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面向钢轨修复的不同槽型接触轮砂带打磨接触行为及材料去除特性

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 47-55页

作者：李江樊文刚吴志伟张峻瑞王征马腾飞北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044

为掌握不同槽型接触轮砂带对钢轨打磨接触行为及材料去除特性的影响规律,基于橡胶接触特性,建立X齿型、锯齿型和人字型3种典型接触轮砂带打磨仿真模型,模拟分析不同槽型特征对接触轮-钢轨静态接触行为和动态冲击应力的影响机制;通过钢... 详细信息

为掌握不同槽型接触轮砂带对钢轨打磨接触行为及材料去除特性的影响规律,基于橡胶接触特性,建立X齿型、锯齿型和人字型3种典型接触轮砂带打磨仿真模型,模拟分析不同槽型特征对接触轮-钢轨静态接触行为和动态冲击应力的影响机制;通过钢轨砂带打磨试验,对比研究3种槽型接触轮的材料去除特性。结果表明:3种槽型接触轮与钢轨的接触区域整体均呈椭圆形态,符合赫兹接触理论,内部接触形态则随槽型特征呈现为块状分布;接触区域应力分布总体符合弹性半空间接触理论,但在接触块边缘会出现应力集中;X齿型接触轮和人字型接触轮因齿尖和齿槽结构的存在而具有较高的材料去除能力,同等打磨条件下X齿型接触轮较平型接触轮的材料去除能力提高了79%;顺磨条件下的材料去除能力高于逆磨,以X齿型接触轮为例,顺磨比逆磨的材料去除能力提高了22.7%;X齿型和人字型接触轮砂带打磨的噪声、振动、粗糙度、平均电流均较高,锯齿型接触轮具有较低的振动、粗糙度及平均电流,平型轮则具有较低的噪声和电流。

关键词：钢轨打磨砂带橡胶接触轮齿槽材料去除

《线材用砂带除锈机技术规范》行业标准制定解释

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金属制品 2024年第3期50卷 39-41页

作者：王宝玉胡琛张琼魏晨剑朱文浩中钢集团郑州金属制品研究院股份有限公司河南郑州450001 杭州星冠科技有限公司浙江桐庐311504 巩义市恒铭金属制品有限公司河南巩义451251

介绍制定行业标准《线材用砂带除锈机技术规范》的任务来源、工作程序和编制准则,对标准中的主要条款进行解释。标准主要内容包括术语与定义、型式及基本参数、订货要求、技术要求、试验方法、检验、标志包装运输与贮存、质量保证等。... 详细信息

介绍制定行业标准《线材用砂带除锈机技术规范》的任务来源、工作程序和编制准则,对标准中的主要条款进行解释。标准主要内容包括术语与定义、型式及基本参数、订货要求、技术要求、试验方法、检验、标志包装运输与贮存、质量保证等。标准制定避免了用户与设备制造商之间质量异议,推动了钢丝用线材、热处理半成品钢丝表面氧化铁皮的绿色处理工艺。

关键词：砂带除锈机氧化铁皮磨削除锈技术规范

考虑廓形曲率阶跃特征的钢轨砂带打磨静态接触行为研究

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机械工程学报 2022年第15期58卷 198-207页

作者：樊文刚刘弋张鑫乐吴志伟吴昌昕北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044 内蒙动力机械研究所内蒙古010000

钢轨打磨接触问题研究目前主要集中在将钢轨轮廓简化为圆柱面层面,而忽视了钢轨廓形曲线由多段圆弧组成这个事实。为此,考虑钢轨廓形曲线的曲率阶跃特征,基于赫兹接触理论,建立钢轨砂带打磨静态接触理论模型,确定打磨角度与打磨接触点... 详细信息

钢轨打磨接触问题研究目前主要集中在将钢轨轮廓简化为圆柱面层面,而忽视了钢轨廓形曲线由多段圆弧组成这个事实。为此,考虑钢轨廓形曲线的曲率阶跃特征,基于赫兹接触理论,建立钢轨砂带打磨静态接触理论模型,确定打磨角度与打磨接触点间的数学关系,对钢轨进行离散化切片处理,获得接触区域内应力分布和接触斑形态。对五个不同打磨接触位置分别进行数值计算和接触实验,发现理论结果和实验结果呈现较高程度的吻合,在接触区域不存在曲率阶跃的情况下接触斑呈现较为规则的椭圆形态,在接触区域存在曲率阶跃的情况下接触斑在分界线两侧的形态差别较大,并且随着法向压力的增大差异更加明显,验证了所建立理论接触模型的正确性与有效性。

关键词：接触钢轨廓形钢轨打磨砂带曲率

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基于槽型接触轮的钢轨砂带打磨材料去除特性

中国铁道科学 2023年第4期44卷 75-83页

作者：李江樊文刚吴志伟罗子峻王俊达北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044

为揭示槽型接触轮钢轨砂带高效打磨的材料去除机理,基于弹性赫兹接触理论,建立槽型接触轮与平型接触轮的材料去除比数学模型,掌握槽型接触轮砂带打磨周期应力变化规律,揭示打磨周期应力对打磨效率的影响机制,并基于钢轨砂带打磨专用试... 详细信息

为揭示槽型接触轮钢轨砂带高效打磨的材料去除机理,基于弹性赫兹接触理论,建立槽型接触轮与平型接触轮的材料去除比数学模型,掌握槽型接触轮砂带打磨周期应力变化规律,揭示打磨周期应力对打磨效率的影响机制,并基于钢轨砂带打磨专用试验平台,对比研究槽型接触轮与平型接触轮砂带打磨中的材料去除特性。结果表明:槽型接触轮打磨因其周期性的应力集中加压状态而具有较高材料去除效率;与平型接触轮相比,槽型接触轮打磨在较低压力下材料去除优势并不显著,随着打磨压力增加,槽型接触轮的材料去除效率明显提升,并在打磨压力为50 N时超越平型接触轮;在打磨表面粗糙度、振动、噪声及能耗等方面,槽型接触轮砂带打磨较平型接触轮均有明显优势,在75 N常用打磨压力下,前者较后者打磨材料去除率提高14%,表面粗糙度降低25%,振动减少17%,噪声降低4.5%,能耗降低12%。

关键词：钢轨打磨砂带槽型接触轮平型接触轮材料去除振动能耗

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高精度轴类零件的砂带确定性修形方法

国防科技大学学报 2023年第1期45卷 167-173页

作者：胡皓陈学蕾孙梓洲戴一帆关朝亮国防科技大学智能科学学院湖南长沙410073 超精密加工技术湖南省重点实验室湖南长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室湖南长沙410073

为提高金属轴类零件的加工精度,基于光学确定性加工原理将振动砂带研抛方法用于轴类零件的高精度修形中。在这种方法中,弹性接触轮在一定压力下与轴类工件接触形成一个矩形研抛区域,砂带覆盖在接触轮上,通过接触轮的轴向振动可以实现材... 详细信息

为提高金属轴类零件的加工精度,基于光学确定性加工原理将振动砂带研抛方法用于轴类零件的高精度修形中。在这种方法中,弹性接触轮在一定压力下与轴类工件接触形成一个矩形研抛区域,砂带覆盖在接触轮上,通过接触轮的轴向振动可以实现材料可控去除。利用圆柱度仪测量得到轴零件外圆表面的轮廓形貌,得到被加工零件表面轮廓的误差分布。使用脉冲迭代法计算接触轮在圆柱表面不同位置的驻留时间,通过机床主轴的伺服控制实现工件不同位置材料去除量的大小,从而实现被加工零件圆柱度误差的确定性修整。在经过仿真加工后,在一根45#钢轴的一段柱面上进行了确定性修形实验。结果表明,工件平均圆度误差从0.42μm收敛至0.11μm,圆柱度误差从0.76μm收敛至0.35μm,加工后的形状精度优于超精密外圆磨床的加工精度,验证了高精度轴类零件柱面上确定性修形的可行性。

关键词：轴类零件确定性修形砂带

钢轨砂带磨削表面纹理对钢轨磨损及疲劳特性影响的研究

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钢轨砂带磨削表面纹理对钢轨磨损及疲劳特性影响的研究

作者：张鹏北京交通大学

学位级别：硕士

随着我国铁路向客运高速化、货运重载化发展以及列车开行密度的增加,钢轨伤损问题日益严重,影响行车的安全性和可靠性。钢轨砂带磨削作为钢轨养护技术的一种重要手段,凭借其诸多优势已在实际工程中得到应用。在磨粒的切削作用下,钢轨表... 详细信息

随着我国铁路向客运高速化、货运重载化发展以及列车开行密度的增加,钢轨伤损问题日益严重,影响行车的安全性和可靠性。钢轨砂带磨削作为钢轨养护技术的一种重要手段,凭借其诸多优势已在实际工程中得到应用。在磨粒的切削作用下,钢轨表面出现磨削纹理,改变了钢轨磨削表面的磨损及疲劳特性,影响钢轨服役寿命。但目前磨削纹理对钢轨的磨损及疲劳特性影响规律尚不明确。因此,本文以钢轨砂带磨削纹理为重点,对砂带磨削后的轮轨表面接触关系、钢轨磨削表面磨损特性、疲劳裂纹扩展规律展开系统性研究。针对现有打磨装备,阐述了砂带目数、打磨装备扭转角度及竖直下降位移等工艺参数对磨削形貌的影响,并开展了砂带磨削实验,分析不同工艺参数下钢轨磨削表面形貌变化;根据钢轨表面形貌特征定义了磨削表面的表征参量,以此构建了砂带磨削后钢轨三维模型,为后续有限元仿真提供了基础模型。分别从微观和宏观层面,建立了考虑磨削形貌特征的轮轨接触模型,计算分析了纹理间距、纹理方向、纹理深度及法向载荷对轮轨接触区域内法向变形量、最大接触应力的影响规律,并利用Spearman相关分析得出了二者间相关性;应用四因素、四水平正交实验,确定了上述参数对轮轨接触行为的影响显著性。基于二维Carter理论、Archard磨损模型建立了考虑磨削形貌特征的轮轨滑动磨损模型,并结合有限元方法,分析了纹理间距、纹理方向、纹理深度及法向载荷对钢轨磨削表面磨损的影响,以磨损率为指标结合摩擦磨损实验验证了影响规律和仿真结果的准确性;同时提出压力均匀性指数,来表征磨损后的钢轨表面应力分布;此外,建立了钢轨磨削表面磨损量多元非线性回归预测模型,实现磨削表面磨损量的有效预测。建立了含表面裂纹的轮轨有限元模型,分析对比了磨削前后钢轨表面裂纹扩展差异,确定了轮轨接触载荷下裂纹的扩展形式及危险的初始裂纹倾斜角度;以此为基础,揭示了磨削方向及裂纹深度对裂纹扩展速率的影响规律;针对轨面上常见的平行疲劳裂纹,进一步开展了前后并列裂纹的扩展有限元仿真,得到了裂纹间相互作用对钢轨疲劳寿命的影响规律。

关键词：砂带磨削表面纹理接触行为摩擦磨损疲劳裂纹扩展

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砂带三维表面形貌特征量化评价方法

华南理工大学学报（自然科学版） 2016年第12期44卷 14-22页

作者：王文玺李建勇樊文刚刘月明北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

为实现对砂带三维表面形貌特征的量化评价，针对砂带表面磨粒外形、尺寸、分布均具有强不规则性与随机性的特点，提出一种包含功率谱密度分析、自相关函数分析和磨粒特征统计学分析的评价方法，通过获得砂带表面截止频率、自相关长度、... 详细信息

为实现对砂带三维表面形貌特征的量化评价，针对砂带表面磨粒外形、尺寸、分布均具有强不规则性与随机性的特点，提出一种包含功率谱密度分析、自相关函数分析和磨粒特征统计学分析的评价方法，通过获得砂带表面截止频率、自相关长度、纹理横纵比、磨粒密度、磨粒出刃高度、磨粒间距、磨粒刃端半径及顶锥角等评价参数，从宏观整体到局部磨粒对表面形貌特征完成定性和定量评价．以P60、P80、P100和P120号粒度锆刚玉砂带为例进行试验，结果表明：砂带表面呈各向同性，随粒度号增加砂带表面自相关程度降低；磨粒密度增加，磨粒等高性与位置分布均匀性加强；刃端半径减小，顶锥角保持在70°-85°；表面磨粒间距与磨粒出刃高度均近似服从正态分布．

关键词：砂带表面形貌量化评价磨粒出刃高度磨粒间距

钢轨砂带打磨与砂轮打磨综合性能对比实验研究

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中国机械工程 2022年第17期33卷 2125-2132页

作者：吴志伟樊文刚王谦刘弋马腾飞北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044 中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司乌鲁木齐830011

基于自主研发的锂电驱动钢轨砂带打磨机和砂轮打磨机,以60N型钢轨廓形作为实验对象,全面对比了新型钢轨砂带打磨技术和传统砂轮打磨技术的性能。结果表明:当打磨压力在45~75 N范围内时,砂带打磨的材料去除率约为砂轮打磨的15~30倍,而当... 详细信息

基于自主研发的锂电驱动钢轨砂带打磨机和砂轮打磨机,以60N型钢轨廓形作为实验对象,全面对比了新型钢轨砂带打磨技术和传统砂轮打磨技术的性能。结果表明:当打磨压力在45~75 N范围内时,砂带打磨的材料去除率约为砂轮打磨的15~30倍,而当压力增大到90 N时,砂带打磨的材料去除率高达砂轮打磨的102倍;砂带打磨的振动加速度、噪声和能耗均小于砂轮打磨;砂带打磨切屑为带状,而砂轮打磨则表现为高温熔融状,同时当打磨压力增大到105 N时,砂轮打磨后钢轨表面会出现发蓝现象,而砂带打磨不会;此外,砂带打磨的横向表面粗糙度大于砂轮打磨,最高可达8μm,但满足中国铁路钢轨养护要求的最大值10μm。综上,钢轨砂带打磨技术在材料去除率、振动、噪声、能耗和温度等方面显著优于传统砂轮打磨技术,预期将成为工程实际中解决钢轨严重病害问题的有效方法之一。

关键词：钢轨打磨砂带砂轮材料去除振动能耗

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基于弹性赫兹接触的钢轨砂带打磨材料去除建模研究

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机械工程学报 2018年第15期54卷 191-198页

作者：樊文刚刘月明王文玺李建勇王荣全北京交通大学机械与电子控制工程学院北京 100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京 100044 中铁物轨道科技服务集团有限公司北京 100053

为揭示钢轨砂带打磨材料去除机理,针对接触轮-钢轨曲面接触和砂带表面磨粒尺寸、位置随机特点,基于弹性赫兹接触理论,分析接触轮-钢轨宏观接触区域状态,获得接触面积和名义接触压力分布;结合砂带表面磨粒出刃高度分布统计学模型与单颗... 详细信息

为揭示钢轨砂带打磨材料去除机理,针对接触轮-钢轨曲面接触和砂带表面磨粒尺寸、位置随机特点,基于弹性赫兹接触理论,分析接触轮-钢轨宏观接触区域状态,获得接触面积和名义接触压力分布;结合砂带表面磨粒出刃高度分布统计学模型与单颗磨粒微观受力分析,获得单位面积打磨压力与磨粒最大切入深度关系;综合考虑磨粒出刃高度、磨粒外形、磨粒密度、砂带旋转速度、行车作业速度、打磨压力、接触轮硬度以及接触轮与钢轨之间的相对主曲率等多项参数,最终建立钢轨砂带打磨材料去除深度数学模型和材料去除量数学模型.试验结果表明,材料去除深度与材料去除量预测值同试验结果的最大偏差分别为3.6％和11.95％,验证了上述模型的正确性和有效性.

关键词：钢轨打磨砂带材料去除赫兹接触