性变形经累积形成表面裂纹，在车轮荷载的循环作用下使裂纹不断扩展，导致剥离掉块。
（2）现象：上心盘磨损：内侧接触面不到1/3，局部镦粗，侧面中部成线性外凸2mm左右，心盘高度下降0.96mm，心盘面向两端翘曲。
原因分析：由于在设计时，车架的上心盘平面在同一水平面，加载后，车架发生弹性变形，处于同一水平的两心盘面向两端翘曲，心盘的接触面大幅度减小，心盘材料的应力增大。
（3）现象：钢轨与车轮侧面磨损产生钢粉原因分析：①如曲线超高过大，列车的重量偏重于内股钢轨，一方面加大内股钢轨垂直磨耗，同时也会增加外股钢轨的侧磨。
②如果超高过小，离心力得不到平衡，增大的横向力导致曲线外股侧磨增加。
③曲线圆顺度的不良。
高速铁路道轨磨损机制及预防措施高速铁路的发展已经成为现代化交通系统的重要组成部分。
然而，长期高强度的列车运行和恶劣的环境条件会导致铁路道轨磨损，影响铁路的安全和可靠性。
因此，了解其磨损机制并采取相应的预防措施对于确保高速铁路的稳定运行至关重要。
一、磨损机制1. 轨道负荷磨损：列车在运行过程中，轮轴和轮胎受到来自轨道和周围环境的多个因素的影响，如过道卷磨、动车组独立悬挂系统、载荷分布不均等，造成轮轴和轮胎的磨损。
该磨损会进一步传递到铁轨上，形成轨道的磨损。
2. 磨损和疲劳：长期的列车运行会导致道轨表面的磨损和疲劳。
由于列车的载荷和速度较大，铁轨表面会受到冲击力和摩擦力的作用，导致表面粗糙度增大、细小裂纹的产生和扩展。
在磨损和疲劳的作用下，铁轨的寿命会大大减少。
3. 轮磨损：列车的轮轴与铁轨之间摩擦产生的磨损也是影响铁轨寿命的重要因素之一。
高强度运行下，轮轴会与铁轨大量接触，导致轮胎和轨道表面的磨损。
轮磨损不仅会使轮轴和轮胎受到损伤，还会引起铁轨表面的磨损。
二、预防措施1. 使用高质量的材料：为了减少铁轨磨损，选择高质量的材料非常重要。
采用高强度、耐磨损的合金钢材料制造铁轨能够在列车高速运行过程中减少磨损。
2. 轨道维护和检修：定期检查、维护和修复铁轨的磨损问题是有效预防措施之一。
通过及时替换和调整磨损严重的铁轨，减少铁轨的磨损程度，延长铁轨的使用寿命。
3. 加强轮轴和轮胎的维护：轮轴和轮胎是与铁轨紧密接触的部分，他们的磨损会对铁轨磨损造成直接影响。
因此，定期检查轮轴和轮胎的磨损程度，及时更换和修复磨损程度较大的部分，能够减少铁轨的磨损。
4. 控制列车速度：适当控制列车的运行速度能够减少轮轴和铁轨之间的摩擦，降低磨损程度。
特别是在弯道等区段，减速行驶可以减小轨道的磨损。
5. 采用适当的轨道构造：改善轨道的结构和设计也可以降低磨损程度。
通过采用曲线过渡段、增加轨道的倾斜度、优化铁轨的铺设方式等措施，可以减少轮轴和铁轨之间的侧向力，降低磨损。
铁路货车车轮运用磨耗超限故障调查分析报告车轮是转向架的重要部件之一，也是影响车辆运行安全性的关键部件之一。
车轮与钢轨相接触，承担着车辆的全部重量，并保证车辆在钢轨上安全高速运行。
它不仅要有一定的强度和弹性，同时应具备阻力小和耐磨性好的优点，还应具备必要的抵抗脱轨的安全性。
车轮相关部位磨耗超过运用限度，就会危及行车安全。
车轮踏面圆周磨耗深度超过运用限度，过高的轮缘就有可能压坏钢轨连接螺栓，引起脱轨。
轮缘厚度磨耗超限，一方面会使轮轨间横向游隙增加，在通过曲线时减少了车轮在内轨上的搭载量，容易造成脱轨；另一方面会降低轮缘的强度，可能使轮缘根部产生裂纹，进而造成轮缘缺损，影响行车安全。
因此对管内列检作业场发现的货车车轮运用磨耗超限故障进行调研分析。
一、货车车轮运用磨耗超限故障现状我车间列检作业场自2015年1月1日至12月31日的一年时间内，共计检查列车5568列，312769辆，发现货车车轮磨耗超过运用限度的故障931件，列均0.17件，辆均0.003件，日均2.55件。
1.按故障类型分析：其中车轮轮缘厚度磨耗超限故障14件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的1.51%；车轮踏面圆周磨耗深度超限故障911件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的97.85%；车轮轮辋厚度磨耗超限故障6件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的0.64%。
通过以上分析发现货车车轮运用磨耗超限故障主要集中在车轮踏面圆周磨耗深度超限上。
2.按车轮材质分析：其中辗钢车轮运用磨耗超限故障65件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的7.00%；铸钢车轮运用磨耗超限故障866件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的93.00%。
通过以上分析发现货车车轮运用磨耗超限故障主要集中在铸钢车轮上。
3.按车轮磨耗超限尺寸分析：其中磨耗超限1.0mm以下的396件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的42.53%；磨耗超限1.0mm至2.0mm以下的381件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的40.92%；磨耗超限2.0mm至3.0mm以下的124件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的13.32%；磨耗超限3.0mm至4.0mm 以下的25件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的2.69%；磨耗超限4.0mm及以上的5件，占货车车轮运用磨耗超限故障总数的0.54%。
重载铁路曲线段磨耗状态下轮轨相互作用分析的开题报告一、研究背景与意义铁路运输在现代交通中占据着重要的地位，轨道交通系统中的轨道和车辆的运行状况对运输安全和效率起着至关重要的作用。
其中，轨道与车辆之间的相互作用是影响运行状况的主要因素之一。
随着轨道运行时间的增加和波动曲线的使用，铁路曲线段磨耗状况加剧，这也给轮轨相互作用带来了更大挑战。
因此，了解铁路曲线段磨耗状态下的轮轨相互作用情况对于提高铁路运输的安全性和运行效率具有重要意义。
在此基础上，本文选取铁路曲线段为研究对象，分析铁路曲线段磨损状态下轮轨相互作用情况，并探究曲线段的设计和维护对于轮轨相互作用性能的影响。
二、研究内容和方法1.研究内容本文选择铁路曲线段为研究对象，主要研究以下内容：(1)分析铁路曲线段磨损状态下的轮轨相互作用机理；(2)探究轮轨相互作用的评价指标，如轮轨力、轮轨磨损等；(3)分析曲线段的设计和维护对于轮轨相互作用的影响；(4)基于有限元方法建立轮轨相互作用模型，通过仿真分析轮轨间力学参数与磨损情况；(5)综合分析研究结果并提出相应的曲线段设计和维护对策。
2.研究方法本文采用以下研究方法：(1)查阅文献资料，了解铁路曲线段磨损状态下的轮轨相互作用机理和评价指标；(2)采用有限元方法建立轮轨相互作用模型，模拟轮轨间力学参数与磨损情况；(3)设置曲线段设计和维护方案，通过模拟仿真以及实际调查数据，分析方案对于轮轨相互作用的影响；(4)对研究结果进行综合分析，提出相应的曲线段设计和维护对策。
三、预期结果通过对铁路曲线段磨损状态下轮轨相互作用的实验和数值模拟研究，结合实际调查数据，本文预期得到以下结果：(1)分析磨损状态下轮轨相互作用机理和评价指标，提高对轮轨相互作用的理解和认识；(2)探究曲线段的设计和维护对于轮轨相互作用性能的影响，为铁路曲线段的设计和维护提供技术支持；(3)建立有限元模型，仿真分析轮轨间力学参数与磨损情况，为进一步研究提供基础数据；(4)提出相应的曲线段设计和维护对策，为保障铁路运输安全和运行效率提供参考。
道岔尖轨磨耗对列车运行安全的影响及处置方法分析摘要：道岔是铁路轨道上的关键设备，尖轨是道岔转辙部位的重要组成部分。
在列车高速运行侧向通过道岔时，轮轨之间产生摩擦。
随着通过列车次数的增加，尖轨磨耗病害日益严重，在伤损尖轨母材的同时造成尖轨出现鱼鳞纹、剥落掉块等，最终需要更换尖轨来保证道岔设备的质量。
围绕铁路道岔更换尖轨施工，对道岔更换尖轨施工流程和关键环节进行了阐述和总结。
关键词：铁路道岔；轨顶坡尖轨；磨耗影响道岔是机车车辆实现转向的重要线路设备，是决定行车速度和安全的主要因素。
本文根据现场实测的铁路车辆LM型磨耗车轮型面和铁路道岔的实际几何尺寸，建立道岔区轮轨接触三维弹塑性有限元模型，对不同轨顶坡的尖轨接触应力、接触斑面积及内部应力分布等进行计算，分析轨顶坡对尖轨磨耗的影响。
1、磨耗车轮测量与尖轨轨顶坡设置1.1磨耗车轮测量为统计使用的车轮型面形状，利用丹麦Miniprof轮轨廓形测量仪测量324组铁路车辆车轮型面，对实测车轮型面处理除去噪声点后，通过3次样条曲线拟合获得车轮型面轮廓线。
所测得车轮磨耗状态不同，型面差异性显著。
对实测的车轮型面进行平均化处理，代表磨耗状态车轮型面，与标准车轮型面相比，磨耗状态的车轮型面变化较大，车轮踏面和轮缘根部均发生磨损，其中车轮踏面最大磨耗量为1.59mm，车轮轮缘根部的磨耗量为1.34mm。
1.2尖轨轨顶坡设置从现场调研道岔伤损情况看，尖轨伤损主要发生在尖轨轨头轨距角部位。
当车轮轮缘与尖轨贴靠时，轮轨接触点位于尖轨轨距角圆弧附近，加之轨距角及轮缘根部圆弧半径较小，导致接触应力过大，使尖轨发生磨损及疲劳掉块等损伤，因此，可以进一步通过优化尖轨顶面轮廓，以降低接触应力。
2、轮轨接触模型的建立2.1计算理论铁路列车侧向通过道岔时，在惯性力作用下轮缘会与尖轨贴靠，造成尖轨侧磨。
由于在接触区存在很大接触应力，轨头和踏面已发生塑性变形。
为考虑轮轨接触区的局部塑性变形，本文轮轨材料采用双线性随动强化弹塑性材料模型，服从Mises屈服准则和随动强化准则。
高速列车的轮轨磨耗与维修调度优化随着社会的发展和人们对交通运输需求的不断增长，高速列车作为一种高效、快速和安全的交通工具广泛应用于各个国家。
高速列车的运行不仅依赖于其自身的设计和制造，还与轨道系统的维护密切相关。
轮轨磨耗是高速列车运行过程中不可避免的问题之一，如果不及时处理和维修，将对列车运行的安全性和乘客的舒适度产生严重的影响。
因此，对高速列车的轮轨磨耗进行监测、分析和维修调度优化是至关重要的。
一、轮轨磨耗的成因和影响1.成因：高速列车在长时间运行过程中，轮轨之间的摩擦会产生磨损。
轮轨的磨损主要由于两个因素引起：一是轮胎和轨道交互作用的直接磨损，二是轨道弯线和道岔处的摩擦磨损。
这些因素导致轮轨表面的磨层破损和凸起，进而引发更多的磨损。
2.影响：轮轨磨耗会导致列车运行的不稳定性和不舒适性。
磨耗后的轮轨会出现凸起和凹陷，使列车运行时产生振动和噪音，甚至引发颠簸和摇晃。
此外，轮轨磨耗也会增加列车的能耗，并增加维修和更换轮轨的成本。
二、轮轨磨耗监测与分析1.监测方法：为了及时发现轮轨磨耗情况，可以采用传感器技术进行监测。
传感器可以安装在轨道上，实时测量轮轨的磨耗状态。
传感器可以采集到的信息包括轨道的凸起和凹陷程度，轮胎的磨损情况，以及列车的振动和噪音。
2.分析与评估：监测到的数据可以通过数据分析技术进行处理和评估。
根据监测数据的变化趋势，可以判断轮轨磨耗的严重程度和发展趋势。
同时，还可以通过与历史数据的对比分析，寻找磨损的原因和解决方法。
三、轮轨维修调度优化1.优化目标：轮轨维修调度的主要目标是在保证列车正常运行和乘客安全的前提下，最大限度地减少维修时间和成本，并延长轮轨的使用寿命。
通过合理的维修调度，可以及时处理磨损严重的轨道和轮胎，减少轨道交通事故的发生。
2.优化策略：（1）定期维修：根据轮轨的使用寿命和磨损程度，在轮轨使用一定时间后，进行定期维修工作。
定期维修可以预防轨道和轮胎的进一步磨损，并及时修复已有的磨损。
冶金重载铁路钢轨及车辆磨耗处理分析随着现代工业和物流的高速发展，铁路运输已成为重要的运输方式之一。
而铁路交通中的铁路钢轨和车辆磨耗一直是一个重要的问题，因此冶金重载铁路钢轨及车辆磨耗处理成为每一个铁路工作者需要关注和掌握的知识。
首先，我们来了解一下什么是钢轨和车辆磨耗。
钢轨是铁路铺设的轨道，是铁路运输的基础部件。
而车辆磨耗指的是铁路车辆在行驶过程中与铁轨、道岔等接触部位的磨损。
随着运输设备和货物的不断增加，铁路钢轨和车辆磨耗的问题也越来越突出。
在此背景下，钢厂开发出了专门针对铁路钢轨的高强度低合金钢产品，并针对车辆磨耗提出了相应的处理措施。
那么这些措施具体是什么呢？对于铁路钢轨，冶金重载铁路钢轨的设计理念是在保证轨道线性度不变的同时增强其极限承载力。
此外，钢厂还特别针对铁路钢轨的大曲率和弯道设计出了相特殊定制的产品。
而对于钢轨的安装时，则需要严格遵循安装规范和标准，以保证铁路钢轨的稳定性和安全性。
而对于车辆磨耗，除了需要对车辆进行常规维护和保养之外，还需要注意以下几个方面：1.控制车辆速度。
车辆在高速行驶的过程中摩擦力会增大，导致铁轨的磨损加剧，因此需要控制车辆的速度。
2.选用适当的轮胎材料。
轮胎选用材料的硬度和强度会影响整个车辆与铁轨接触部位的磨损情况。
因此需要选用适合的轮胎材料。
3.铁轨磨损检测。
定期检查铁轨的磨损程度，及时进行维护和处理。
4.合理安排列车运行计划。
合理安排列车的行驶计划，避免车辆长时间在同一区段内连续运行，以避免铁轨过度磨损。
总而言之，冶金重载铁路钢轨及车辆磨耗处理是铁路运输中不可或缺的一环。
只有通过数字化和精细化铁路运输过程，才能确保铁路运输的效率和安全。
铁路工作者需要不断关注铁路钢轨和车辆磨损的情况，并及时采取相应的处理措施，以确保铁路交通的顺畅和安全。
随着时代的变迁和技术的不断进步，铁路运输在我们的生活中发挥着越来越重要的作用。
然而，在铁路系统中，轮轨接触磨耗是一个不可忽视的问题。
本文将探讨cm2024轮轨接触磨耗的成因、影响及应对策略。
一、轮轨接触磨耗的成因轮轨接触磨耗主要是由于列车行驶过程中，车轮与钢轨之间的摩擦和冲击所导致的。
在列车制动、启动和变速时，车轮与钢轨之间会产生更加明显的摩擦和冲击，从而加速了轮轨接触磨耗。
此外，列车转弯时产生的横向力也会导致轮轨接触面的磨损。
二、轮轨接触磨耗的影响轮轨接触磨耗对铁路运输的效率和安全性产生了严重的影响。
首先，轮轨接触面的磨损会导致列车行驶过程中的噪音和振动，影响乘客的舒适度。
其次，轮轨接触磨耗会导致列车行驶过程中的阻力增加，从而增加了燃料的消耗。
此外，轮轨接触磨耗还会导致车轮和钢轨的损坏，增加维修成本。
三、应对轮轨接触磨耗的策略为了减少轮轨接触磨耗，我们可以采取以下策略：1. 采用更加耐磨的材料来制造车轮和钢轨。
例如，使用高强度合金钢来制造车轮和钢轨，可以显著提高它们的耐磨性能。
2. 优化列车的设计。
例如，优化车轮和钢轨的接触面形状和尺寸，可以减少摩擦和冲击。
此外，减轻列车的重量也可以减少行驶过程中的振动和阻力。
3. 加强列车的维护和检修。
定期对车轮和钢轨进行检查和维修，及时更换磨损严重的车轮和钢轨，可以保证列车的安全性和效率。
4. 开发和应用新的技术。
例如，应用润滑技术可以减少车轮和钢轨之间的摩擦；应用电子控制系统可以控制列车的制动和启动过程，从而减少对车轮和钢轨的冲击。
总之，轮轨接触磨耗是铁路运输中一个重要的问题。
我们应该加强对其成因和影响的研究，并采取有效的应对策略来减少轮轨接触磨耗，提高铁路运输的效率和安全性。
重载铁路钢轨波磨对轮轨动态响应的影响研究重载铁路钢轨波磨对轮轨动态响应的影响研究摘要：随着铁路运输的发展，重载铁路的运行速度和运输能力不断提升，而铁路钢轨波磨作为一种常见的磨损形式，对轮轨的动态响应会产生一定的影响。
本文通过对重载铁路钢轨波磨与轮轨动态响应的关系进行研究，揭示了波磨对轮轨动态响应的主要影响因素和机理。
1.引言重载铁路是指承载大货物负荷和高运行速度的铁路线路。
在重载铁路运行过程中，钢轨波磨是一种常见的磨损形式，可以导致轨道几何形状的变化，进而影响列车的运行安全性和运行平稳性。
因此，研究波磨对轮轨动态响应的影响具有重要的理论和实践意义。
2.波磨形成机理波磨是由于列车的运行荷载和动力作用下，铁轨表面杂质和腐蚀坑等不均匀引起的局部断裂和破坏。
运行荷载和动力作用下，波磨产生的原因主要有以下几个方面：列车荷载的集中作用、不均匀的轨道弯曲和轨道侧移、轮轨间的摩擦和振动等。
3.波磨对轮轨动态响应的影响因素3.1 波磨的频率和振幅波磨的频率和振幅是影响轮轨动态响应的主要因素。
频率越高，振幅越大，轮轨的动态响应就越明显。
因此，减小波磨的频率和振幅，对于提升轮轨的动态响应有着重要的作用。
3.2 钢轨材料和几何形状钢轨材料和几何形状也是影响轮轨动态响应的重要因素。
不同材料的钢轨其强度和刚度等性能不同，会对波磨的形成和发展产生影响。
此外，钢轨的几何形状，如轨头高度、轨腰弯曲等也会对波磨的产生和发展起到一定的影响。
3.3 环境因素环境因素也是影响轮轨动态响应的重要因素之一。
温度变化、湿度变化等环境因素会对轮轨的动态响应产生一定的影响。
尤其在高温和潮湿条件下，铁轨表面容易产生冰层或盐层，加剧波磨的发展。
4.轮轨动态响应的测量方法为了研究波磨对轮轨动态响应的影响，需要对轮轨的动态响应进行测量。
常用的测量方法有轮轨力测量、振动测量和应力分析测量等。
通过这些测量方法可以得到轮轨的动态响应数据，从而研究波磨对轮轨动态响应的影响。
79中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.08 （上）铁道机车车辆轮轨摩擦磨损与节能降耗措施薛鹏（中铁十六局集团铁运工程有限公司，河北 高碑店 074000）摘要：随着人们生活水平的不断提高，铁道机车车辆也在不断增多，人们的出行变得更加方便和快捷。
但是需要注意的是，近年来出行事故情况时有发生，人们出行的安全问题受到了广泛的关注。
铁道机车在运行过程中，车轮和轨道发挥了非常重要的作用，二者会因不断摩擦而出现磨损的情况，导致了事故的出现。
本文对铁道机车车辆轮轨的摩擦损耗情况进行了分析，并针对性地提出了节能减耗的有效措施，以期能够提升铁道机车运行的安全，保障广大人民群众的生命和财产安全。
关键词：铁道机车；轮轨；摩擦磨损；节能降耗 中图分类号：U211.5 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）08（上）-0079-02铁路是我国交通运输体系中的重要内容，可机车车辆在运行时由于发生严重的摩擦极易磨损，导致机车的运行安全受到一定的影响，容易出现安全性问题，这不仅会降低交通体系运行的经济效益，也会对我国可持续发展战略产生不良影响。
相关部门对该情况非常重视，也在积极地研究新型技术对其进行改善，降低铁道机车运行对能源资源的消耗。
1 摩擦与轮轨磨耗之间的关系 在铁道机车车辆运行的过程中，轮轨之间是会产生一定的摩擦的，二者相互作用后产生一定的接触压强。
磨损情况的出现会造成大量的能源消耗，其具体的消耗量受轮轨之间的摩擦情况影响非常大。
此外，磨损消耗的能源与运动率、接触压强以及摩擦系数之间呈现的是正相关的关系，这期间出现的材料消耗情况是在多方面因素的共同作用下出现的结果。
磨损通常有着一定的发展模式，往往是从轻微的摩擦转变成为比较严重的磨损。
从这方面来看，工作人员在日常的工作中一定要加强对轮轨的检查和维护力度，这样才能够及时地发现运行过程中存在的问题，延长轮轨的使用寿命。
道岔尖轨磨耗对列车运行安全的影响张文仁【摘要】As a w eak link of the railw ay line structure,the rail wear of turnout directly affects the turnout service life and train operation safety. Based on dynamics software UM ( Universal Mechanism) ,the influence of side wear of No. 18 ballastless track turnout switch rail in the passenger dedicated line at different stages on train operation safety was analyzed by using vehicle-turnout system coupling dynamics. The results show that wheel rail interaction force in switch area,derailment coefficient and the rate of wheel load reduction increase with the side wear of switch rail increasing,the wheel rail force and safety factor don't exceed the safety limits when the side wear capacity of switch rail is 4. 19 mm.%道岔作为线路结构的薄弱环节，其钢轨磨耗直接影响道岔使用寿命以及列车的运行安全。
本文基于 UM 动力学软件，应用车辆-道岔系统耦合动力学分析客运专线18号无砟轨道道岔曲尖轨侧面磨耗在不同阶段对列车运行安全的影响。
铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗摘要:阐述了铁道机车车辆轮轨摩擦磨损的现状;研究了内燃机车车轮、闸瓦和钢轨的消耗数量及相应的维修费用;指出了采用适当的新技术之后,在节能降耗方面会产生显著的经济效益。
关键词:车轮;轮缘;钢轨;摩擦磨损;铁道机车车辆;节能;降耗众所周知,铁路运输是基于轮轨相互作用产生的黏着牵引力和黏着制动力以实现列车运行的,轮轨间因摩擦磨损在铁路运输中消耗的能量和能源很多,耗资也很大。
随着铁路运输向高速、重载发展,因摩擦磨损所致的事故风险也在增加。
轮轨接触面形成的各种损伤,不但缩短了轮轨的使用寿命,在严重磨损后还会导致轮对和钢轨失效,危及行车安全。
在这方面,即使在高速铁路成功应用的国家,也曾付出过惨重代价。
例如:1998年,由于轮轴的疲劳断裂而导致德国ICE高速列车脱轨,造成101人死亡,84人重伤,直接经济损失约2亿马克。
与此同时,合理利用资源,实行节能降耗,是我国的一项基本战略决策。
为了节约能源,降低铁路运输成本和机车车辆的制造与修理费用,对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况,需引起高度的重视。
应当采取相应的技术措施,努力将这种磨损造成的损失降低到最小程度,以达到降耗增效的目的。
1 铁路钢轨的磨耗据铁路工务部门统计,我国铁路有20%~30%的路段钢轨磨损率大于国外严重磨损率指标,有60%的曲线段钢轨因波磨造成严重损伤。
摩擦磨损带来的损失很大。
1.1 钢轨损伤的形态铁路轮轨作用关系复杂,钢轨磨耗损伤的形态主要有钢轨的压溃、侧磨、波磨、剥离等,这些占钢轨总损伤量的80%以上。
随着铁路机车车辆的重载与高速化,轮轨间的摩擦磨损也日趋严重,如钢轨的压溃与波磨迅速增长,且发生较为普遍(参见图1)。
1.2 钢轨的年消耗量据资料记载:“十五”期间,我国铁路钢轨用材每年基本维持在110万t左右,除新线建设之外,其中用于既有线路大修和维修消耗的钢材约为70~80万t/年。
据铁道部安检司调查,2003年因钢轨损伤而更换所需的材料及人工费用约为50亿元。
论铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗郭庆丰发布时间：2021-12-26T05:18:58.117Z 来源：基层建设2021年第27期作者：郭庆丰[导读] 铁道与机车车辆车轮的稳定有序运行，是保证铁路正常安全运转的重要前提，二者密切相关，始终保持彼此依赖的状态，这时就衍生出了一大主要问题，即二者间长期下去会产生很大摩擦中国铁路呼和浩特局集团有限公司包头西车辆段包西运用车间摘要：铁道与机车车辆车轮的稳定有序运行，是保证铁路正常安全运转的重要前提，二者密切相关，始终保持彼此依赖的状态，这时就衍生出了一大主要问题，即二者间长期下去会产生很大摩擦，从而引发磨损，导致车辆轮轨损坏，从而在运行的时候，严重消耗能源与资源，导致浪费，成本也会随之增加，所以，必须加以处理。
关键词：铁道机车；车辆轮轨；摩擦磨损；节能降耗1 摩擦与磨耗关系轮轨间的相互作用主要体现在两个接触层间的压强与相对运动。
尽管机车车辆轮轨接触表面中包含各式各样的磨损机制，但是由于磨损消耗金属材料，在很大程度上是由轮轨间滚动接触消耗能量所决定，且与轮轨接触压强、相对运动率息息相关。
另外，车辆轮轨间的摩擦系数和材料硬度都直接影响着金属材料的损耗。
在特定磨损模式下，材料磨损率会随着接触压强、相对运动、摩擦系数增大而随之上升。
接触表面的能量消耗则是受这些因素共同作用造成的，在能量超出既定标准之后，磨损模式就会随之变化，即从轻度磨损逐渐发展为严重磨损。
由于增大材料硬度，能够显著降低磨损率，因此材料特性与磨损之间密切相关，即提高接触表面任何一面强度，都能够促使系统材料磨损整体下降。
车辆轮轨磨损不仅能够以提高钢轨与车轮硬度的方式加以优化，还能够采取降低接触压强、相对运动、摩擦程度等措施进行有效控制。
车辆轮轨间的压强与车轮、钢轨廓形相关联，且也易受车辆-轨道相互作用相应。
对轮轨接触表层相对运动率而言，其主要受车轮牵引力、制动力、轨道几何结构所影响。
通常情况下，列车通过小半径曲线的时候，承受的相对运动率与弯道作用会更大一些。
重载铁路轮轨磨耗及其对安全运行的影响熊嘉阳;邓永权;曹亚博;李立;金学松【摘要】The development and application of heavy haul railways in China and other countries were reviewed. Typical wheel-rail wear that occurredon heavy haul railway lines was elaborated,including the wheel flange wear,hollow wear on the wheel tread,wheel ovalization,eccentric wear of wheels, side wear at rail gauge corner,rail corrugation,wheel flats,and rail burns. Then,the wheel-rail wear of heavy haul railways was studied mainly from two aspects:the mechanical behavior of the wheel-rail interaction system;and the mechanism and development of the wheel-railwear,influences of factors and possible counter measures. Moreover,effects of wheel-rail wear on the wheel-rail contact,the vehicle-track interaction,and the running stability and comfort of trains were discussed. Finally, research methods and technical routes were proposed to study the derailment safety problems of heavy haul trains under different worn conditions. With them,the derailment mechanism of heavy haul trains,key influential factors,and their rules under different worn conditions are expected to be worked out using numerical simulation.%介绍了国内外重载铁路发展现状和运用情况。
详细论述了重载铁路在运营过程中轮轨典型的磨耗情况，主要有车轮轮缘磨耗、车轮踏面凹坑磨耗、车轮椭圆磨耗、车轮偏心磨耗、钢轨轨角侧磨、钢轨波浪形磨损以及轮轨擦伤。
关于重载铁路轮轨磨损的研究主要分两个方面：轮轨的力学行为和基于轮轨行为对轮轨磨耗的机理、发展规律、主要影响因素和降磨措施。
讨论了轮轨磨耗对轮轨接触载荷、车辆和轨道动力学行为、运行安全和稳定性的影响。
提出了轮轨磨耗状态下重载列车脱轨安全问题的研究方法与技术路线，以期通过数值仿真计算，研究轮轨磨耗状态下重载列车脱轨机理和关键影响因素及其规律。
【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】8页(P302-309)【关键词】重载列车;轨道;安全运行;脱轨;轮轨磨耗【作者】熊嘉阳;邓永权;曹亚博;李立;金学松【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U270.331 国内外重载铁路发展现状重载运输代表了铁路货物运输领域的先进生产力，是铁路现代化的一个重要标志，至今已经遍及包括美国、加拿大、澳大利亚、中国、巴西等幅员辽阔、资源丰富、大宗货物运输较多的国家.国际重载运输协会认为，铁路必须满足以下3 条标准中的至少2 条才能归类为重载铁路:(1)经常、定期开行或准备开行总质量至少为5 000 t 的单元列车或组合列车;(2)在长度至少为150 km 的线路区段上，年计费货运量至少为2 000 万t;(3)经常、正常开行或准备开行轴重25 t 及以上的列车.2005 年 IHHA (International Heavy Haul Association)巴西年会上修订标准(适用于新申请入会会员):列车质量至少为8 000 t，轴重(计划轴重)在27 t 及以上，在至少150 km 线路区段上，单线年运量超过4 000 万t 才能归类为重载铁路. 重载运输主要模式有3 种，即北美铁路的单元列车、俄罗斯的组合列车和我国的整列重载列车.1.1 国外重载运输发展现状［1］(1)美国.重载运输发源于20 世纪60 年代的美国，重载一级线路16 万km，居世界之首.一般采用大容量、低自重货车，轴重29.8 ～35.7 t，牵引质量12 000 ～30 000 t.重载煤炭运量占铁路货运总量的45%.(2)加拿大. 主要有DP 和CN 重载线，约5.7 万km，重载运输占货运总量的30%.典型单元列车:轴重33 t，牵引质量16 000 t. 典型集装箱列车:50%为双层集装箱平车，牵引质量12 000 ～20 000 t.(3)澳大利亚. 主要有东澳昆士兰线、西澳铁矿线和纽曼线.其中纽曼线平均牵引质量45 000 t，居世界之首，2001 年6 月21 日，8 台机车牵引682 辆货车，创造了重载列车牵引总质量99 734 t的世界纪录.(4)巴西. 主要有3 条重载线，轴重29. 8 ～32.0 t，牵引质量15 000 ～30 000 t.其中卡拉齐斯铁矿线892 km，最大编组330 辆，轴重30 t，牵引质量39 000 t 以上，居全美洲之首.(5)其他国家.南非主要有Orex 和Rechard 重载线，2.7 万km.俄罗斯发展30 t 轴重货车.印度重载运量6 亿t/a. 德国开行轴重25 t、牵引质量6 000 t 的重载列车.法国南部铁路开行25 t 轴重的重载列车.芬兰铁路正在研究开行30 t 轴重的重载列车.欧洲铁路的货运量中有30%重载运输潜力.1.2 国内重载运输发展现状我国重载运输历经3 个阶段:1984—1990 年为改造旧线、开行组合重载列车模式阶段;1990—1992 年为新建大秦线、开行单元式重载列车模式阶段;1992 年以后，对沿海繁忙干线改造、开行整列式重载列车模式阶段.第1 条重载铁路是大秦运煤专线，规划1 亿t/a，全长653 km.担负中国铁路近1/5 的煤运量，为扩大运能，采取增加列车牵引质量、加大运行密度和提速并举的措施，这对重载列车安全可靠性提出了极高要求.2010 年运量突破4 亿t. 第2 条重载铁路是朔黄线，规划3 亿t/a，全长590 km.一般运行单列6 000 t 的运煤专列，2009 年实验运行1 万t 动力分散型组合列车，轴重将从23 t 提升至30 t 及以上.目前，在建的中南部横跨晋鲁豫3 省12 市的1 260 km 重载铁路，是世界上一次建成里程最长的重载线，将开行单车载重80 t、轴重30 t、时速120 km/h、万吨以上的重载列车.2 重载轮轨磨耗研究现状轮轨磨损现象一直是铁路工业的难题.列车载重和车辆轴重的不断提高，必然加剧轮轨磨损，严重影响铁路运输安全性和经济性.据美国和澳大利亚统计，重载运输中15% ～20%的运营成本耗费于轮轨磨损;北美重载铁路直线钢轨的寿命为6 ～7 亿t，曲线钢轨仅为1.25 ～3 亿t.俄罗斯和美国的数据表明，若轮对负荷提高10 t，轮轨磨耗将增加6 ～18 倍，曲线段则增加30 倍.我国铁路每年因轮轨磨耗造成的经济损失达数十亿人民币.如大秦线轴重从23 t 增加到25 t 后，车轮踏面圆周磨耗量增加了70%左右［2］. 而轮轨突发性破坏导致列车脱轨造成的损失，则无法统计.轮轨磨耗主要分为疲劳磨损和波浪形磨耗［3-4］.钢轨疲劳磨损主要表现为在轮缘踏面和轨顶内侧的鱼鳞状裂纹、剥离、塌陷及压溃和侧磨等.养护部门只能不断打磨、反复调边或换轨及旋削轮对，运营成本大大增加. 尽管轮轨疲劳磨损相对缓慢发生发展，但常常导致轮轨突然失效，如轮缘爬轨、轮轴或钢轨断裂等，造成列车颠覆重大行车事故［4］.典型的钢轨磨损状态如图1 ～6 所示.重载列车在牵引和制动时的巨大惯性力对钢轨产生很大的附加纵向力，该力在曲线上形成较大的横向水平分力，加大外轨侧磨，加大列车脱轨可能性.曲线外轨磨耗程度远大于内轨，主要为轨头侧磨和轨顶垂磨的叠加，轨距侧有肥边;内轨主要为轨顶压溃垂磨，有肥边，基本无侧磨.见图1 和图2.根据调查资料，我国小半径曲线钢轨98%因侧磨超限而报废，有的钢轨每2 ～3 a，甚至1 a 就须更换.车轮疲劳磨损的主要形式有踏面剥离、擦伤、多边形磨耗、轮缘磨耗、凹形磨耗等，如图7 ～12 所示.图1 曲线外轨侧磨Fig.1 Side wear of the high rail on a curve图2 曲线内轨压溃Fig.2 Crushing of the low rail on a curve图3 钢轨擦伤Fig.3 Rail burns图4 曲线外轨轨头龟裂［5］Fig.4 Rolling contact fatigue cracks on the high rail of a curved track［5］图5 横向疲劳裂纹引起的钢轨断裂［4］Fig.5 Rail fracture due to a transverse fatigue crack［4］图6 良好润滑下的轨距角塌陷Fig.6 Gauge corner collapse under a well lubricated condition为了减缓轮轨磨耗，研究人员对轮轨磨损问题及其机理进行了大量研究.(1)基于力学行为的磨耗数值分析和试验研究［6］轮轨接触应力是研究轮轨匹配力学及材料磨耗的理论基础，随着弹塑性接触力学的发展而逐渐深入. 从早期的轮轨Hertz 接触［7-8］到非Hertz 接触［9］、有限元分析［10］，学者们一直在寻找能够准确模拟轮轨真实接触应力状态的数值计算方法，其中基于车辆-轨道系统动力学的轮轨运动特性及动力学特性研究，就是揭示轮轨磨耗及伤损成因的重要手段，文献［11］借此方法探讨了钢轨侧磨的成因，认为导致较大轮轨冲角及轮轨力的主因是轨道参数不佳，通过对其进行调整，钢轨侧磨明显减轻.通过优化设计轮轨几何型面，可以有效降低轮轨接触应力及轮轨蠕滑现象，从而降低轮轨磨耗与伤损.文献［12］分析了轮轨接触关系对车辆动力性能的影响，设计了新的轮轨型面，可以控制踏面锥度和钢轨磨耗速率.文献［13］指出，改变车轮踏面锥度和轮轨接触应力，对钢轨接触疲劳和使用寿命的影响比轮缘接触处影响更大.文献［14］分析了美国AAR-IB 车轮踏面与磨耗钢轨接触几何关系和接触应力，认为轮轨型面匹配不佳是造成磨耗较快的主要原因.图7 车轮踏面的凹形磨耗Fig.7 Wheel hollow wear图8 车轮踏面剥离Fig.8 Wheel tread spalling图9 车轮轮缘磨耗Fig.9 Wheel flange wear图10 车轮踏面滚动接触疲劳Fig.10 Rolling contact fatigue of wheel tread图11 车轮擦伤Fig.11 Wheel flat图12 车轮多边形磨耗Fig.12 Wheel polygonal wear文献［15］在高强度重载运输导致轮轨严重磨耗背景下，提出了重载钢轨型面的设计方法并进行优化设计，效果明显.文献［16］研究了山区铁路小半径曲线轮轨动态响应问题，指出轮轨磨耗更易使轮缘与钢轨侧面接触，加剧钢轨侧磨.文献［17-19］研究了磨耗后的轮轨匹配性能，认为轮轨严重磨耗增大了轮轨等效锥度，使轮轨接触应力、蠕滑力及冲角等增大，影响列车运行动力特性.(2)基于金属工艺角度的试验研究列车运行时因牵引或紧急制动会出现“空转”现象，尤其是重载轮轨间剧烈的滑动摩擦，接触表面温度急升，可达1 000 ℃以上，材料机械性能发生很大改变. 轮轨钢主要是碳化体，当温度至300 ℃时，碳化体分解并奥氏体化，车轮滑过后迅速冷却成韧性较差的马氏体，接触表面马氏体经反复碾压脱落，内部马氏体成为核伤的裂纹源，进而扩展、剥离［20］.目前的试验手段还不能确定轮轨的几何型面、作用力、材料、接触表面状态及相对滑动速度等对温度的影响，数值方法也只在若干简化假设条件下才能实现［21］.重载轮轨的波浪形磨耗(简称“波磨”)是重载线路最常见的病害之一，不容忽视.钢轨波磨指钢轨沿纵向表面出现的周期性类似波浪形状的不平顺现象，见图13 和图14. 车轮波磨又称为车轮多边形化或车轮周期性不平顺，见图12.波磨引起车轨系统一系列动力响应变化，影响行车稳定性和安全性.至今对波磨的成因认识不一，未找到有效办法消除，但人工打磨钢轨仍是公认的解决办法.图13 曲线钢轨波浪形磨耗Fig.13 Rail corrugation on a curved track图14 直线钢轨波浪形磨耗Fig.14 Rail corrugation on a tangent track轮轨磨耗问题与滚动接触力学、摩擦学、动力学、固体力学、轮轨材料、金属化学、传热学和计算方法等多个方面有关，但终归还是轮轨接触力问题［22］，因此，利用数值方法和实验手段，研究各种磨耗工况下轮轨接触力的分布及其变化规律是解决问题的必要途径.3 重载列车轮轨磨耗对列车运行安全性的影响影响重载列车运行安全的因素较多，如空气制动特性、车钩事故、线路变形、轮轨磨耗等.其中制动特性及车钩事故被重视并进行了大量研究.当列车牵引质量在1.5万t 以上时，空气制动系统极易发生分离、脱轨事故，美国重载铁路70%为抻钩事故，直接经济损失达5 千万美元以上［23］. 1985 年加拿大国铁由于重载钢轨磨耗严重，导致经常发生脱轨事故［24］.美国重载铁路车轮因严重踏面凹形磨耗，导致“轮缘到假轮缘”的冲击振动，影响列车运行平稳性［25］.我国大秦线2 万t 重载列车，曾在4 个月时间发生6 起脱钩分离事故.由于重载列车牵引力及制动力大，易使车辆设备和货物损坏、线路变形及维护工作量增大、轮轨磨耗加剧等，这对重载列车系统动力学的研究提出了严峻的挑战.美国曾建立多种列车动力学模型，进行了大量试验，采取一系列措施，取得了不少成果［26］.前苏联进行大量的理论分析及线路试验，建立精确的列车纵向动力学模型，并进行了试验验证［27］.文献［28］综述了重载列车及其试验研究概况. 文献［29］研究了制动工况下货物列车的动力学问题. 文献［30］提出了列车纵向冲动研究的节点方法. 文献［31］指出节点方法理论上尚需完善，并研究了纵向车钩力作用下的重载机车与轨道动态相互作用及其车钩自由角对列车安全性的影响. 文献［32］调查了缓冲器阻抗特性对重载列车动力学性能的影响.上述文献的研究没有考虑轮轨磨耗对重载列车动力学性能的影响，进而对行车安全性的影响.随着重载铁路轴重及运行速度的提高，轮轨磨耗问题日益突出，正逐渐成为影响重载运输经济性的首要问题.轮轨磨耗后的匹配状态不佳，必然造成列车动力学性能恶化，甚至引发列车脱轨.所以，轮轨磨耗状态下重载列车运行安全是铁路运输工程亟待研究解决的难题之一，应当引起足够重视.车轮扁疤在车轮滚动过程中会产生特殊的动力学效应.文献［33］研究了车轮扁疤引起的冲击载荷.文献［16］研究了车轮扁疤附加冲击载荷引起的车轨系统动力响应.车轮椭圆化造成车辆系统横向蛇行失稳，导致轮轨间强烈相互作用，加速轮轨磨损和疲劳，损害线路，引发脱轨危险［34］. 文献［35］对瑞典铁路车轮多边形磨耗问题进行大量研究，发现多边形磨耗不仅导致更大的轮轨冲击力，严重损坏线路和车辆部件，而且高频大幅振动还会导致脱轨发生. 文献［5］指出，当凹形车轮和轨顶接触时，易使车辆失稳;由于假轮缘与钢轨接触而不能有效地控制车轮过曲线.车轮偏磨往往伴随踏面凹形磨耗出现，使同轴车轮出现轮径差，导致轮对向较小轮径一侧横移. 同相偏磨情况下，轮对横移不受车辆悬挂系统制约，导致轮对横移量增大，损害车辆运行稳定性及平稳性. 如果重载曲线轮轨不同磨耗程度的轮轨型面匹配，轮轨横向间隙随轮缘磨耗和钢轨侧磨程度而改变，轮轨接触点位置发生改变，进而影响轮轨接触关系及其动力学性能和车辆过曲线性能，甚至危及行车安全. 文献［36］发现，波磨会加剧轮轨黏滑振动，影响钢轨安定性、列车运行安全和机车的粘着效果，导致轮轨系统强烈的振动，使车辆过波峰冲击力急剧上升，波谷受力下降，列车减载脱轨，同时易引起钢轨和车轴断裂.文献［6］研究了实际磨耗状态下的轮轨接触几何关系和不同磨耗状态下的轮轨型面对车辆过曲线性能的影响，但是研究忽略了轨道系统对轮轨相互作用的影响，也未建立列车模型对重载列车运行安全进行研究.4 轮轨磨耗状态对重载列车安全运行影响的研究思路4.1 试验研究试验研究是掌握重载列车服役性能的直接手段.目前的试验测试技术已相对成熟，振动加速度、位移测试用于掌握列车关键部件的振动特性，评价列车运行稳定性及平稳性;动应力测试用于监测构架、车体等部件的动态应力;轮轨力利用测力轮对完成，以评价列车脱轨安全性，并辅助分析轮轨伤损及磨耗特性.轮轨磨耗状态在线监测技术尚不成熟，目前主要利用轨检车在停车状态完成，以保证精确测量，测试内容包括车轮型面磨耗、车轮周向磨耗和钢轨型面磨耗状态及钢轨波磨特性等.为了研究轮轨磨耗状态对重载列车安全运行影响，在试验研究过程中应全面掌握不同运行时期列车关键部件振动特性和轮轨磨耗状态，获得轮轨磨耗演变规律，研究不同轮轨磨耗状态下的列车动态运行特性，找出影响重载列车安全运行的轮轨磨耗限值，包括车轮非圆化、踏面凹陷、轮径差、轮缘磨耗等.4.2 理论研究图15 为重载列车-轨道耦合大系统构成示意图，包括车辆子系统、车间悬挂子系统、轮轨接触子系统、轨道子系统.本文提出的基本思路:一是建立单节整车/轨道耦合动力学动态脱轨计算模型，仿真分析轮轨不同磨耗程度与现有脱轨评价指标和系统动态响应之间的相互关系，提出新的适用于重载列车动态脱轨评判准则;二是建立整列车/轨道空间耦合大系统动力学模型，考虑车间连接参数、列车编组和牵引特性以及车辆轨道关键部件非线性，研究不同线路区段和轮轨磨耗状态下，重载列车的动态响应及其脱轨安全性，揭示重载列车脱轨发生发展机理和关键影响因素及其规律性问题，并提出重载列车脱轨安全域.图15 重载列车-轨道耦合大系统构成Fig.15 The train-track coupling system of the heavy haul railway列车是由多节车辆由车钩缓冲装置连接而成的复杂系统，在运行过程中除与线路等相互作用外，车辆之间也会相互影响.在线路上同一位置，列车中不同车辆经过时其受力状态将会由于车辆之间的相互影响作用而不同.车钩缓冲装置传递与缓和列车运行中或调车时所产生的纵向力和冲击力.因此，应建立纵横垂三维空间耦合重载列车大系统动力学模型，如图16 所示.图17 为重载列车脱轨安全问题的研究技术路线，主要进行理论建模和数值计算及动态脱轨评定准则研究.考虑重载列车中车辆与车辆之间的耦合以及纵-横-垂方向的相互影响，研究车间连接参数对车辆的横向稳定性、曲线(小曲线半径)通过性能和脱轨安全性的影响.图16 重载列车大系统动力学模型Fig.16 Dynamic model of the heavy haul railway system图17 轮轨磨耗状态下重载列车脱轨安全问题的研究技术路线Fig.17 Flow chart of the research on the derailment safety problem of heavy haul trains with worn wheel and rail根据现场跟踪实测的轮轨型面数据，研究时考虑:(1)不同磨耗状态，包括车轮的圆周磨耗、凹形磨耗、轮缘磨耗，钢轨的曲线外轨侧磨、内轨压溃，波磨，轮轨磨耗引起的轮径差等;(2)轮轨匹配关系:原始轮与原始轨，原始轮与磨耗轨，磨耗轮与原始轨，磨耗轮与磨耗轨;(3)分析指标考虑:轮轨相互作用力、轮对位移和加速度、车体位移和加速度.研究分析重载列车在直线和曲线上的动力响应、动态临界脱轨及影响因素. 最后定义重载列车动态脱轨安全域和拟定重载列车动态脱轨评判准则及危险状态下重载列车的安全控制措施.参考文献:【相关文献】［1］钱立新. 世界重载铁路运输技术的最新进展［J］. 机车电传动，2010(1):3-7.QIAN Lixin. The world latest progress of heavy railway transportation technology［J］. Electric Drive for Locomotives，2010(1):3-7.［2］胡海滨，吕可维，邵文东，等. 大秦铁路货车车轮磨耗问题的调查与研究［J］. 铁道学报，2010，32(1):30-37.HU Haibin，LÜ Kewei，SHAO Wendong，et al.Research on wheel wear of freight cars on Datong-Qinhuangdao railway line［J］. Journal of the China Railway Society，2010，32(1):30-37.［3］金学松，沈志云. 轮轨滚动接触疲劳问题研究的最新进展［J］. 铁道学报，2001，23(2):92-108.JIN Xuesong，SHEN Zhiyun. Rolling contact fatigue of wheel/rail and its advanced research progress［J］. Journal of the China Railway Society，2001，23(2):92-108.［4］张挺. 轮轨磨耗问题及减缓措施研究［D］. 大连:大连交通大学，2007.［5］FRÖHLING R，EKBERG A，KABO E. The detrimental effects of hollow wear:field experiences and numerical simulations［J］. Wear，2008，265(9/10):1283-1291.［6］侯传伦. 重载铁路曲线段磨耗状态下轮轨相互作用分析［D］. 成都:西南交通大学，2009. ［7］ HELLIER A K，MCGIRR M B，CORDEROY D J H.Finite element and fatigue study of shelling in heavy haul rails［J］. Wear，1991，144(1/2):289-306.［8］ LI Y C. Handbook of fatigue crack propagation in metallic structures:analysis of fatigue phenomena in railway rails and wheels［M］. Cambrige:Cambrige University Press，1994:225-235.［9］俞展猷. 轮轨内部剪切应力场及其影响因素的研究［J］. 中国铁道科学，1999，20(3):11-19.YU Zhanyou. Research on the wheel-rail internal shearing stress and influencing factors ［J］. China Railway Science，1999，20(3):11-19.［10］张焱，孔祥安，金学松. 轨头内弹塑性接触应力场与工况参数［J］. 铁道学报，1999，21(5):33-36.ZHANG Yan， KONG Xiangan， JIN Xuesong.Interrelation between case parameters and elasto-plastic stress field in rail head［J］. Journal of the China Railway Society，1999，21(5):33-36.［11］卢家方，张通，孙琦，等. 在内燃牵引下减缓曲线钢轨侧面磨耗的研究［J］. 中国铁道科学，1990，12(2):74-91.LU Jiafang，ZHANG Tong，SUN Qi，et al. Reducing side wear of high rail on curved track for diesel traction:investigation and test［J］. China Railway Science，1990，12(2):74-91.［12］ SMITH R E，KALOUSE K J. A design methodology for wheel and rail profiles foruse on steered railway vehicles［J］. Wear，1991，144(1/2):329-342.［13］ YOSHIHIKO S. Benefits of heavy rail on high-speed railways and design of 75G rail using coordinates［J］.Wear，1996，194(1/2):163-167.［14］ WU Huimin. Effects of wheel and rail profiles on vehicle performance［J］. Vehicle System Dynamics，2006，44(17):541-550.［15］ PFU J，BONDEUX S，BOULANGER D，et al.Application of fracture mechanics methods to rail design and maintenance［J］. Engineering Fracture Mechanics，2009，76 (17):2602-2611.［16］翟婉明. 车辆-轨道耦合动力学［M］. 3 版. 北京:科学出版社，2007:88-91，291-306. ［17］ REZVANL M A，OWHADI A，NIKSAI F. The effect of worn profile on wear progress of rail vehicle steel wheels over curved tracks［J］. Vehicle System Dynamics，2006，47(3):325-342.［18］ TELLISKIVI T，OLOFSSON U. Contact mechanics analysis of measured wheel-rail profiles using the finite element method［J］. Journal of Rail and Rapid Transit，2001，215(2):65-72.［19］ LEEDHAM R C，NELSON S. Wheel/rail profile studies［C］∥Proceedings of the 1995 IEEE/ASME Joint. Pittsburgh:IEEE，1995:23 Papers.［20］ GUHA D，CHOWDHURI S K. The effect of surface roughness on the temperatureat the contact between sliding bodies［J］. Wear，1996，197(1/2):63-73.［21］孙琼，陈泽深，臧其吉. 轮轨接触温升及其数值分析研究［J］. 中国铁道科学，1997，18(4):14-24.SUN Qiong，CHEN Zeshen，ZANG Qiji. On the contact temperature rise between wheel and rail and its numerical analysis［J］. China Railway Science，1997，18(4):14-24.［22］尹芳臣. 上海地铁车轮踏面沟槽磨耗原因分析［D］. 大连:大连交通大学，2008.［23］ GOGINENI B R，GARG V K. A dynamic model for longitudinal train action［R］. Chicago:Association of American Railroads，1978.［24］ YOSHIHIKO S. Historical study on designing Japanese rail profiles［J］. Wear，2005，258(7/8):1064-1070.［25］ KEVIN S，CURTIS U. The effect of hollow-worn wheels on vehicle stability in straight track［J］. Wear，2005，258(7/8):1100-1108.［26］ LOWEM，GARG V K. Detailed longitudinal train action model-computation program documentation［R］.Chicago:Assoeiation of American Railroads，1978.［27］格列别纽克. 超重列车制动动力学［M］. 陈方昌，樊连波，译. 北京:中国铁道出版社，1984:1-171.［28］马大炜. 重载列车及其试验研究［J］. 铁道车辆，1998，36(12):36-37.MA Dawei. Heavy-duty train and its experimental study［J］. Rolling Stock，1998，36(12):36-37. ［29］程海涛，侯霄. 制动工况下车辆的动力学分析［J］.铁道车辆，2000，38(9):1-6.CHENG Haitao，HOU Xiao. Dynamics analysis on railway cars under braking working conditions ［J］.Rolling Stock，2000，38(9):1-6.［30］陈清. 列车纵向动力学算法研究［D］. 成都:西南交通大学，1990.［31］王开云，翟婉明，封全保，等. 重载机车车钩自由角对轮轨动态安全性能的影响［J］. 中国铁道科学，2009，30(6):72-76.WANG Kaiyun，ZHAI Wanming，FENG Quanbao，et al. Effect of the coupler free angle on wheel/rail dynamic safety performance of heavy haul locomotive［J］. China Railway Science，2009，30(6):72-76.［32］马卫华，罗世辉. 缓冲器阻抗特性对重载列车动力学性能的影响［J］. 交通运输工程学报，2011，11(2):59-64.MA Weihua， LUO Shihui. Influences of buffer impedance characteristics on dynamics performances for heavy haul train［J］. Journal of Traffic and Transportation Engineering，2011，11(2):59-64.［33］ NEWTON S G，CLARK R A. An investigation into the dynamic effects on the trackof wheel flats on railway vehicles［J］. Journal of Mechanical Engineering Science，1979，21(4):287-297.［34］张雪珊，肖新标，金学松. 高速车轮椭圆化问题及其对车辆横向稳定性的影响［J］. 机械工程学报，2008，44(3):50-56.ZHANG Xueshan，XIAO Xinbiao，JIN Xuesong.Influence of high speed railway wheels ovalization on vehicle lateral stability［J］. Chinese Journal of Mechanical Engineering，2008，44(3):50-56.［35］ JOHANSSON A. Out-of-round railway wheels:assessment of wheel T read irregularities in train traffic［J］. Journal of Sound and Vibration，2006，293(3/4/5):795-806.［36］徐力，沈钢. 波浪形磨耗对重载钢轨安定性及轮轨接触力的影响［J］. 铁道机车车辆，2009，29(4):22-26.XU Li，SHEN Gang. Effect of corrugation to rail shakedown and wheel-rail contact force［J］. Railway Locomotive ＆ Car，2009，29(4):22-26.。
