下载文档原格式
通过轮轨界面的摩擦管理控制滚动接触疲劳破坏陆鑫;凯尔文·欧德劳【摘要】作为探讨轮轨相互作用系列文章中的第四篇,介绍轮轨界面材料滚动接触疲劳(RCF)萌生与扩展的基本机理及接触应力、蠕滑率和摩擦系数等因素对其的影响,着重分析采用摩擦管理技术控制轮轨滚动接触疲劳破坏的基本原理,并结合国内外铁路实际应用案例介绍摩擦管理降低轮轨滚动接触疲劳萌生与扩展的具体效果.【期刊名称】《中国铁路》【年(卷),期】2014(000)012【总页数】5页(P82-86)【关键词】轮轨关系;摩擦管理;轨顶摩擦控制;摩擦调节剂;滚动接触疲劳【作者】陆鑫;凯尔文·欧德劳【作者单位】艾宾福斯特铁路科技公司,加拿大本拿比,V5A 4J8;艾宾福斯特铁路科技公司,加拿大本拿比,V5A 4J8【正文语种】中文【中图分类】U211.5轮轨关系的理论研究和不断开发出的轮轨界面管理新技术因其能显著提高铁路系统运行的安全品质且能为铁路运营商控制运营成本，已引起包括中国在内的世界各国铁路的极大重视。
本系列各篇文章详细分析了影响客运、货运及城市轨道系统中轮轨关系的本质性因素，并阐述了摩擦管理技术提高铁路系统运营效率、品质、安全和经济性等方面的策略。
本文是探讨轮轨关系和摩擦管理理论与技术的系列文章中的第四篇（前三篇见文献[1]—文献[3]），将着重介绍摩擦管理与滚动接触疲劳（RCF）破坏的关系，探讨摩擦管理技术在抑制轮轨界面滚动接触疲劳发展的作用。
轮轨界面滚动接触疲劳是特指在轮轨接触面上，由于反复作用导致在钢轨或车轮表面或次表面先形成微小裂纹并扩展，直至在接触表面形成大面积剥离，严重时甚至发生断裂。
在本系列的首篇文章中介绍过轮轨间的相互作用，其中包括两个接触表面间的接触压强和相对运动（蠕滑）。
而滚动接触疲劳破坏的形成正是取决于轮轨界面上的最大接触应力和牵引力（因蠕滑而产生的）。
滚动接触疲劳裂纹的萌生与扩展机理可通过安定理论（Shake-Down Theory）做定性分析[4]。
对流换热系数对轮轨滑动接触特性的影响分析王海新;吴亚平;刘振;孙安元【摘要】建立模拟轮轨滑动接触的热弹塑性有限元三维模型,以2种滑动速度为例研究机械荷载作用下对流换热系数对接触区的温度、接触斑的大小以及最大等效应力等轮轨接触特性的影响.研究结果表明:各研究工况下轮轨滑动摩擦热均能使接触区域达到相变温度;轮轨接触区的温度、接触斑的大小以及等效应力在有、无对流换热系数2种情况下差异显著,故对流换热系数在对轮轨滑动状态进行数值分析时不应忽略;对流换热系数的变化对接触特性的影响与滑动速度有关,建议2 m/s及以上速度的研究中对流换热系数可以取为定值,但在1 m/s 及以下速度的研究中,对流换热系数的准确选取需进行深入研究.%A three-dimensional thermal elastic-plastic finite element model was established to simulate the sliding contact of wheal-rail. Taking two kinds of speed for example, the influence of convective heat transfer coefficient on the characteristics of wheel/rail sliding contact under mechanical loads was studied, which include the temperature of the contact area, the size of the contact spot and the maximum equivalent stress. The results show that: slip friction heat of every research condition can achieve the phase transition temperature of wheel/rail materials. The existence of the convective heat transfer coefficient has obvious influence on the temperature of the contact zone, the size of the contact spot and the equivalent stress, therefore, this coefficient should not be ignored in the numerical analysis of wheel/rail sliding state. The influence of change of coefficients of convective heat transfer on the contact characteristics is related to sliding speed.Coefficients of convective heat transfer can be taken as a constant value in the study of more than 2 m/s, while the choice of coefficient should be researched further in the study of less than 1m/s.【期刊名称】《铁道科学与工程学报》【年(卷),期】2018(015)002【总页数】7页(P336-342)【关键词】轮轨;滑动;对流换热;接触特性【作者】王海新;吴亚平;刘振;孙安元【作者单位】兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州 730070;兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州 730070;江苏省建筑工程质量检测中心有限公司,江苏南京210028;兰州交通大学土木工程学院,甘肃兰州 730070【正文语种】中文【中图分类】TH117为适应国民经济快速发展的需求，高速重载列车也得到迅速发展，在运营过程中列车高速牵引或者紧急制动等情况极易使轮轨产生全滑动现象，这将使大量摩擦热短时间内集中分布在轮轨接触区域，从而引起轮轨材料发生相变，极易引起轮轨接触特性的不利改变[1]，严重影响和制约列车的运行年限，所以众学者对滑动状态下的轮轨接触特性都曾展开过深入研究；肖乾等[2-3]就常、变摩擦因数2种情况下的轮轨接触特性进行了研究，认为变摩擦因数对接触应力极值和接触斑没有明显的影响，但接触区域的Mises应力最大值、蠕滑力、摩擦温升和最大纵、横向切应力受其影响显著；王伟等[4-6]认为轮子轴力、摩擦因数和相对的滑动速度对轮轨的热效应和接触应力有明显的影响，容易造成轮轨表面的磨损；吴磊等[7]认为原地打滑的钢轨表面温度进入稳定状态以后，表面温度与相对滑动速度线性相关；以上关于轮轨滑动的研究中均没有考虑对流换热这一客观存在的物理现象，对流换热的程度与所处的环境关系密切，它可以影响轮轨接触区域的温度进而影响轮轨表面的接触特性，因此对流换热这一物理现象在轮轨接触关系的研究中应引起重视；有关考虑对流换热系数的研究中，赵鑫等[8-10]在轮轨滚动接触热耦合计算模型中将对流换热系数取为定值，认为纵向载荷、摩擦因数、轮轨表面的平顺性和蠕滑率轮轨之间的热荷载有显著影响，造成轮轨热接触疲劳。
工程铁路提速调查报告摘要：铁路在我国现代交通运输系统与经济发展中具有十分重要的地位,自20世纪90年代中期至2004年,我国铁路实施了五次大提速,取得了明显的经济和社会效益。
本文从哲学角度对五次大提速进行了探讨,指出铁路提速取得成功,是由于清醒地分析了国情并作出了正确的决策,是由于始终坚持创新,即技术创新、运输组织与管理创新以及安全管理的创新。
同时强调,铁路提速取得良好的效果,还因为正确处理了几个辩证关系,包括“提速模式”和“运输模式”的辩证关系,“可能”与“不可能”的辩证关系,技术引进与自主创新的辩证关系,“内涵”发展与“外延”发展的辩证关系,将提速工程与哲学很好地结合起来。
关键词：铁路，提速工程，哲学思考一、铁路发展历史一百五十年前，铁路被清朝统治者视为破坏风水。
而如今，“国民经济命脉”展开了史无前例的跨越式发展。
从0.5公里的“展示铁路”到“八纵八横”的铁路交通网构建完毕，从“龙号”机车到时速350公里的高速列车，中国铁路发展史，见证了一个国家百年巨变。
中国铁路的发展中国从1876年修建淞沪铁路以来，到1981年止的105年内，共建铁路50181公里。
中华人民共和国成立以前，中国平均每年只修建铁路300余公里。
中华人民共和国成立以后，国家对铁路的修建有了统筹规划,修建铁路的速度达到平均每年800余公里。
到1981年底中国大陆铁路营业里程为50181公里,其中双线铁路为8263公里，电气化铁路为1667公里。
铁路总延展里程为89580公里。
新中国时期1949年中华人民共和国成立，从此中国修建铁路有了统筹的规划和统一的标准。
在1953～1957年的第一个五年计划期内，先后建成的新干线有：成都至重庆、天水至兰州、来宾至凭祥、丰台至沙城、集宁至二连浩特、兰村至烟台、黎塘至湛江、宝鸡至成都以及鹰潭至厦门等铁路。
1958～1962年的第二个五年计划期内，先后建成的新干线有：萧山至穿山、包头至兰州、南平至福州、北京至承德、兰州至西宁等铁路，并重建了柳州至贵阳的铁路。
西南交通大学博士学位论文轮轨蠕滑理论及其试验研究姓名：金学松申请学位级别：博士专业：机车车辆指导教师：沈志云19990901西南交通火学博士学位论文摘要滚动接触理论是轮轨关系研究的基础。
由于轮轨关系研究十分复杂，其老Ｅ；Ｉ题没有得到完善解决丽新问题又不断出现，因而导致用现有的轮轨滚动接触理论不能完善解决轮轨关系研究巾的疑难问题。
纵观滚动接触理论与轮轨作用之关系的研究，大约分三个方面：ａ）理论研究；ｂ）试验研究：Ｃ）应用研究。
本文的第～章就这三个方面的研究历史和现状作了详细论述，并列出了大约１５０多篇有关这方面或与之有关的研究文献。
明确了轮轨滚动接触理论研究的意义和今后的研究方向。
根据第一章的介绍，本文的第二章列出目前常用于车辆动力学研究中的几个典型Ｈｅｒｔｚ型轮轨蠕滑率／力计算模型，从理论上对它们作了详细推导，利用实际轮对／轨道滚动接触过程中可能出现蠕滑率值，计算了轮对和轨道之间的蠕滑力。
并在数值上将这几个模型的轮轨力结果与Ｋａｌｋｅｒ的精确理论（ＣＯＮＴＡＣＴ）的结果作了比较。
从理论上和实际应用方面重新评价了它们在轮轨力计算分析方面的优缺点。
供车辆动力学研究人员参考。
Ｋａｌｋｅｒ的三维弹性体非Ｈｅｒｔｚ滚动接触理论（也叫做精确理论）于９０年代初完成，到目前为止是最完善的精确理论。
由于其理论的复杂性和数值实现速度慢，因而在铁路工业界未得到广泛应用。
第三章详细讨论了Ｋａｌｋｅｒ的三维弹性体非Ｈｅｒｔｚ滚动接触理论在轮轨滚动接触中的应用。
非Ｈｅｒｔｚ接触分析主要体现在轮轨实际变形前接触斑处的法向间隙在计算分析中得到考虑，而不是按Ｈｅｒｔｚ理论那样用轮轨接触斑处的主曲率半径作为确定接触斑形状的依据。
为此，修改了ＣＯＮＴＡＣＴ程序的输入和输出部分，将轮轨接触几何计算和ＣＯＮＴＡＣＴ计算能较好地结合起来。
本章并全面地分析了轮对运动、轮对／轨道滚动接触蠕滑率和蠕滑力之关系，得到了大量的有工程应用参考价值的计算结果。
第52卷第4期2021年4月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.4Apr.2021考虑轮轨周期性磨耗因素的滚动接触动态特性研究吴丹，丁旺才，王鹏(兰州交通大学机电工程学院，甘肃兰州，730070)摘要：为探究轮轨周期性磨耗综合作用对轮轨动态相互作用力和接触蠕滑特性的影响，建立柔性轮轨下的车辆−轨道耦合动力学模型，通过现场实测车轮谐波磨耗和钢轨波磨，将轨道不平顺和3种钢轨波磨分别叠加得到3种轨道激励；以车轮谐波磨耗分别与3种轨道激励组合作为轮轨周期性磨耗工况，对比分析低速和高速下3种轮轨周期性磨耗工况作用下的滚动接触动态特性。
研究结果表明：无论是在低速还是在高速下，轮轨垂向力最大值均出现在轮轨周期性磨耗工况一的钢轨波磨段，且在工况一作用下，垂向力相较于工况三的最大增幅达76.16%；而钢轨波磨对轮轨横向力的影响较小。
在工况一作用下出现了2个高频振动峰值，且由钢轨波磨引起的振动频率比车轮谐波磨耗触发的激振频率大；轮轨周期性磨耗对纵向蠕滑力受速度的影响比较显著，对横向蠕滑力的影响不起主导作用；在工况一作用下，无论是低速还是高速，轮轨间接触斑面积均在钢轨波磨段出现最大值，且随速度增大，相较于工况三其增幅也随之增大；轮轨周期性磨耗中的残余波磨无论对轮轨动态相互作用力还是对轮轨间蠕滑特性的影响均较小。
关键词：车辆−轨道耦合动力学；车轮谐波磨耗；钢轨波磨；残余波磨；蠕滑力中图分类号：U270.1文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）04-1389-10Research on dynamic characteristics of rolling contactconsidering wheel-rail periodic wearWU Dan,DING Wangcai,WANG Peng(School of Mechanical Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China)Abstract:To investigate the influence of wheel-rail periodic wear on the dynamic interaction force and contact creep characteristics,a vehicles-track coupled dynamics model was established for the flexible wheel-rail.Through the field measured harmonic wear of wheel and rail corrugation,three kinds of orbital incentives were obtained byDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.04.035收稿日期：2020−06−07；修回日期：2020−08−18基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(11962013,11732014)；甘肃省高等学校创新基金资助项目(2020B-110)；兰州交通大学青年科学基金资助项目(2017011)(Projects(11962013,11732014)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2020B-110)supported by the University Innovation Fund of Gansu Province;Project (2017011)supported by the Young Scholars Science Foundation of Lanzhou Jiaotong University)通信作者：丁旺才，博士，教授，从事车辆系统动力学和非线性动力学研究；E-mail ：*****************.cn引用格式：吴丹,丁旺才,王鹏.考虑轮轨周期性磨耗因素的滚动接触动态特性研究[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(4):1389−1398.Citation:WU Dan,DING Wangcai,WANG Peng.Research on dynamic characteristics of rolling contact considering wheel-rail periodic wear[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(4):1389−1398.第52卷中南大学学报(自然科学版)the superposition of orbit uneven and three kinds of rail track,respectively.The wheel harmonic wear separately combined with three kinds of orbit excitations was taken as wheel-rail periodic wear condition.The dynamic characteristics of rolling contact for three kinds of wheel-rail periodic wear under low-speed and high-speed corrugating condition were compared and analyzed.The results show that no matter at low-speed or high-speed,the maximum wheel-rail vertical force appears in the rail corrugation section under wheel-rail periodic wear condition1,and the maximum increase of vertical force under operating condition1is up to76.16%compared with operating condition3.However,the rail corrugation has little effect on wheel-rail lateral force.During the operation of condition1,there are two peaks of high frequency vibration,and the vibration frequency caused byrail corrugation is higher than that caused by wheel harmonic abrasion.The influence of wheel-rail periodic wearon longitudinal creep effort is significant,but it has no dominant influence on lateral creep effort.During the operation of condition1,the contact spot area maximized in rail corrugation section at both low speed and high speed,and its increasing rate increases with the increase of speed compared with that in condition3.The residual corrugation in the wheel-rail periodic wear has little effect on the dynamic interaction between wheel and rail andthe creep characteristics between wheel and rail.Key words:vehicle-track coupled dynamics;harmonic wear of wheel;rail corrugation;residual corrugation;creep effort车辆−轨道耦合系统的振动特性直接影响动态轮轨力，使轮轨接触表面出现非均匀磨耗，进而出现车轮谐波磨耗以及钢轨波磨。
瞬时滑动状态下轮轨摩擦系数试验研究孙安元;吴亚平;陈坤;张晓波【摘要】To study the transient sliding condition,the influence of load and speed on the wheel/rail friction coefficient,U71 Mn rail is used as the experimental material to analyze the influence of load and speed on the wheel/rail friction coefficient under transient sliding condition based on the second law of friction.The results show that the effect of velocity on the friction coefficient is significant,and the friction coefficient decreases with the increase of the velocity.When the transient sliding speed reaches 2.6 m/s,the friction coefficient is 0.34,which is 10％ lower than the initial measurement speed.The friction is proportional to the increase of load,but the friction coefficient does not change with the load at constant transient sliding speed.When the wheel instantaneously slips,the larger train axle load and smaller wheel spin speed help the wheel to obtain a greater friction,which is beneficial to traffic safety.The friction coefficient under rain instantaneous sliding state is different from that under braking state,thus,corresponding friction coefficient should be selected according to wheel sliding state in engineering and wheel-rail contact analysis.%为研究瞬时滑动状态下荷载、速度对轮轨摩擦系数的影响规律,基于摩擦学第二定律,以U71 Mn钢轨为试验材料,研究瞬时滑动状态下,荷载、速度对轮轨摩擦系数的影响.结果表明:在瞬时滑动状态下,速度对摩擦系数的影响较为显著,摩擦系数随速度的增加而减小,当瞬时滑动速度达到2.6 m/s时,摩擦系数为0.34,较初始测定速度降低10％.摩擦力与荷载的增加成正比,但在瞬时滑动速度恒定的条件下,摩擦系数几乎不受荷载改变的影响.车轮发生瞬时滑动时,较大列车轴重和较小车轮自旋速度有利于车轮获得较大摩擦力,这对行车安全是有利的.列车瞬时滑动状态与制动状态下的摩擦系数是有差异的,在工程实际和轮轨接触分析时应根据车轮的滑动状态选用相应的摩擦系数.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2018(062)002【总页数】5页(P48-52)【关键词】瞬时滑动;轮轨摩擦系数;速度;荷载;测定;应用【作者】孙安元;吴亚平;陈坤;张晓波【作者单位】兰州交通大学土木工程学院,兰州730070;兰州交通大学土木工程学院,兰州730070;兰州交通大学土木工程学院,兰州730070;中国铁路设计集团有限公司,天津300142【正文语种】中文【中图分类】U211.5铁路机车车辆沿轨道运行时，摩擦系数直接影响着列车的制动和牵引力，轮轨接触理论分析中，摩擦系数直接影响着轮轨接触特性[1-4]。
摩擦系数对高速列车车轮瞬时滚动接触疲劳的影响肖乾;方骏;王磊【摘要】运用非线性有限元软件ABAQUS建立列车时速为300 km的轮轨三维瞬时滚动接触弹塑性有限元模型,采用先隐式后显示的方法计算得到摩擦系数分别为0.05,0.1,0.2,0.3,0.4和0.5时轮轨接触斑内的横向蠕滑力、纵向蠕滑力和蠕滑力合力的分布;将此结果作为安定图和损伤函数的输入,分析不同摩擦系数对车轮接触斑疲劳指数和车轮损伤分布的影响.结果表明:摩擦系数对轮轨接触斑内蠕滑力合力的分布影响不大,但对其幅值的影响较大,蠕滑力合力随着摩擦系数的增大而增大;随着摩擦系数的增大,车轮的接触状态越来越接近于棘轮效应区,并随着载荷的循环加载,车轮易发生接触疲劳现象;由损伤函数可知,摩擦系数小于0.2时的车轮损伤主要为裂纹损伤,摩擦系数大于0.2时的车轮损伤主要是磨耗损伤,损伤分布的范围主要在车轮名义滚动圆附近.【期刊名称】《中国铁道科学》【年(卷),期】2016(037)003【总页数】7页(P68-74)【关键词】滚动接触疲劳;瞬时接触;摩擦系数;车轮伤损;安定图;损伤函数;高速列车【作者】肖乾;方骏;王磊【作者单位】华东交通大学载运工具与装备教育部省部共建重点实验室,江西南昌330013;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;华东交通大学载运工具与装备教育部省部共建重点实验室,江西南昌 330013;华东交通大学载运工具与装备教育部省部共建重点实验室,江西南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】U260.331.1;U260.11为改善车辆动力学性能，减少轮轨间疲劳损伤，国内外学者进行了大量研究。
Cho, Doo-H[1]通过建立三维有限元模型阐述了滚动接触疲劳下车轮斜裂纹的产生机制，通过比较二维和三维有限元仿真分析结果，得到应力强度因子的作用机理。
Taraf[2]在建立轮轨二维滚动接触弹塑性有限元模型的基础上，发现材料缺陷、轴重和摩擦系数直接影响轮轨滚动接触疲劳损伤。
