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高速铁路钢轨擦伤形成影响因素

交通运输工程学报 2023年第1期23卷 132-142页

作者：侯博文秦家栋高亮马超智刘秀波王璞北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 山东轨道交通勘察设计院有限公司山东济南250014 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081

基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30℃、轴重16 t、初始速度300 km·h^(-1)、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢... 详细信息

基于ANSYS显式动力分析建立了三维瞬态轮轨接触力-热耦合有限元模型,考虑了温度对热-弹塑性材料参数的影响;以初始温度30℃、轴重16 t、初始速度300 km·h^(-1)、滑滚比30%工况为例,研究了车轮在经过钢轨典型断面前、中、后3个时刻下钢轨踏面的接触压力、有效塑性应变、温度分布及其变化特征;在此基础上,进一步分析了列车轴重、钢轨踏面状态、列车牵引和制动状态对钢轨踏面最大温升与最大接触压力的影响,并基于钢轨马氏体白蚀层的形成机制讨论了钢轨擦伤的形成机理。研究结果表明:在本文计算工况下,钢轨踏面最大接触压力为1 186.43 MPa,出现在接触区中心位置,车轮通过后钢轨内部存在部分残余热应力和机械应力,钢轨最大有效塑性应变为0.028 2,最大温升为554.55℃;随着列车轴重从12 t增大至16 t,钢轨最大温升由339.89℃增大至402.79℃;钢轨踏面摩擦因数由0.2增大至0.6时,钢轨最大温升由230.93℃增大至519.25℃;滑滚比由10%增大至40%时,车轮制动和牵引引起的钢轨最大温升分别由264.52℃和362.10℃增大至700.46℃和819.61℃,相同滑滚比条件下,牵引工况引起的钢轨最大温升大于制动工况引起的钢轨最大温升,其中在滑滚比增大至40%时,制动和牵引状态下钢轨踏面最高温度分别为700.46℃和819.61℃,钢轨最大温升均超过相变温度,可导致钢轨踏面产生马氏体白蚀层,从而形成钢轨踏面擦伤。

关键词：高速铁路钢轨擦伤力-热耦合滑滚比钢轨马氏体显式动力学

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基于涡流检测的高速铁路钢轨擦伤识别

铁道建筑 2022年第5期62卷 8-12页

作者：熊龙辉刘秀波张玉华石永生张彦博陈茁中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国国家铁路集团有限公司铁路基础设施检测中心北京100081 南京航空航天大学自动化学院南京211100

根据高速铁路钢轨擦伤的损伤程度和形状对擦伤进行分类,并采用阵列传感器涡流检测系统进行检测。通过分析不同轨面状态对涡流检测信号擦伤判别的影响,设计了结合带通滤波和小波去噪的两级滤波器,提出了基于短时能量信号的自适应阈值擦... 详细信息

根据高速铁路钢轨擦伤的损伤程度和形状对擦伤进行分类,并采用阵列传感器涡流检测系统进行检测。通过分析不同轨面状态对涡流检测信号擦伤判别的影响,设计了结合带通滤波和小波去噪的两级滤波器,提出了基于短时能量信号的自适应阈值擦伤判别方法。提取了擦伤损伤程度识别特征值,并对10处擦伤信号进行了损伤程度识别验证。结果表明:本文提出的擦伤判别方法可实现不同轨面状态钢轨擦伤涡流检测的伤损判别,擦伤判别准确率为97.5%;提取的特征值PP、NN和MM可分别表征擦伤的长度、宽度和损伤程度,可有效地对擦伤损伤程度和形状进行识别。

关键词：高速铁路钢轨擦伤检测识别现场试验涡流检测特征分析

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高速铁路钢轨擦伤特征及影响因素

铁道建筑 2023年第9期63卷 19-22页

作者：张彦博刘秀波刘勇陈茁魏剑梅中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国铁路成都局集团有限公司成都610082

为减少钢轨擦伤的产生,对多条高速铁路线路进行实地调研和统计分析,得到钢轨擦伤的形貌特征;结合牵引制动状态研究单双股、平纵断面(坡度和线形)、下部基础、车辆类型对钢轨擦伤分布的影响。结果表明:钢轨擦伤可分为车轮空转擦伤和车轮... 详细信息

为减少钢轨擦伤的产生,对多条高速铁路线路进行实地调研和统计分析,得到钢轨擦伤的形貌特征;结合牵引制动状态研究单双股、平纵断面(坡度和线形)、下部基础、车辆类型对钢轨擦伤分布的影响。结果表明:钢轨擦伤可分为车轮空转擦伤和车轮滑行擦伤,车轮空转擦伤在机车启动或上坡牵引过程中产生,车轮滑行擦伤由机车或动车组在制动或行驶过程中产生;在进出站频繁启停处、大坡度和曲线区段产生钢轨擦伤的概率更高,下部基础对钢轨擦伤的产生影响较小。在坡度等级为-2‰~2‰时,76.92%的钢轨擦伤出现在进出站前后1 km区域;单位里程上,坡度大于14‰处的钢轨擦伤数量占比为45.42%,曲线区段的钢轨擦伤数量占比为62.72%。

关键词：高速铁路钢轨擦伤统计分析特征分类车轮空转擦伤车轮滑行擦伤

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基于机器视觉的圆斑状钢轨擦伤检测算法

铁道建筑 2023年第1期63卷 1-3,9页

作者：张博刘秀波中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081

针对现有基于灰度阈值的钢轨擦伤检测算法受光照等外部环境的影响较大的问题,本文提出了一种基于机器视觉的圆斑状钢轨擦伤检测算法。首先通过分析采集图像在垂直方向的灰度均值曲线,提取出钢轨顶面区域;然后运用边缘检测的方法得到擦... 详细信息

针对现有基于灰度阈值的钢轨擦伤检测算法受光照等外部环境的影响较大的问题,本文提出了一种基于机器视觉的圆斑状钢轨擦伤检测算法。首先通过分析采集图像在垂直方向的灰度均值曲线,提取出钢轨顶面区域;然后运用边缘检测的方法得到擦伤区域边缘的候选像素点;最后运用形态学处理删除不属于擦伤区域的虚假边缘,确定钢轨擦伤区域的位置。用测试数据集对本文算法进行检测性能评测,并与基于灰度阈值的算法进行对比。结果表明:本文算法对圆斑状钢轨擦伤样本的检测准确率为96.4%,而基于灰度阈值的算法的检测准确率为86.8%,本文算法的检测准确率大幅提升,能够对钢轨擦伤进行有效检测。

关键词：钢轨擦伤机器视觉图像处理伤损检测轨面提取灰度曲线擦伤边缘检测形态学处理

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高速铁路钢轨擦伤成因及预防措施研究

高速铁路钢轨擦伤成因及预防措施研究

作者：秦家栋北京交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速铁路由大规模建设期到运营期转变,钢轨擦伤由于轮轨相对滑动愈发严重,而影响列车牵引/制动性能的长大坡道更易发生轮轨相对滑动,钢轨擦伤的出现给养护维修部门带来极大的挑战。因此,揭示高速铁路钢轨擦伤形成机理,进而提出... 详细信息

随着我国高速铁路由大规模建设期到运营期转变,钢轨擦伤由于轮轨相对滑动愈发严重,而影响列车牵引/制动性能的长大坡道更易发生轮轨相对滑动,钢轨擦伤的出现给养护维修部门带来极大的挑战。因此,揭示高速铁路钢轨擦伤形成机理,进而提出有效的钢轨擦伤预防措施,对于保证行车安全、减少养护维修成本具有重要的意义。本文基于多体动力学、有限元理论,建立了高速铁路钢轨擦伤动力学分析模型,实现了高速轮轨由黏着状态-大蠕滑状态-擦伤形成的全过程仿真分析,分析了高速列车在长大坡道运行时轮轨黏着特性变化,揭示了高速铁路钢轨擦伤的成因,并基于力-热耦合的钢轨擦伤形成机制分析了不同因素对钢轨擦伤的影响,确定引起钢轨擦伤的关键因素,进一步提出钢轨擦伤的预防措施。具体内容如下:(1)建立高速铁路钢轨擦伤动力学仿真分析模型,模型包括车辆-轨道宏观分析模型及三维轮轨接触力-热耦合细观分析模型。基于多体动力学理论建立车辆-轨道宏观动力学分析模型,用于研究高速轮轨间黏着特性,基于有限元理论建立三维轮轨接触力-热耦合细观分析模型,模型考虑轮轨材料的塑性特性以及温度特性,用于研究大蠕滑状态下不同因素对钢轨擦伤形成的影响。(2)研究了长大坡道作用下高速列车黏着特性的变化。基于建立的考虑坡道条件的车辆-轨道宏观动力学分析模型,研究了高速列车在上下坡过程中列车运行速度、纵向蠕滑力、接触斑黏着区面积以及轮对滑滚比变化规律。当轨面摩擦系数一定时,列车运行加速度、纵向蠕滑力、轮对滑滚比随牵引/制动系数的增大而增大,黏着区面积随牵引/制动系数的增大而减小,当轮轨接触斑变为全滑动时,可判断列车轮对出现了空转/滑行的现象。(3)研究了高速铁路钢轨擦伤成因及其主要影响因素。基于建立的三维轮轨接触力-热耦合细观分析模型,研究了列车轴重、轨面状态、牵引及制动状态对钢轨顶面力-热特性的影响,并基于力-热耦合的钢轨擦伤形成机制讨论了其对钢轨擦伤形成的影响。轮轨接触压力呈现接近椭球状分布,钢轨表面塑性区基本呈长条状分布,当滑滚比增大至40%时,牵引及制动状态下钢轨最大温升均超过相变温度,形成钢轨顶面擦伤。(4)提出了基于控制轮对滑滚比的钢轨擦伤预防措施。针对引起钢轨擦伤的关键性因素,提出控制轮对滑滚比的大小来减少钢轨擦伤的出现,通过优化列车牵引/制动模式,可以将轮对滑滚比控制在引起钢轨擦伤的滑滚比阈值以下,实现对钢轨擦伤的有效控制。

关键词：高速铁路钢轨擦伤轮轨黏着力热耦合预防措施

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钢轨擦伤对动车组动力学性能的影响

铁道建筑 2019年第7期59卷 113-116页

作者：龚继军崔容义王军平刘恭韬中铁物轨道科技服务集团有限公司

以一城际高速铁路存在钢轨擦伤的区段为研究对象,对擦伤钢轨的表面状态进行现场测量,并基于SIMPACK动力学分析软件建立该线路运行的某型动车组的整车动力学模型,分析在直线和曲线工况下擦伤模型与无擦伤模型对车辆动力学性能的影响。结... 详细信息

以一城际高速铁路存在钢轨擦伤的区段为研究对象,对擦伤钢轨的表面状态进行现场测量,并基于SIMPACK动力学分析软件建立该线路运行的某型动车组的整车动力学模型,分析在直线和曲线工况下擦伤模型与无擦伤模型对车辆动力学性能的影响。结果表明:钢轨擦伤对于车辆的平稳性有一定影响,但影响程度较小;钢轨擦伤对安全性的影响与车速有关,当运行速度小于200 km/h时,钢轨擦伤对安全性影响较小;当运行速度大于200 km/h时,钢轨擦伤对安全性影响较大,尤其是轮重减载率和脱轨系数在速度大于200 km/h时会发生超限现象,动车组通过擦伤钢轨时安全性指标波动性较大;钢轨擦伤对动车组的整车磨耗指数影响较大,钢轨擦伤以后会极大地缩短轮轨的使用寿命。

关键词：钢轨擦伤动力学性能仿真分析平稳性安全性磨耗指数

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客运专线钢轨擦伤原因分析

铁道科学与工程学报 2015年第3期12卷 489-495页

作者：魏堂建刘林芽李纪阳左旋华东交通大学轨道交通学院江西南昌330013 华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心江西南昌330013 南昌铁路局工务处江西南昌330002

客运专线列车开行密度大,列车运行速度快,其对线路的要求也非常高。而钢轨擦伤可能带来断轨事故,其对于线路的安全性影响非常大,因此当线路发现钢轨擦伤时,应能够及时找出引起擦伤的原因,并采取对应处理措施,以尽量降低出现事故的风险... 详细信息

客运专线列车开行密度大,列车运行速度快,其对线路的要求也非常高。而钢轨擦伤可能带来断轨事故,其对于线路的安全性影响非常大,因此当线路发现钢轨擦伤时,应能够及时找出引起擦伤的原因,并采取对应处理措施,以尽量降低出现事故的风险。从客运专线的线路特征、运输组织模式、机车类型选择这3个角度出发,提出一套探寻钢轨擦伤原因的方法,并运用此方法对某客运专线钢轨擦伤进行实例分析,通过实例分析表明,本文所提出的钢轨擦伤原因分析方法现实可行,对于指导现场找出钢轨擦伤原因具有积极作用。

关键词：客运专线钢轨擦伤擦伤原因对策建议

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钢轨擦伤及其派生病害的分析与整治

山西科技 2006年第2期21卷 113-114页

作者：王栋太原铁路局介休工务段

文章运用摩擦力学理论对钢轨擦伤及其派生病害的成因、机理、危害等进行了认真分析,并针对性地提出了整治措施。

关键词：轮轨作用钢轨擦伤分析整治

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高速铁路钢轨擦伤原因分析及处理措施

上海铁道科技 2017年第2期 46-48页

作者：宁国平上海铁路局杭州工务段

沪昆高铁在运营过程中发现了多处钢轨擦伤,对全面排查发现的33处擦伤进行分析,发现钢轨是由施工建设过程中的工程车辆在长大坡道上造成的制动擦伤,经过一年多的列车运行,擦伤处会出现裂纹乃至掉块等病害,严重影响线路运行品质,更有甚者... 详细信息

沪昆高铁在运营过程中发现了多处钢轨擦伤,对全面排查发现的33处擦伤进行分析,发现钢轨是由施工建设过程中的工程车辆在长大坡道上造成的制动擦伤,经过一年多的列车运行,擦伤处会出现裂纹乃至掉块等病害,严重影响线路运行品质,更有甚者危及高铁行车安全。针对此情况探讨钢轨擦伤的预防及钢轨擦伤后的处理措施,以便类似情况可以借鉴。

关键词：高速铁路钢轨擦伤原因分析预防处理措施