第卷第期大连交通大学学报Vol.No.
文章编号：
独立车轮与钢轨磨耗问题分析
马贺，张军，张剑
（大连交通大学交通运输工程学院，辽宁大连116028）
摘要：利用轮轨型面测量仪测量不同磨耗阶段的独立车轮型面和磨耗后钢轨轨头型面，分别建立直线段、
曲线段和具有一定冲角的三维有限元接触模型，研究了不同磨耗阶段的车轮与磨耗后钢轨的接触问题，通过
对几种轮轨模型的弹塑性接触计算，总结了不同模型的接触斑面积、接触法向力、接触等效应力的变化规律.
结果表明：随着运行时间的增加，最大接触等效应力变小且趋于稳定；轨距加宽影响车轮磨耗部位的改变，
影响轮轨的磨耗规律；具有一定冲角的车轮与钢轨接触，最大接触等效应力产生于轮缘与轨侧接触处，冲角
对轮轨磨耗的影响相当严重，在轮轨型面的进一步优化设计中应注意此问题.
关键词：独立车轮；轮轨接触；磨耗；有限元；冲角
中图分类号：文献标识码：
Analysis of the wear problem between the independent wheel and rail
MA He,ZHANG Jun，ZHANG Jian
(School of Transportation Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian116028,China)
Abstract:Different wear stage of the independent wheel and the worn rail head profile were measured by using the
wheel-rail profile admeasuring apparatus to establish the line segment and the curve segment and a certain angle of
attack of three dimensional finite element contact model respectively.The different wear stage of the wheel and the
worn rail contact problem were studied.Through the several kinds of wheel/rail contact model of elastic-plastic
contact calculation,the different model of the contact spot area,contact normal force,Equivalent Von Mises Stress
change rules were summarized.The results showed that with the increase of the operation time,the maximum
Equivalent Von Mises Stress become smaller and stable;track gauge widening impact the change of wheel wear
parts and the wheel/rail wear rules;when the wheel/rail with a certain angle of attack contact,the maximum
Equivalent Von Mises Stress appeared in the flange and rail lateral contact place,and angle of attack to the
influence of the wheel/rail wear is quite serious,the wheel/rail profile in the further optimization design should pay
attention to this problem.
Key words:independent wheel;wheel-rail contact;wear;finite element;angle of attack;
0 引言
独立车轮是“独立旋转车轮”（Independently Rotating Wheel）的简称，最简单的独立旋转车轮就是将刚性轮对的左右车轮解耦，使它们各自独立地绕车轴旋转[1].独立车轮轮组，因为不需要车轴，可缩短轴距，减小转向架的尺寸和重量，使转向架实现轻型化，其空间还可作其它用途，同时独立车轮可降低噪声和磨耗[2].具有独立车轮的城轨车辆得到了更广泛的应用.
独立车轮的稳定性虽然很好，但由于它缺乏纵向蠕滑力的自导向功能，因而曲线通过性能较差.而城市
收稿日期：
基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金（20112124110002）；辽宁省自然科学基金（201202023）；牵引动力国家重点实验室开放课题（TPL1212）
作者简介：马贺（1988-），女，硕士研究生，主要从事轮轨关系的研究
张军（1972-），男，教授，博士后，主要从事轮轨关系的研究
大连交通大学学报第卷轻轨的小半径曲线通常又较多，所以特别容易造成独立车轮因磨耗严重而大大缩短寿命，严重时还可能引发脱轨事故[3].轮轨相互作用愈加剧烈，车轮和钢轨间的磨耗及接触疲劳现象也越来越严重，它不仅大大增加了城市轨道运输成本，而且还直接危害行车的安全[4].钢轨磨损加剧的同时，车轮镟修公里也在缩短，有时甚至还影响车辆运行.过早地更换钢轨、车轮，除人工、材料等的消耗外，还给运输带来干扰.分析钢轨与车轮的磨耗规律，具有重要的现实意义[5].
国内外许多专家与学者对轮轨磨耗问题进行了深入的研究.21世纪初，Jendel等人发展了一套车轮磨耗计算的数值算法[6].Ward等人发展了一套车轮磨耗数值算法，车辆轨道动力学采用ADMAS/Rail模拟一个轮对，轮轨滚动接触分析采用类似于FASTSIM理论的ADMAS/Rail算法确定轮轨接触斑，并进行相应的接触计算[7].2007年，比利时的ARIZON等学者分析比较了广泛用于城市轻轨的四种车轮磨耗预测模型[8].Asadi和Brown基于Arehard磨损模型，用理论和试验两种方式分析比较了两种不同的滑动量计算模型对磨耗的影响[9].金学松等人介绍了车轮磨耗的预测方法，考虑了轮轨动态接触状态，采用数值分析方法分析异常磨耗的地铁车轮和标准钢轨作用情况，且对导致地铁车轮踏面异常磨耗的原因作了简单分析[10].
本文在文献[11][12]的基础上应用轮轨现场实测数据，选取典型磨耗阶段的独立车轮轮型面分别与磨耗后钢轨建立三维弹塑性接触有限元模型，应用Marc软件进行接触计算，分析其磨耗规律及接触斑、接触应力等的变化规律，为轮轨型面的进一步优化设计提供理论参考.
1型面测试及分析
应用轮轨型面测量仪获得大连市有轨电车独立车轮及钢轨的实测数据，通过软件拟合成曲线，如图1、2所示.图1中I型为新镟修还未在线路中使用的车轮型面即标准独立车轮型面，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型分别为独立车轮磨耗到不同时期的轮型面.利用这四种轮型面分别与磨耗到一定程度的钢轨进行有限元弹塑性接触计算.
ⅢⅣ
Ⅰ
Ⅱ
图1不同磨耗阶段独立车轮型面对比Ⅰ
Ⅱ
图2标准钢轨与磨耗后钢轨型面对比
从图1中可以看出四种车轮型面轮缘磨耗比较严重，轮缘厚度逐渐变薄；踏面中部与轮缘磨耗相比磨耗量较少；踏面外侧（远离轮缘侧）相对于踏面中部有一定的磨耗量；踏面外侧有飞边产生，说明此处金属发生塑性流动.图2中I型为标准50kg/m钢轨型面轮廓线，Ⅱ型为磨耗后钢轨型面轮廓线.Ⅱ型钢轨为新调边后的磨耗钢轨，轨顶已经磨平，曲率半径变大，轨顶两侧圆弧半径变小.
2模型建立
采用轮轨型面测量仪测得的数据，选取典型车轮型面与磨耗后钢轨，分别建立直线段、曲线段、曲线
马贺，等：独立车轮与钢轨磨耗问题分析
加宽与具有一定摇头角的有限元接触模型.由于直线段独立车轮轮组结构和载荷具有对称性，故建立单侧车轮有限元模型，钢轨取单侧.而曲线区段和具有一定摇头角的独立车轮轮组不具有如上对称性，故建立整个轮组的有限元模型.钢轨纵向为独立车轮轮组前进方向，钢轨横向与车轴中心线平行（在无摇头角前提下），垂向为竖直向下.
轮缘内侧距1380mm，轨距1435mm，轴重10t，垂直加在轴箱所在的车轴上.曲线段模型在此基础上施加离心力换算成的横向力F，F=MV2/R，由于有轨电车曲线通过速度较小，故V取40km/h，曲线半径R 取50m.钢轨底部三个位移方向全约束，车轴两端施加纵向约束，限制车轮的刚体位移。单侧三维实体有限元网格与接触区网格如图3，接触区单元边长1mm.
（a）三维有限元实体网格(b)接触区二维网格
图3轮轨接触模型有限元网格
3计算结果及分析
基于建立的标准车轮、不同磨耗阶段车轮与磨耗后钢轨的有限元模型，进行三维弹塑性有限元接触计算，在弹塑性计算中，本构关系模型的应力-应变曲线选择经典的双线性强化曲线，计算采用Von Mises屈服条件.此外，标准轮轨在线路上运行一段时间后，轮轨型面很快就变为磨耗的轮轨.与车轮相比钢轨更换周期长，故本文只讨论与磨耗后钢轨的接触情况.
3.1直线区段接触分析
直线区段采用标准车轮、磨耗Ⅱ型车轮与磨耗后钢轨，在车轮位于对中位置（无横移量）的情况下进行三维弹塑性有限元接触计算，两种情况结果比较如图4所示.
图4两种轮轨匹配接触情况比较
图4为标准轮/磨耗轨、磨耗Ⅱ型轮/磨耗轨这两种轮轨匹配情况在直线区段运行时的计算结果，标准轮/磨耗轨与磨耗Ⅱ型轮/磨耗轨相比较，接触斑面积较小，接触法向力较大，接触等效应力较大.由此可见，磨耗Ⅱ型轮/磨耗轨比标准轮/磨耗轨配合好.
3.2曲线区段接触分析
大连交通大学学报第卷曲线区段利用标准车轮和磨耗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型车轮均与磨耗钢轨进行无摇头角有限元接触计算，图5、6、7、8分别为标准轮、磨耗Ⅱ型轮、磨耗Ⅲ型轮、磨耗Ⅳ型轮与磨耗轨的接触等效应力云图.
图5标准型轮轨接触等效应力(MPa)图6磨耗II型轮轨接触等效应力(MPa)
图7磨耗III型轮轨接触等效应力(MPa)图8磨耗IV型轮轨接触等效应力(MPa)从以上应力云图以及计算中的接触斑图可看出在没有摇头角时标准车轮、磨耗Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型车轮与磨耗后钢轨轮缘贴靠时均产生两点接触，由于车轮绕瞬时转动中心转动，轮缘与钢轨侧面之间在接触点处将出现相对滑动，造成轮缘与钢轨侧面的磨耗.因此，在轮轨型面设计时应尽量避免两点接触以减少轮轨磨损.
图9四种轮轨模型最大接触等效应力(MPa)
比较图5-图8，曲线区段也是标准轮/磨耗轨的接触等效应力最大，再次证明了标准轮与磨耗轨配合不如磨耗轮与磨耗轨配合好.通过对图9中四种轮轨模型的最大接触等效应力比较可知，磨耗II型轮轨接触等效应力比标准轮/磨耗轨减少了5.7%，Ⅲ型轮轨较Ⅱ型减少了6.5%，Ⅳ型较Ⅲ型减少了6.4%.不同车轮相同匹配状态（轮缘贴靠）轮轨等效应力不同，磨耗也不同.随着车轮的不断磨耗，最大接触等效应力逐渐变小并趋于稳定.由此可见，以磨耗后的轮轨型面为参考设计新的轮轨型面将会减小轮轨等效接触应力，从而减少轮轨磨耗.
为了使城市轨道车辆能顺利地通过曲线，在半径小于某一值的曲线地段必须作适当的轨距加宽.城轨线路中小半径曲线较多，故有多处曲线加宽.图10(a)为对中位置时轮轨接触等效应力云图，(b)为模拟曲线加宽15mm的有限元模型计算后的轮轨接触等效应力云图.
马贺，等：独立车轮与钢轨磨耗问题分析
(a)对中位置（b）轨距加宽后内轮/内轨
图10直线区段与轨距加宽后轮轨接触等效应力(MPa)
从图10（b）中可以很容易地看出轨距加宽后，位于曲线内侧的车轮与钢轨在车轮踏面外部（远离轮缘处）接触，其等效应力为606.0MPa，比对中位置（图10（a））大11.09%，因此图1中踏面外部较踏面中部有一定的磨耗量.
3.3具有冲角的轮轨接触分析
轮轨的冲角是指车轴垂线与轨道的夹角.图11
所示为有2°冲角的轮轨接触时外轨处的接触斑图.
图11具有2°冲角的轮轨接触斑
具有2°冲角的车轮与钢轨接触时所产生的接触斑位置如图11所示.将轨顶与车轮踏面的接触区域简称为A点，主要承受垂向载荷和制动时的纵向载荷；将轨侧与轮缘的接触区域简称为B点，主要承受横向载荷和部分垂向载荷.由于有冲角的存在，A点相对于B点有一个超前值.A、B两点距离车轴的转动中心线距离不同，在车轮运行过程中，B点处出现宏观相对滑动.
表1不同冲角的轮轨接触情况比较
表1为车轮相对钢轨的冲角分别为2°、4°、6°且轮缘贴靠时，采用Von Mises屈服条件进行弹塑性计算所得的接触法向力、接触摩擦力、接触等效应力数值及变化趋势.
由上表很容易看出，随着冲角的增大，最大接触法向力、最大接触摩擦力均增大，从而影响最大接触等效应力也变大.当冲角2°→4°时，最大接触等效应力增大了21.4%；当冲角4°→6°时，最大接触等效应力增大了82.9%，由此可看出冲角等幅增长，最大接触等效应力增加很快，故冲角对轮轨磨损的影响相当严重.
冲角度数
(度)
最大接触等效应力
(MPa)
最大接触
法向力
(MPa)
最大接触
摩擦力
(MPa)
超前值
(mm)
A B
2703.7786.2152269.0511
4518.6954.6199383.4133
6722.617463431112.352
大连交通大学学报第卷独立车轮轮组在有不同冲角的情况下，受垂向载荷（轴重）、横向力F两种力共同作用时，A、B两点的最大接触等效应力的比较.由表1很容易看出轮轨最大接触等效应力均在B点产生，因而在有一定冲角时车轮的磨损主要发生在轮缘处.随着冲角的增大，最大接触等效应力A点与B点的差值百分比增长幅度很大.可想而知，冲角增大，超前值变大，从而使轮轨间的相对滑动速度增加.对轮轨相互作用来说，这样相对速度的增加意味着摩擦副运动行程的增大.根据磨损的一般定律，势必使轮缘磨损增大[13].
4结论
本文建立了直线区段、曲线区段以及曲线加宽和具有一定冲角的轮轨接触模型，进行了大量的三维弹塑性接触有限元计算，得出以下结论：
⑴在相同的载荷约束条件下，无论直线区段车轮踏面接触还是曲线区段轮缘贴靠，标准轮/磨耗轨接触斑面积较小，接触法向力较大，接触等效应力较大，故磨耗轮/磨耗轨比标准轮/磨耗轨配合好，运行到限的车轮镟修成标准型面不是很合理.
⑵随着运行时间的增加，车轮与钢轨不断相互磨耗，独立车轮轮缘贴靠钢轨时，接触等效应力逐渐减小且趋于稳定，故从减小接触等效应力方面考虑，可以参考磨耗后的轮轨型面进行设计.
⑶城轨线路中，曲线较多，轨距加宽将影响车轮磨耗部位的改变，影响轮轨的磨耗规律.
⑷冲角对轮轨磨损的影响相当严重，冲角增加很小的角度，等效接触应力急剧增长，且具有一定冲角的独立车轮轮缘磨损严重，故在以后的型面优化中应注意此问题.
参考文献：
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摘要：随着我国铁路高速和重载的发展，轮轨磨耗问题日趋严重，每年都给铁路运输业造成巨大的经济损失，其解决与否直接影响到铁路的快速发展。为了进一步了解车轮磨耗的原因，从而提出降低磨耗的有效措施，本文分别从转向架形式、车轮位数、轮瓦磨耗、轮轨磨耗等方面对车轮磨耗进行调研，并将影响铁路货车车轮磨耗的主要因素归结为货车轴重、货物周转量、闸瓦质量、车轮硬度、制动形式、闸调器作用影响及基础制动装置制造尺寸等方面。通过对段修车检修轮对磨耗情况的调研、分析，总结了磨耗规律，提出了改进措施，结论表明，推广应用新型车轮以提高车轮踏面及轮辋硬度、进一步提高制动梁、闸瓦托制造、检修质量，严格控制各项尺寸在公差范围之内、加强对闸调器在运用中正确使用、控制同一轮对两车轮的轮径差使车轮踏面磨耗均匀化的有效途径；铁路货车采用状态修的维修管理办法是控制和降低轮缘磨耗发生的有效手段。提出的建议可为改善车轮磨耗，降低检修劳动量，确保运输安全具有实际意义。 关键词：车轮踏面圆周磨耗；轮缘磨耗；原因分析；改进措施 中图分类号： u272 文献标识码： a 文章编号： 1673-1069（2016）21-86-3 0 引言 随着我国铁路高速和重载的发展，车轮损伤形式逐渐呈多样性，尤其是轮对踏面圆周磨耗及轮缘磨耗问题日趋严重，严重影响货车车辆的运行品质，本文对车轮损伤的性质及产生原因进行了分析，对车轮损伤产生的危害进行了阐释，为进一步分析车轮磨耗的规律，探究其产生原因，提出改进措施，本文分别从转向架形式、车轮位数、轮瓦磨耗、轮轨磨耗等方面对车轮磨耗进行调研，并将影响铁路货车车轮磨耗的主要因素归结为货车轴重、货物周转量、车轮硬度、制动形式及基础制动装置制造尺寸等方面。通过对段修车检修轮对磨耗情况的调研、分析，总结了磨耗规律，提出了改进措施，结论表明，推广应用新型车轮以提高车轮踏面及轮辋硬度、进一步提高制动梁、闸瓦托制造、检修质量，严格控制各项尺寸在公差范围之内是降低车轮踏面磨耗并使车轮踏面磨耗均匀化的有效途径。此次调研是为了通过对运用货车轮对故障现象的分析，总结规律，查找损伤产生原因，提出改进措施，降低轴承等零部件的损伤，降低轮对旋修量，提高生产效率，经济效益，保证货车运行平稳性，提高车辆运行品质。 1 车轮损伤及其危害 1.1 车轮的损伤形式 车轮、轮毂是车辆的重要走行部件，在使用中情况较复杂，运用情况恶劣及其在材质及制造工艺上的缺陷等都会造成车轮的损伤，在车轮故障中，踏面擦伤与剥离、车轮裂纹、车轮踏面熔渣、踏面圆周磨耗、轮缘磨耗、轮缘碾堆等，他们都直接威胁着行车安全。 1.1.1 踏面剥离 1.1.1.1 损伤性质 在货车运用中，车轮踏面剥离主要分为制动剥离、接触疲劳剥离及擦伤剥离三种，从材料失效的机理分析，一类是由交变接触应力应力引起的接触疲劳损伤，另一类是由摩擦热循环引起的热疲劳损伤。剥离的产生会加大旋修工作量，降低车轮使用寿命。 1.1.1.2 产生原因 制动剥离是由于制动力不适当，闸瓦与车轮接触部位产生高热导致车轮踏面金属相变，轮瓦接触部位产生高热，在轮轨接触应力作用下，车轮踏面沿疲劳原形成剥离掉块现象。 接触疲劳剥离是由于轮轨接触应力累积所致，当车轮踏面的剪切应力大于踏面剪切屈服强度时，是车轮踏面表层产生塑性变形，在长期的运行中，踏面表面产生疲劳掉块而形成剥离。 擦伤剥离是由于车轮与钢轨之间出现局部摩擦或滑动摩擦，使踏面产生高热，导致车轮
胎面磨耗等级： *超过100-较优 *等于100-标准 *低于100-较差 磨耗等级是根据在美国政府指定的试验场地，按标准条件测试的磨耗率换算得出 的。如某轮胎磨耗等级为200，则表示它在政府指定的试验场地上比等级为100的 轮胎可以多跑一倍的时间。而实际上轮胎的磨耗率与使用条件有关，例如：驾驶习惯、 载重量、路面状况、气候条件、轮胎定位等皆会影响。 注：磨耗率只能适用于同一制造商的产品进行比较，不同品牌不能予以比较。 抓地级数： *共分为4个级别：AA、A、B、C，AA级别最高。 温度级数： *共分为3个级别：A、B、C，A级别最高。 [本帖最后由复杂老夫于2010-11-4 21:40 编辑] [每日热点]: 10款奥迪S5…… 找组织回复本帖举报评分复杂老夫 加关注 | 发短消息 老顽童 离休干部 5楼 发表于2010-10-12 15:29 轮胎载重指数对照表：（凯越原装轮胎的载重指数是85） [本帖最后由复杂老夫于2010-10-21 09:46 编辑] 附件点击查看原图(162.45 KB)
财产: 181984 爱卡币 帖子: 39676帖 查看>> 注册: 2005-08-22 来自: 广东|深圳 状态: 在线 [每日热点]:为爱卡十年与速腾车友的联合FB 回复本帖 举报 评分 复杂老夫 加关注 | 发短消 息 6楼 发表于 2010-10-12 15:40 轮胎升级对照表： 对想要做轮胎升级的车友来说，最重要的当然就是要确认自己轮胎可以升级到多大的规格；有一个最简单的原则，那就是升级之后的轮胎规格，整个直径与原先轮胎的“直 径数据”之差必须控制在〝3%〞之内。 不会看表格的TX 请看“轮胎计算器”： https://www.doczj.com/doc/de10500513.html,/bbs/viewthread.php?tid=13287879
轮胎异常磨损的特征及原因分析
详细说明如下： 1．胎冠两肩磨损 造成胎肩过度磨损的原因主要有：汽车轮胎气压不足或汽车超载。这样将使轮胎胎冠接地印迹增宽，并且中部略向上拱起，因此招致胎冠两肩着地，形成胎冠两侧的偏磨，汽车超载或胎压不足还会引起油耗增大，并会造成胎温过高而产生爆裂。 2．胎冠中央磨损 引起胎冠中央过度磨损的主要原因是轮胎气压高于标准压力，从而使轮胎刚性增大，与地面接触面积减少。另外在行驶中随着轮胎内部 温度升高，轮胎气压还有继续升高的趋势。这样容易造成轮胎胎冠中部磨损增加，花纹底部开裂。 轮胎胎压过高还会使帘线层过度伸张，甚至产生折断、破损，并且容易在不平路面高速行驶时，由于遇到障碍物冲击而发生爆裂。 3．胎冠内侧或外侧产生偏磨 胎冠内侧或外侧偏磨的可能原因有： (1)前轮前束不合格；车轮外倾角过大或过小。
(2)汽车频繁地急转弯。 (3)汽车前轮长期没有换位。 前轮外倾角和前轮前束不合乎标准会造成转向轮产生偏磨。此外，有些后桥为独立式悬架的车桥，也存在车轮外倾角。如果调整不当，也会造成轮胎偏磨。 4．胎冠由外向内或由内向外呈锯齿状磨损 轮胎胎冠磨损呈锯齿状，均与汽车前束有关。如果胎冠由外侧向里侧呈锯齿状，说明汽车前轮前束过大(对于独立悬架的后轮来说，亦然)；反之，若胎冠由里侧向外侧呈锯齿状磨损，说明汽车前轮前束过小。 5．胎冠呈波浪状或碟边状磨损 如果轮胎出现这两种形式的磨损，说明： (1)汽车车轮动平衡不良，在转动中出现抖动。 (2)汽车车轮轮毅磨损松旷，或是轮毅轴承松旷及调整不当。 (3)前轮定位不准。 (4)悬架系统有故障。 分析以上几种常见的轮胎磨损形式可以看出，造成这些现象的根本原因在于轮胎在使用中出现了不正常的变形，使得轮胎内部受力恶化，发热严重。变形越大，轮胎越易损坏。因而，正确使用和保养轮胎的关键，就在于保证轮胎的正常变形。这里提醒车主，在轮胎的使用中注意： (1)掌握轮胎充气标准，及时检查。 (2)掌握合理的行车速度。 (3)保持正确的前轮定位和良好的汽车技术状况。 (4)按操作规范驾驶汽车。
铁道行业职业技能鉴定 铁路线路工高级工操作技能考核 准备通知单 试题名称：测量高速铁路曲线钢轨磨耗（无砟轨道） 考核时间：60 min 一、鉴定站准备 1.材料准备 记录用表格。 2.设备设施准备 曲线钢轨磨耗地段100 m线路。 3.工、量、刃、卡具准备 钢轨轮廓仪（台）。 4.考场准备 考试需要在天窗时间内进行，考场要有充足的照明。作业用头灯每人配备一个。 二、考生准备 考生自带劳动保护用品、笔。
铁路线路工高级工操作技能考核试卷 试题名称：测量高速铁路曲线钢轨磨耗（无砟轨道） 一、技术要求 1.能够正确组装仪器，并通过调试使仪器能够正常使用。 2.能够利用仪器检测钢轨的磨耗量。 3.根据检测结果判断钢轨伤损级别，并制定相应的处理方案。 4.作业完毕，整理仪器。 二、考核要求 曲线地段钢轨每10 m各测一处上下股垂磨、侧磨、45度磨耗、总磨耗。 三、考核时限 1.准备时间：0 min。 2.正式操作时间：60 min。 3.计时从考生得到允许作业的命令之时开始，到考生汇报作业完毕之时结束。 4.在规定时间内全部完成，不加分，也不扣分。每超时1 min，从总分扣2分，总超时5 min停止作业。 四、考核评分 考评人数：3人。 评分要点：1.组装仪器的方法正确。2.检测结果及轻重伤钢轨的标记准确。3.提出处理意见。 评分程序：1.作业过程。2.作业质量。 评分规则：1.各项配分扣完为止，不出现负分。2.考评员各自打分，取平均值为总分。 五、否定项 1.未认真执行上下道规定（如未清点工具、材料）。 2.作业中发生磕手碰脚等人身伤害事故。 3.作业完毕工料具发生遗失。
钢轨波型磨耗概述 1．钢轨波形磨耗的产生机理 钢轨波浪型磨耗(简为波磨)一般有三类：磨损性波磨、塑流性波磨和混合性波磨。轨头有明显的波浪型磨损痕迹，钢轨上呈显可见的波谷与波峰，但无明显磨损凹陷，属于磨损性波磨，也是最常见的一种波浪型磨耗。地铁中产生的主要就是这种磨损性波磨。 根据对波长特征的调查分析，认为磨损性波磨是由于轮对在通过曲线时，轮对扭曲共振导致交替的纵向力，从而在轮对与钢轨间发生纵向滑动而产生波磨。这不仅与轮对的重力角刚度特性有关，而且与曲线曲率及轮轨黏着状态有直接关系，主要是轮轨之间的粘滑振动导致内轨顶面的波磨。当车辆通过曲线半径较小的线路时，由于轮对冲角的改变，轮轨的纵向剪切力超过轮轨黏着极限，轮轨间发生纵向滑动，滑动处形成波谷；滑动后释放了积累的能量，使轮轨又处于黏着状态，轮轨磨损减轻，该处形成波峰。这种粘滑振动不断重复，形成了钢轨表面的波磨。 2．粘滑振动与钢轨波形磨耗的关系 若所有的车辆具有极好的一致性，且运行速度一致，则容易在所经过的曲线上，特别是在圆曲线上形成有规律的振动，这种振动往往使右侧轮子与内轨间发生大的滑动，当轮轨接触面的切向力足以破坏轨道顶面的金属材料时，或使其发生低周疲劳，则波磨就会产生。因此，在一定外界条件共同作用下的粘滑振动是地铁曲线波形磨耗发生的重要原因。任一个外界条件的消失，都能够使波磨消失。 3．波磨容易出现的位置 大量计算分析表明，该粘滑振动的发生规律与现场出现的波磨发生规律相吻合，即这种振动容易出现在曲线内轨的圆曲线上，容易出现在曲线半径较小的区段，容易出现在轮轨粘着条件较好的地下洞内的轨道上，容易出现在轨道刚度较大的整体道床上。 4．钢轨波型磨耗的影响因素（影响粘滑振动的因素） （1）影响粘滑振动的首要因素是蠕滑率和蠕滑力之间的负梯度特性，对粘滑振动形成与否有着决定性作用。 （2）蠕滑力饱和后负斜率不同，可能产生轮对的粘滑振动的频率也不同。蠕滑力饱和后如无下降，无论其他条件如何，均不会发生粘滑振动。 （3）轨道的横向刚度和轮对的扭转和弯曲刚度，轨道的刚度低到一定程度就会使耦合振动消失。调查也发现采用木枕的道岔上没有这种波磨，而整体道床的道岔上有严重的波磨。同样轮对扭转和弯曲刚度的减小也会使耦合振动消失。
小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施 小半径曲线的换轨周期，主要由上股钢轨的侧面磨耗和波形磨耗来控制。我国铁路行业小半径曲线上的钢轨有98％是由于侧面磨耗超限而报废的。对于小半径曲线上的钢轨而言，轮轨的磨耗和损伤十分严重，具体表现在曲线上股钢轨侧磨加剧，导致几何形状发生改变，有效截面减小，影响运营安全。因此，必须在钢轨磨损达到一定限度时就更换钢轨，以保证列车的运营安全。严重的钢轨侧面磨耗减少了钢轨的强度，加剧了钢轨的伤损，缩短了钢轨的使用寿命，不仅浪费大量的资金，而且还干扰运营任务的完成。因此，延长钢轨使用寿命对解决轨道交通因钢轨磨耗而出现报废的问题具有积极意义。 1 曲线钢轨磨损机理 钢轨磨耗主要有垂直磨耗、侧面磨耗、鞍型磨耗和波形磨耗（简称波磨）等。其中影响最大的是钢轨的侧面磨耗和波形磨耗，下面就这两种磨耗机理进行简单阐述。 1.1 波磨机理 波形磨耗是指钢轨使用后钢轨顶面出现的波形不均匀磨耗。按其波长分为短波（波纹形磨耗）和长波（波浪形磨耗）两种。据研究，钢轨波形磨损形成的充要条件是轮轨接触点上的法向力和切向力联合作用结果，使旧钢轨轨头内产生2～7mm深的塑性区，并且在纵向负蠕滑率作用下，塑性区向上向前产生碾压变形基础单波，同时踏面经过不均匀磨耗和压宽，由单波发展成多波，从而导致波形磨损的发生和发展。在轮轨系统中，影响钢轨波磨形成的因素很多，大致分为两类：一是轮对的扭转粘滑振动的强度，它决定了是否会形成钢轨波磨；二是在车辆运行条件下，钢轨波磨是否会进一步发展，是加速还是减缓波磨的发展，则取决于轨道弹性和阻尼、机车车辆及其走形部构造特性、曲线半径、轮轨间粘着系数及轮轨蠕滑力特性曲线、轨道不平顺等因素(见图1)。 图１波磨示意图
SS4型机车轮对异常磨耗原因分析 及处理措施 宁兴良 朔黄铁路机辆分公司河北肃宁县 062350 摘要：本文总结了朔黄线上运用的SS4型电力机车轮对异常磨耗对机车所造成的各种不利影响，分析了其形成的原因,并根据现有技术条件采取了相应措施的解决措施，使机车轮对的技术管理做到了有序可控，提高了轮对使用寿命，确保了机车的正常运用。 关键词：轮对磨耗异常处理措施 0引言 轮对作为机车走行部关键部件之一，它不仅承受着巨大的静载荷和动载荷,还刚性的承受来自钢轨接头、道岔和线路不平顺等垂直和水平方向的作用力，从而实现机车牵引力的传递及导向。因此，轮对是一个受力复杂、负重很大、工作条件恶劣的重要部件，其外形尺寸是否符合技术要求、材质是否有缺陷，对保证运用安全是非常重要的。一旦轮对状态不良，轻者可能引起机车振动，重者可能造成机车脱轨、列车颠覆等行车事故。 1.问题的提出 朔黄铁路通车后，从2003年开始，部分SS4机车陆续出现了机车震动大、走行部异音、一系圆簧断裂、齿轮箱和抱轴箱裂损等一系列问题,影响了机车的正常运用和运输生产。 我们通过观察车轮表面状况以及对车轮尺寸报表进行分析，并与机车运用情况相结合，发现在机车轮对镟修走行18万公里后，机车车轮外形出现异常磨耗，主要有表现在以下几个方面。 1.1轮对踏面非正常磨耗比较严重，轮对踏面磨耗不均匀。轮对的不圆度最严重的达到了3mm以上以及个别轮对的箍厚差大于2mm（轮径差大于4mm）。 1.2轮缘偏磨现象较为严重，个别轮对的左右轮缘厚度差达到了4mm，一侧的轮缘磨耗量较小甚至在数据上反应不出来，而另一侧则磨耗严重。此时在轮对镟修时，需要较大的镟削量才能恢复踏面原形，造成了个别轮对的十万公里踏面磨耗量达到了3mm。踏面磨耗不是“磨”下去的,而是“镟”下去的。
外胎是由胎体、缓冲层（或称带束层）、胎面、胎侧和胎圈组成 1、Bead：胎唇部； 2、sidewall：胎侧； 3、tread：胎面；4belt：缓冲层；5、carcass：胎体帘布层。 3.1.8 Tread wear simulation using adaptive meshing in Abaqus/Standard 3．1.8使用自适应网格在Abaqus/Standard中进行轮胎磨损仿真分析 软件：Abaqus/Standard
这个例子在Abaqus/Standard中使用自适应网格技术对稳态滚动的轮胎进行建模。这次分析使用类似“Steady-state rolling analysis of a tire”Section 3.1.2来建立稳态滚动轮胎的接地印迹和状态。接着，进行稳态传输分析来计算和推测持续分析步，在稳态过程中产生一个近似瞬态磨损解。 问题描述和建模 轮胎描述和有限元建模和“Import of a steady-state rolling tire，”Section 3.1.6一样，但是有一些不一样，在这里需要指出。由于这次分析的中心是轮胎磨损，所以胎面建模需要更加精细。另外台面使用线性弹性材料模型来避免超弹性材料在网格自适应过程中不收敛。 图1所示的是轴对称175SR14轮胎的一半模型。橡胶层用CGAX4和CGAX3单元建模。加强层使用带有rebar层的SFMGAX1单元模拟。橡胶层和加强层之间潜入单元约束。橡胶层的弹性模量为6Mpa，泊松比为0.49。剩下的轮胎部分用超弹性材料模型模拟。多应变能使用系数C10=10^6,C01=0和D1=2*10^8。用来模拟骨架纤维的刚性层和径向成0°，弹性模量为9.87Gpa。压缩系数设置成受拉系数的百分之一。名义应力应变数据用马洛超弹性模型定义材料本构关系。Belt fibers材料的拉伸弹性模量为172.2Gpa。压缩系数设置成拉伸系数的的百分之一。Belt的纤维走向在轴向±20°内。 旋转前面的轴对称一半模型可得到局部三位模型，如图2所示。我们关注轮胎印迹区域的网格。将局部模型镜像后可得到完整的三维模型。
城市轨道交通钢轨波纹磨耗成因的探讨Discussion on the Cause of Rail Corrugation in Urban Rail Transit 1 引言 随着我国城市轨道交通建设的飞速发展，城市轨道交通已逐步成为城市中振动及噪声的主要污染源。由于轨道结构是振动传播的重要环节，因此环境影响评价中对于振动及噪声超标的敏感点，一般均要求在轨道结构上采取减振措施，以谋求线路开通后周边建筑物的振动及噪声满足要求。 在各类减振轨道结构中，扣件减振是最经济、最方便施工、最便于养护维修及更换的减振措施，国内外城市轨道交通中均有采用。然而在对我国新开通的城市轨道交通线路调研中，发现采用减振扣件的一些区段出现了类似高铁线路上的钢轨波纹磨耗问题（以下称为钢轨异常波磨问题），波长为60mm 左右，并伴随有轮轨啸叫声。城市轨道交通中因减振带来的异常波磨问题已逐渐成为当前轨道结构领域亟待解决的问题及研究热点。 2 钢轨波纹磨耗的定性分析 为全面掌握北京地铁钢轨异常波磨的情况及分布规律，课题组对钢轨波磨情况进行了系统、深入调研，并对发生波磨地段的长度、波磨特征、里程、车辆速度、线路条件、减振扣件类型等进行了详细统计，整理了详实的基础数据资料，并在此基础上对波磨的分布规律进行深入的总结分析[1]。 2.1 异常波磨的主要特点及定性分析 纵观国内外钢轨波磨成因的理论，大体分为动力类成因和非动力类成因两大类，动力类成因指钢轨波磨是轮轨系统动力作用的结果，非动力类成因主要从钢轨材质、冶炼、加工工艺等方面解释波磨的成因。 对于五号线钢轨异常波磨的成因，主要就以下几方面的特点进行定性分析,见表1。 此外，对于扣件刚度对波磨的影响问题，从既有文献来看，一般认为降低轨道刚度对于减缓波磨有利[5，6]，但地铁工程的实践表明，扣件刚度的降低虽增加了轨道弹性，但反而更易引起钢轨波磨。扣件刚度对波磨的影响，有以下几方面。 一方面，扣件刚度的降低使得轨道变形加大，轮轨接触面积随着增大，因此轮轨接触应力有所降低，有利于减缓钢轨波磨； 另一方面，扣件刚度的降低将导致在动荷载作用下钢轨更易发生弯曲振动，故易导致钢轨异常波磨产生； 再者，为降低扣件刚度，需对垫板的材料配方、几何参数等进行设计，刚度调整的同时将使得扣件系统的阻尼特性发生改变。相关测试结果表明，扣件刚度的降低可能导致其高频下的阻尼值降低较多，导致轮轨接触界面振动加剧，加速异常波磨的产生[1]。这可能是目前已开通线路上各种减振扣件地段的波磨程度差异较大的主要原因之一。 因此，扣件刚度调整是否会导致波磨的产生是各种因素综合作用的结果，不能仅从扣件刚度的大小直接判定是否易导致钢轨异常波磨产生。 3 动力仿真分析 在以上定性分析的基础上，通过建立车辆/轨道系统动力仿真模型，从轮轨垂向振动理论的角度，通过对轮轨系统的随机响应振动特性进行动力仿真计算，以对钢轨异常波磨的成因进行理论分析。 目前在诸多钢轨波磨成因理论中，轮轨垂向振动理论认为轮轨接触频率与钢轨波磨有直接关系[5]。因此动力仿真分析主要通过计算能反映轮轨相互作用状况的轮对加速度频谱特性来评估轮轨接触作用与钢轨波磨形成的相互关系问题。影响因素主要考虑扣件刚度、扣件阻尼及车辆速度。 仿真分析中车辆采用B型车，轨道不平顺采用随机不平顺激扰，钢轨为60kg/m钢轨。车辆速度除有特别说明之外均为70km/h。 3.1.1扣件刚度的影响 摘要本文在对北京地铁部分线路钢轨波纹磨耗问题进行系统调研及定性分析的基础上，通过建立车轨动力仿真模型，对扣件刚度、阻尼及车速与钢轨波纹磨耗的关系进行了动力仿真分析，并提出相关建议，为既有线整治及新线预防提供参考。 关键词城市轨道交通钢轨波纹磨耗成因分析动力学 Abstract: This paper has made a dynamic simulation analysis based on the corrugation problem in some metro lines to make a system research and analysis, through establishing vehicle rail dynamic simulation model to analysis faster stiffness, damping and relation between train velocity and rail corrugation to propose advices for the references of the existing metro line and new construction line. Keywords: Urban Rail Transit; Rail Corrugation; Cause Analysis; Dynamics
中华人民共和国铁道部部标准 TB 2097-89 钢轨允许磨耗限度 1 主题内容与适用范围 本标准规定了钢轨的垂直磨耗、侧面磨耗及波形磨耗的允许限度。 本标准适用于38、43、50及60kg/m国产与非国产钢轨。 2 总则 2.1 钢轨磨耗超限是钢轨伤损的一种类型。钢轨磨耗量由总磨耗、垂直磨耗与侧面磨耗表征。总磨耗表示由于磨耗而使钢轨头部断面积减少的程度。 总磨耗=垂直磨耗＋侧面磨耗。 2.2 本标准是划分因磨耗而造成的钢轨轻、重伤的依据。磨耗达到重伤限度的钢轨应立即更换，不得再使用于本等级线路上；磨耗轻伤钢轨应注意观察其磨耗的发展趋势及其他类型伤损的相伴发生。 钢轨产生波形磨耗时应及时打磨，波形磨耗钢轨达到允许限值时应立即更换。 2.3 根据下列原则制定钢轨允许磨耗限度； 2.3.1 钢轨磨耗达到允许限度时尚能保证钢轨具有足够的强度与抗弯性能。 2.3.2 钢轨达到允许磨耗限度时机车车辆轮缘在最不利情况下不致接触到接头夹板。 2.3.3 波磨钢轨的波谷深度达到允许限度时不致引起轨道部件的损伤及养护工作量的急剧增加。 3 钢轨允许磨耗限度 3.1 各类钢轨磨耗量达到表1所列数值之一者即为轻伤钢轨。 中华人民共和国铁道部1989-09-01批准 1990-05-01实施
1 TB 2097-89 3.2各类钢轨磨耗量达到表2所列数值之一者即为重伤钢轨。 3.3 波形磨耗分为波纹磨耗与波浪磨耗两种。根据波形磨耗的类型，波谷深度的允许限度值见表3。 注：波纹磨耗波长为30～80mm，波长大于80mm时为波浪磨耗。 4 钢轨磨耗的测量 4.1 钢轨磨耗量测以标准断面为基准。 4.2 垂直磨耗在钢轨垂直中心线处量测。侧面磨耗在钢轨轨顶下14mm处量测，见图1。波形磨耗量测波谷深度。
基金项目:国家自然基金项目(50775162) 收稿日期:2008-01-14 修回日期:2008-01-16 第26卷 第2期 计 算 机 仿 真 2009年2月 文章编号:1006-9348(2009)02-0274-04 轮胎均匀磨损建模与仿真 董保利,左曙光,吴旭东 (同济大学汽车学院,上海 201804) 摘要:建立了轮胎均匀磨损模型并进行了仿真。在已有轮胎刷子模型的基础上建立轮胎接地模型,和轮胎运动模型结合起来,建立了可预测轮胎均匀磨损的稳态模型。磨损量是表征轮胎磨损程度的关键指标,通过分析从能量的角度对磨损量进行了初步估算。轮胎磨损模型主要考虑了轮胎力学特性,通过仿真分析了纵向力、侧向力和侧偏角对磨损量的影响趋势,得出了应着重于轮胎侧向力学特性来控制轮胎磨损量的结论,因此对车轮定位参数优化能更好地减少轮胎磨损。所建模型有利于进一步研究轮胎瞬态磨损和偏磨损。关键词:汽车工程;轮胎模型;均匀磨损;轮胎力学中图分类号:U463 34 文献标识码:A M odeli ng and Si m ulation of E ven T i reW ear DONG Bao-l,i Z UO Shu-guang ,WU Xu-dong (D epart ment o fV eh i c le Eng i neer i ng ,T ong ji U nivers it y ,Shangha i 201804,Chi na) AB STRACT :A tire m ode l was established and si m ulated for even tire wear here .W ith a co m bi nation of ti re rolling m ode l and tire contact mode,l a nove l emp irical model w as deve l oped to pred i ct tire wear .On l y steady-state even tire w ear w as taken i nto account here .A s a key para m eter to descr i be tire wear ,the ti re wear a m ount was calcu lated in t he v ie w of ene rgy .T he tire w ear mode l considered the tire m echan i cs cha racte r var i ation .T he e ffects o f latera l force ,l ong i tudi na l force and slip ang le on t he w ear a m ount were si m ulated then .T he change o f diff e rent para m eters affected the w ear a m ount accordi ng l y .It s conc l uded that the l a teral tire m echanics shou l d be emphasized fi rstl y to contro l tire w ear .So the opti m i zati on of whee l a li gn m ents cou l d reduce tire w ear effec tive l y .The syste m can he l p to analyze the transi entw ear and uneven w ea r .Furthermo re ,a new way to i ntegrate the l ong it udi na,l late ra l and ve rtica l m oti on was obtai ned .K EY W ORDS :A uto m otive eng i neering ;T i re mode;l Even w ear ;T ire m echan i cs 1 引言 现代社会对轮胎在环保方面提出了很高的要求,因此需要对轮胎磨损进行深入研究。从国内外现有文献来看,轮胎 磨损理论研究主要集中在轮胎磨损微观机理和对磨损量的预测上。轮胎磨损源于胎面和路面间的摩擦作用,胎面磨耗是轮胎在纵向和侧向切线应力作用下与路面相互滑移摩擦,胎面胶表层受到机械应力、热、氧等因素的综合作用,发生分子链与铰接链破坏的复杂过程[1,5]。然而轮胎磨损现象非常复杂,受驾驶条件、环境因素和轮胎材料等多方面影响。磨损量是表示胎面耐磨程度的重要指标,直接关系到轮胎寿命。因此如何表征轮胎的数值磨损量在理论上有重要意义, 也是把防止轮胎磨损和车辆轮胎匹配从实际上升到理论的 不可或缺的关键之一。 怎样科学地运用数值解析法表述轮胎的磨损量,目前尚无成熟的理论方法。本文以此为突破口,借鉴已有相关理论,并参考相关实验报告[1-2],建立经验轮胎模型,对轮胎磨损进行了进一步探讨。所建模型并不一定可以直接计算出轮胎磨损数值,但是可以更直观地描述轮胎磨损量和以及和轮胎力学特性之间的关系。 2 轮胎力学模型 轮胎磨损是一个长期的复杂过程,有均匀磨损和偏磨损两种情况。影响轮胎寿命的主要是均匀磨损,故这里仅考虑稳态的均匀磨损,即假设轮胎在宽度上磨损均匀,不考虑外倾角等带来的偏磨损。对单一运动工况下的汽车从动轮,将轮胎力学模型分为运动模型和接地模型两块。
城市轨道交通车辆轮对磨耗分析及镟修经济性管理 发表时间：2019-03-13T16:32:22.713Z 来源：《新材料·新装饰》2018年8月上作者：张运昆 [导读] 通过对某地铁线路的车轮磨耗进行了跟踪测试，掌握了该线路车轮磨耗特征；从轮轨关系研究的角度，分析了轮缘异常磨耗的原因；基于磨耗功的车轮磨耗评价方法，提出了车轮磨耗减缓措施 （重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆 401120） 摘要：通过对某地铁线路的车轮磨耗进行了跟踪测试，掌握了该线路车轮磨耗特征；从轮轨关系研究的角度，分析了轮缘异常磨耗的原因；基于磨耗功的车轮磨耗评价方法，提出了车轮磨耗减缓措施。车轮磨耗测试结果表明，该线路地铁车轮以轮缘磨耗为主，且存在轮缘偏磨现象；轮缘缺乏润滑和线路小半径曲线分布不对称是造成轮缘磨耗过大和轮缘偏磨的主要原因。仿真结果表明，适当降低一系纵向刚度有利于减缓车轮磨耗；采用轮缘润滑或小半径曲线外轨轨侧涂油等方式降低摩擦系数，能显著降低轮缘和轨侧磨耗，以减缓轮缘偏磨现象。 关键词：车轮磨耗；轮缘润滑；镟修 1 车轮磨耗试验分析 某地铁线进行了车轮磨耗测试，车轮磨耗测试时车辆运行里程如表所示，车轮从开始运行至测试期间均未进行过镟轮处理，且线路也未进行过打磨处理，车辆在该线路为不掉头运行。 该地铁线路列车车轮采用LM型面，其标准型面的FH、FT和QR的值分别为27mm、32mm 和9.2mm。对所有测试车轮的磨耗控制参数进行了计算和统计，结果如图所示。 由图的轮缘高度统计结果可知，轮缘高度几乎与车辆运行里程成正比，所有车辆几乎均表现为左侧轮缘高度大于右侧，即左侧车轮踏面磨耗量大于右侧车轮。对单个轮对统计发现，超过三分之二的轮对表现为左侧车轮轮缘高度大于右侧车轮。此外，所有车轮轮缘高度值均大于标准LM 型面，出现“轮缘虚增高”现象。“轮缘虚增高”现象严重时会使车轮较难通过道岔，并且有可能切断钢轨有缝接头的鱼尾板螺栓而造成车辆颠覆。 由图的轮缘厚度统计结果可知，所有车辆轮缘厚度平均值均小于LM 标准型面的轮缘厚度值。轮缘厚度值过小，说明轮缘存在明显磨损现象，将会使轮对与钢轨间的间隙过大，增加列车在运行时发生的横向移动，可能会引起车辆的蛇形运动，对列车运行的稳定性、舒适性和安全性造成一定影响。另外，除 T4 列外，其它列车约有73%的轮对表现为左侧车轮轮缘厚度小于右侧车轮，轮缘存在严重非对称磨耗现象，这可能与该线路车辆不掉头运行有关。T1 列和T2 列两次测试时轮缘厚度值基本未发生变化，T1 列两次测试整列车平均轮缘厚度分别为29.44 mm 和29.47 mm，T2 列两次测试整列车平均轮缘厚度分别为30.23 mm 和30.25 mm，这是由于轮轨经过一定时间的磨合后，轮缘与小半径曲线外轨处于共形状态，轮缘磨耗处于稳定阶段。对车轮磨耗测试数据的分析，不难发现该线路车轮踏面磨耗基本正常，但轮缘存在异常磨耗现象。 2 地铁车辆轮缘磨损原因分析 在车辆运用中，因轮缘根部与钢轨外侧面的频繁挤压，造成轮缘根部发生磨损；而踏面擦伤、剥离改变了踏面的基本型线，加剧了轮对踏面在轨面上的径向跳动，同样会加剧轮缘的根部磨损。因此，轮缘的异常磨损主要与轮对、轮对踏面状态有直接关系。 1、轮对与转向架无横向位移，加剧了轮缘根部的磨损。该地铁车辆轮对与转向架的连接采用的是固定轴箱连接，通过车体与转向架之间的抗侧滚扭杆横动进行车厢在弯道时的复位。而轮对与转向架采用轴箱拉杆连接，两者之间无横向移动装置，当车辆通过曲线和道岔时，轮对踏面斜率自动调正轮对的能力降低，主要依靠钢轨挤压轮缘侧面进行，过多的刚性摩擦导致轮缘磨损加剧。曲线半径越小，造成的轮缘磨损越剧烈。 2、踏面剥离及沟状磨耗加快轮缘的磨损。由于车辆制动力过大，使得闸瓦完全抱死轮对，造成擦伤剥离，以及较强制动力产生的瞬间高温来不及散发，造成制动剥离。踏面沟状磨耗主要表现为轮对踏面表面磨有一道或多道凹槽，主要与闸瓦有金属镶嵌或本身材质与轮
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/de10500513.html, 高速铁路钢轨磨耗的分析研究 作者：于家敏 来源：《科学与财富》2020年第02期 摘要：高速铁路列车轴重轻，速度快，钢轨的磨耗有其自身的特点，本文作者通过对全国主要著名的几条高速铁路钢轨磨耗情况的长期跟踪观测，重点分析与总结了高速铁路钢轨的磨耗特点。通过结果表明：高速铁路直线段钢轨的垂直磨耗量与磨耗速度相对比较小，而小半径曲线地段钢轨的侧面磨耗严重，已影响到钢轨的使用寿命。建议在小半径曲线地段使用在线热处理钢轨，同时进行钢轨润滑，以减少钢轨磨耗。 关键词：高速铁路;钢轨;垂直磨耗;侧面磨耗 引言钢轨磨耗是影响钢轨使用寿命的重要因素，按照磨耗的部位的不同，钢轨磨耗分为垂直磨耗与侧面磨耗，其中垂直磨耗在钢轨轨顶面宽三分之一处，距标准工作边测量，侧面磨耗在钢轨踏面，按标准断面下的16毫米处测量。目前，普通速度的钢轨的垂直磨耗，侧面磨耗重伤标准分别是11毫米与19毫米，高速铁路钢轨的垂直磨耗，侧面磨耗重伤标准分别是10毫米和12毫米。直线段钢轨的磨耗以垂直磨耗为主，而曲线段钢轨上股以侧面磨耗为主，下股以垂直磨耗为主。 高速铁路列车轴重轻，速度快，钢轨的磨耗有其自身的特征。我国高速铁路钢轨磨耗虽然己经开展了一些研究。但由于我国高速铁路尚处于运营初期，高速铁路钢轨的磨耗特征及规律还需要持续的跟踪研究。本文通过对我国高速铁路钢轨磨耗情况的长期跟踪测量，分析总结了高速铁路钢轨磨耗的一些规律及特点。研究结果表明：尖轨和基本轨磨耗发展呈现逐渐收敛的趋势;基本轨垂向磨耗在轮载过渡区前后较大，在轮载过渡区相对较小，直尖轨垂向磨耗比曲尖轨更严重;曲尖轨侧向磨耗明显大于直尖轨，在轮载过渡区前侧向磨耗较小，轮载过渡区侧向磨耗明显，基本轨侧向磨耗主要集中在尖轨前端及岔前区域，直基本轨侧向磨耗比曲基本轨更严重。试验结果可为磨耗仿真研究提供试验验证，同时可为高速道岔的养护维修提供科学指导。 一.磨耗的跟踪观测情况 从2008年我国第一条高速铁路开通以来，开始对多条高速铁路钢轨的磨耗情况进行了长期的跟踪观测，测点布置及观测时间。利用轨头廊形测量仪对钢轨测点测量了轨头外形，然后利用软件计算出钢轨的垂直磨耗和侧向磨耗。 二.磨耗的分析与结果 1.直线段钢轨外形与磨耗情况
2010年9月第36卷第9期北京航空航天大学学报J o u r n a l o f B e i j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s S e p t e m b e r 2010 V o l .36 N o .9 收稿日期:2009-07-16 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50727502,60804060);铁道部科技研究开发计划资助项目(2008G 020-C ) 作者简介:孙军华(1975-),男,湖北荆门人,副教授,s j h @b u a a .e d u .c n . 基于结构光视觉的钢轨磨耗测量方法 孙军华 王伟华 刘 震 张广军 (北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191) 摘 要:分析了基于结构光视觉的钢轨磨耗测量原理,提出一种钢轨磨耗车载动态测量方法.结构光视觉传感器安装在列车底部,测量钢轨内侧横断面轮廓.以钢轨轨腰轮廓作为测量基准,利用最近点迭代(I C P ,I t e r a t i v e C l o s e s t P o i n t )算法确定光平面测量坐标系到设计 坐标系的旋转矩阵和平移向量,将测量轮廓与设计轮廓对齐,在此基础上计算磨耗值.与已有的方法相比,该方法无需单独设置用于基准测量的视觉传感器,采用同一传感器实现了基准测量和磨耗测量,有效降低了系统成本,操作性强,且无需进行多传感器的全局校准,保证了测量精度.实验结果表明:该钢轨磨耗测量方法具有较好的重复性精度. 关 键 词:钢轨磨耗;结构光;基准对齐;最近点迭代匹配中图分类号:T N 247 文献标识码:A 文章编号:1001-5965(2010)09-1026-04 R a i l w e a r m e a s u r e m e n t m e t h o d b a s e d o n s t r u c t u r e d -l i g h t v i s i o n S u n J u n h u a W a n g W e i h u a L i u Z h e n Z h a n g G u a n g j u n (S c h o o l o f I n s t r u m e n t S c i e n c ea n dO p t o -e l e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,B e i j i n gU n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s ,B e i j i n g 100191,C h i n a ) A b s t r a c t :T h e p r i n c i p l e o f r a i l w e a r m e a s u r e m e n t b a s e d o n s t r u c t u r e d -l i g h t v i s i o n w a s a n a l y z e d .Am e t h -o d f o r d y n a m i c a l l y m e a s u r i n g r a i l w e a r s i nv e h i c l e -m o u n t e dw a s p r o p o s e d .T h e s t r u c t u r e d -l i g h t v i s i o ns e n s o r w a s i n s t a l l e d a t t h e b o t t o m o f t h e t r a i n ,a n d t h e s e c t i o n p r o f i l e o f t h e r a i l w a s m e a s u r e d .T a k i n g r a i l w a i s t a s m e a s u r e m e n t b e n c h m a r k ,t h e r o t a t i o nm a t r i x a n dt r a n s l a t i o n v e c t o r b e t w e e n l i g h t -p l a n e c o o r d i n a t e f r a m e a n d d e s i g n e d c o o r d i n a t e f r a m e w e r e e s t i m a t e d b y i t e r a t i v e c l o s e s t p o i n t (I C P )a l g o r i t h m ,t h e n ,t h e r a i l w a i s t p r o -f i l e w a s r e g i s t e r e d t o d e s i g n e d p r o f i l e ,b a s e d o n w h i c h t h e r a i l w e a r s w e r e c a l c u l a t e d .C o m p a r e d w i t h p r e v i o u s m e t h o d s ,t h e p r o p o s e d m e t h o d d o e s n o t n e e d a s p e c i a l l y v i s i o n s e n s o r t o m e a s u r e t h e b e n c h m a r k . B e n c h m a r k m e a s u r e m e n t a n d w e a r m e a s u r e m e n t a r e a c h i e v e dw i t h o n e s a m e v i s i o n s e n s o r .S y s t e m c o s t i s e f f e c t i v e l y r e -d u c e d ,a n d i t i s o p e r a b l e .M e a s u r e m e n t a c c u r a c y i s a l s o g u a r a n t e e d d u e t o n o n e e d o f g l o b a l c a l i b r a t i o no f m u l t i -s e n s o r .T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e r e p e a t a b i l i t y p r e c i s i o n o f t h e m e t h o d i s h i g h . K e y w o r d s :r a i l w e a r ;s t r u c t u r e d -l i g h t ;b e n c h m a r k a l i g n m e n t ;i t e r a t i v e c l o s e s t p o i n t 钢轨磨耗检测是铁路安全运营的重要保证,对于制定合理的铁路运输计划和降低维护成本非常重要 [1-2] .长期以来,对钢轨磨耗的检测都是由 人工采用专用卡尺抽样检测,这种方式效率低下, 无法实现动态测量,且耗费大量人力物力,在测量中不可避免地引入了测量者的人为因素,影响了测量的精度和可靠性. 目前,随着机器视觉测量技术的发展与日臻 成熟,基于结构光视觉的钢轨磨耗测量已受到广泛的重视.磨耗的测量均需选取有效的测量基准,将视觉传感器测量得到的钢轨轮廓与标准设计轮廓对齐,然后根据磨耗定义计算磨耗值.文献[3] 选取钢轨头部未被磨损的一侧作基准,采用一种基于近景摄影测量中的二维直接线性解析纠正方法,通过坐标变换实现左右轮廓图像的对准.该方法光条不易受遮挡,便于在线处理.但需要两个视 DOI :10.13700/j .bh .1001-5965.2010.09.023