（材料加工工程专业论文）高速铁路重轨尺寸精度、平直度及残余应力控制的研究.pdf

公苤呈 j7 u d c 密级 学位论文 高速铁路重轨尺寸精度、平直度及残余应力控制 的研究 作者姓名： 指导教师： 申请学位级别： 学科专业名称： 论文提交日期： 学位授予日期： 评阅人： 周剑华 吴迪教授 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室 博士学科类别：工学 材料加工工程 2 0 0 8 年11 月论文答辩日期：2 0 0 8 年1 2 月 答辩委员会主席：温景林 东北大学 2 0 0 8 年l1 月 ad i s s e r t a t i o ni nm a t e r i a l sf o r m i n ge n g i n e e r i n g s t u d y o nc o n t r o l l i n go fd i m e n s i o n a la c c u r a c ya n d f l a t n e s sa n dr e s i d u a ls t r e s so fr a i lf o rh i g hs p e e d r a i l w a y b y z h o uj i a n h u a s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o r w ud i n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y n o v e m b e r2 0 0 8 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其它人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 一名闱钏哞 日期：川、丫1 f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口- - 生f d一年半口两年口 学位论文作者签名：i 丐y 钞髂 导师签名： 签字日期：沙彳 签字日期： 东北大学博士学位论文摘要 高速铁路重轨尺寸精度、平直度及残余应力控制的研究 摘要 本文结合“十五”国家重点科技攻关计划项目“高速重载钢材新技术”项目，为提 高重轨尺寸精度、平直度以及降低残余应力，对影响重轨质量的生产工艺进行了研究， 具体内容包括： ( 1 ) 在目前广泛使用的半万能成品孔型轧制工艺的基础上，提出了全万能孔型系统 生产6 0 k g m 重轨的方法。根据攀钢轨梁厂重轨万能生产线轧机布置情况，坯料和成品 的断面形状、尺寸以及产品质量的要求，确定生产6 0 k g m 重轨所需的孔型数量，轧制 道次，各道次变形量以及各孔型形状和尺寸。 ( 2 ) 对比分析了采用全万能和半万能成品孔型轧制6 0 k g m 重轨时万能轧机的压下 系数和轧制效率。采用a n s y s l s d y n a 有限元软件，模拟了两种万能成品孔轧制 6 0 k g m 重轨道次，通过对比分析了x 方向位移、应力和应变等结果，说明采用全万能 孔型系统生产6 0 k g m 重轨的可行性，并且最后道次采用全万能成品孔型更有利于提高 重轨轨头踏面尺寸精度，控制轨高。 ( 3 ) 采用a n s y s 热力学有限元分析了重轨在步进式冷床上冷却过程的温度场，并 对冷却过程重轨轨底温度进行了连续测量。分析了重轨断面温度的分布，重轨断面温差 以及换热系数对断面温差的影响。通过热结构耦合法模拟了热轧重轨在空冷过程中的 弯曲变形规律，研究了冷却后重轨纵向残余应力的大小和分布。通过分析1 0 0 m 长定尺 重轨在冷床上的预弯效果，得到预弯曲线模型，以保证冷却后重轨达到平直。 ( 4 ) 采用a n s y s l s d y n a 有限元软件对八辊辊式水平矫直机矫直6 0 k g m 重轨的 矫直过程进行了模拟。分析矫直过程重轨断面不同部位的应力、应变变化，矫后重轨平 直度以及纵向残余应力的分布。研究矫直辊压下工艺参数对残余应力的影响，矫前弯曲 度对重轨平直度以及残余应力的影响。 ( 5 ) 通过测量现场6 0 k g m 重轨矫直前后断面尺寸，以及计算八辊水平矫直机模拟矫 直6 0 k g m 重轨前后断面尺寸的变化，分析了矫直工艺和重轨矫前弯曲度在对重轨断面 尺寸变化的影响规律。 关键词：高速铁路重轨，全万能成品孔型，万能轧机，重轨冷却，重轨预弯，重轨 矫直，重轨残余应力，重轨平直度，重轨断面尺寸 i i 东北大学博士学位论文a b s t r a c t s t u d yo nc o n t r o l l i n go fd i m e n s i o n a la c c u r a c ya n df l a t n e s sa n d r e s i d u a ls t r e s so fr a i lf o rh i g hs p e e dr a i l w a y a bs t r a c t c o m b i n e dw i t ht h elo t hf i v e y e a rn a t i o n a lk e ys c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a lp r o j e c t “t h e a d v a n c e dt e c h n o l o g yo f h i g h s p e e da n dh e a v y - d u t ys t e e l ”，t h ep r o c e s sp a r a m e t e r sa f f e c t i n g t h eq u a l i t yo fh e a v yr a i lw e r ei n v e s t i g a t e di nt h e p r e s e n tw o r ki n o r d e rt oi m p r o v e d i m e n s i o n a lp r e c i s i o na n df l a t n e s s ，a n dr e d u c et h er e s i d u a ls t r e s s t h ec h i e fo r i g i n a lw o r ko f t h i sp a p e ri sa sf o l l o w s ( 1 ) h o tr o l l i n gp r o c e s so f6 0 k g mh i g hp r e c i s i o nh e a v yr a i l 谢t hf u l l u n i v e r s a lp a s sw a s p r o p o s e db a s e do nt h ep r e s e n tw i d e l yu s e dr o l l i n gp r o c e s sw i t ht h es e m i - u n i v e r s a lp a s s q u a n t i t yo fp a s sa n dr o l l i n gp a s s e s ，r e d u c t i o no fe a c hp a s s ，s h a p ea n dd i m e n s i o no fe a c hp a s s w e r ed e t e r m i n e da c c o r d i n gt ot h ee q u i p m e n tc a p a c i t yo ft h eu n i v e r s a lp r o d u c t i o nl i n ef o r h e a v yr a i la tp a n - s t e e lr a i lb e a mp l a n t ，a n dt h es e c t i o ns h a p ea n dd i m e n s i o no ft h eb l a n ka n d t h ef i n a lp r o d u c t ，a sw e l la st h er e q u i r e m e n t so f p r o d u c t sp r o p e r t y ( 2 ) c o m p a r a t i v ea n a l y s i sb e t w e e nf u l l u n i v e r s a lp a s sa n ds e m i u n i v e r s a lp a s sf o rt h e p r o d u c t i o no f6 0 k g mh e a v yr a i lw a sc o n d u c t e dt oi n v e s t i g a t et h ed i f f e r e n c eo fr e d u c t i o n c o e f f i c i e n ta n dt h er o l l i n ge f f i c i e n c y t h ef i n i s h i n gr o l l i n gp a s sw i t ht w ok i n d so fu n i v e r s a l p a s sw a ss i m u l a t e db yf e mu s i n gt h ea n s y s l s - d y n as o f t w a r e t h ed i s p l a c e m e n ta l o n g t h exd i r e c t i o n ，a n dt h ed i s t r i b u t i o no fs t r e s sa n ds t r a i nw e r ec o m p a r a t i v e l yi n v e s t i g a t e d i t h a ss u g g e s t e dt h a tt h e6 0 k g mh e a v yr a i lc o u l db ef e a s i b l yp r o d u c e dw i t ht h ef u l l u n i v e r s a l p a s s ，a n dt h ed i m e n s i o np r e c i s i o no nt h et r e a da n dt h ef l u c t u a t i o nr a n g eo ft h er a i lh e i g h t c o u l db ei m p r o v e db yt h ee m p l o y m e n to ff u l l u n i v e r s a lp a s sa tt h ef i n i s h i n gr o l l i n gp a s s ( 3 ) t h et e m p e r a t u r ef i e l do fh e a v yr a i ld u r i n gc o o l i n gp r o c e s sa tw a l k i n gb e a mc o o l i n g b e dw a ss i m u l a t e du s i n ga n s y st h e r m a la n a l y s i s ，a n dt h et e m p e r a t u r ea t r a i lb o t t o mw a s c o n t i n u o u s l ym e a s u r e d t h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no fc r o s ss e c t i o n ，t h et e m p e r a t u r e d i f f e r e n c e ，a n dt h ee f f e c to fh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n to nt h et e m p e r a t u r ed i f f e r e n c ew e r e a n a l y z e d t h eb e n d i n go fh e a v yr a i ld u r i n gt h ec o o l i n gp r o c e s sa tt h ea i rc o o l i n gb e dw a s s i m u l a t e du s i n gt h et h e r m a l - s t r u c t u r ec o u p l i n ga n a l y s i s a n dt h em a g n i t u d ea n dd i s t r i b u t i o n i i i 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t o fl o n g i t u d i n a lr e s i d u a ls t r e s sa f t e rc o o l i n gp r o c e s sw e r ea l s os t u d i e d b ya n a l y z i n gt h e p r e - b e n d i n gr e s u l t so f10 0 ml e n g t hh e a v yr a i la tc o o l i n gb e d ，t h ep r e - b e n d i n gc u r v em o d e l w a so b t a i n e di no r d e rt oe n s u r et h es t r a i g h t n e s so f h e a v yr a i la f t e rt h ec o o l i n gp r o c e s s ( 4 ) t h eh o r i z o ns t r a i g h t e n i n gp r o c e s so f6 0 k g mr a i lb ys t r a i g h t e n i n gm a c h i n ew i t he i g h t r o l l e r sw a ss i m u l a t e du s i n gt h ea n s y s l s d y n as o f t w a r e t h ev a r i a t i o no fs t r e s sa n ds t r a i n a td i f f e r e n tp a r to fc r o s ss e c t i o nw h e ns t r a i g h t e n i n g ，a n dt h er a i lf l a t n e s sa n dd i s t r i b u t i o no f l o n g i t u d i n a lr e s i d u a ls t r e s sa f t e rs t r a i g h t e n i n gw e r ei n v e s t i g a t e d i na d d i t i o nt ot h ee f f e c to f s t r a i g h t e n i n gp r o c e s sp a r a m e t e r so nr e s i d u a ls t r e s s ，t h ee f f e c to ft h ec u r v a t u r ed e g r e eo n f l a t n e s sa n dr e s i d u a ls t r e s sw a sa l s os t u d i e d ( 5 ) b a s e do nt h ep r a c t i c a lm e a s u r e m e n ta n ds i m u l a t i o nr e s u l to fd i m e n s i o n a lc h a n g eo f c r o s ss e c t i o n ，t h ee f f e c t so fs t r a i g h t e n i n gp r o c e s sp a r a m e t e r sa n dc u r v a t u r ed e g r e eo fh e a v y r a i lo nt h ed i m e n s i o n a lc h a n g eo fc r o s ss e c t i o nw e r es t u d i e d k e yw o r d s ：m i if o r1 1 i g hs p e e dr a i l w a y , f u l l - u n i v e r s a lf i n i s hp a s s ，u n i v e r s a lm i l l ，r a i lc o o l i n g p r o c e s s ，r a i lp r e b e n d i n g ，r a i ls t r a i g h t e n i n g ，r e s i d u a ls t r e s so fr a i l ，r a i lf l a t n e s s ，r a i ls e c t i o n s l z e i v 东北大学博士学位论文 目录 i i 目录 独创性声明i 学位论文版权使用授权书i 摘要。i a b s t r a c t h i 第1 章绪论1 1 1 高速铁路发展1 1 1 1 国外高速铁路发展概况1 1 1 2 国内高速铁路发展概况2 1 2 高速铁路对重轨的要求2 1 2 1 高速铁路重轨断面及钢种3 1 2 2 对重轨尺寸精度的要求5 1 2 3 对重轨表面质量的要求5 1 2 4 对重轨平直度的要求7 1 3 国外高速铁路重轨生产工艺7 1 3 1 国外重轨万能生产工艺基本流程7 1 3 2 高速铁路重轨的长定尺化生产9 1 3 3 国外典型重轨生产厂家工艺及装备10 1 4 国内高速铁路重轨生产工艺及主要设备1 2 1 4 1 鞍钢大型厂1 3 1 4 2 攀钢轨梁厂1 5 1 4 3 包钢轨梁厂1 6 1 5 国内高速铁路重轨生产存在的问题1 7 1 5 1 轧制工艺一1 8 1 5 2 精整工艺1 8 1 6 有限元方法1 9 1 7 课题研究背景、目的及意义：2 0 1 8 本文主要研究内容2 1 第2 章重轨轧制法和高速铁路重轨全万能孔型系统开发2 3 2 1 重轨轧制方法介绍2 3 2 1 1 重轨孔型系统类型2 3 东北大学博士学位论文 目录 2 1 2 重轨万能轧制法的发展2 7 2 1 3 提高重轨轧制质量新方法的探索2 8 2 1 4 万能轧制法轧机布置形式3 0 2 1 5 全万能孔型轧制法的提出3 2 2 2 高速铁路用重轨全万能孔型系统开发3 2 2 2 1 坯料选择3 2 2 2 2 轧机布置形式及轧制道次分配3 3 2 2 3 箱形孔3 3 2 2 4 帽形孔3 4 2 2 5 轨形孔和立压孔3 5 2 2 6 万能粗轧、中轧孔及轧边孔3 7 2 2 7 全万能成品孔3 9 2 3 轧机参数及其孔型配置3 9 2 3 1 开坯轧机及配辊3 9 2 3 2 轧边机及配辊4 0 2 3 3 万能轧机及配辊4 1 2 4 半万能和全万能成品孔型分析4 2 2 4 1 半万能成品孔型4 2 2 4 2 全万能成品孔型4 3 2 4 3 两种万能成品孔型轧制效率对比4 4 2 5 两种万能成品孔轧制6 0 k g m 重轨有限元模拟4 5 2 5 1 几何模型建立4 5 2 5 2 材料模型选择4 6 2 6 模拟结果分析4 7 2 6 1x 方向位移对比分析4 7 2 6 2 应力分布对比分析4 8 2 6 3 应变分布对比分析5 0 2 6 4 轧后轨高波动对比5 l 2 7 本章小结5 2 第3 章高速铁路重轨矫前弯曲度控制研究5 4 3 1 概述5 4 3 2 国内长定尺重轨冷床概况5 5 3 3 重轨冷却温度场有限元模拟5 6 3 3 1 温度场计算基本原理5 6 东北大学博士学位论文 目录 3 3 2 模型的建立与网格划分5 8 3 3 3 材料属性5 8 3 3 4 初始条件和边界条件5 9 3 4 温度场模拟结果与分析6 0 3 4 1 重轨冷却温度模拟值与实测值比较6 0 3 4 2 重轨冷却过程断面温度分布6 1 3 4 3 矫前温度的模拟值与实测值比较6 2 3 4 4 换热系数对温差的影响分析6 3 3 4 5 冷床冷却能力分析6 3 3 5 重轨空冷弯曲变形过程模拟6 4 3 5 1 热结构耦合模型的建立6 4 3 5 2 冷却过程重轨的弯曲过程6 5 3 5 3 冷却后重轨残余应力分布6 6 3 6 冷床上重轨预弯方案的研究6 8 3 7 本章小结7 1 第4 章矫直对重轨平直度及残余应力影响分析。7 2 4 1 重轨矫直简介7 2 4 1 1 重轨矫直方式分类7 2 4 1 2 国内重轨辊式矫直机的应用现状7 4 4 1 3 辊式矫直原理7 6 4 2 矫后重轨平直度和残余应力的测量8 0 4 2 1 矫后平直度8 l 4 2 2 矫后重轨残余应力8 l 4 3 重轨矫直模拟8 2 4 3 1 矫直模型的建立8 2 4 3 2 矫直模拟方案8 4 4 4 矫直模拟后重轨平直度分析8 5 4 4 1 矫直模拟后重轨的平直度8 6 4 - 4 2 矫前弯曲度对平直度的影响8 7 4 5 矫直对残余应力的影响分析8 8 4 5 1 残余应力的产生与分布8 8 4 5 。2 影响残余应力大小的因素8 9 4 5 3 矫直辊压下工艺参数对残余应力的影响8 9 4 5 4 矫前弯曲度对残余应力的影响9 1 1 1 1 东北大学博士学位论文 目录 4 6 矫直过程重轨断面应力应变分析9 2 4 6 1 矫直过程重轨断面应力变化9 2 4 6 2 矫直过程应变变化9 5 4 6 3 纵向应力沿重轨高度分布9 6 4 。7 本章小结9 6 第5 章矫直对重轨断面尺寸影响分析9 8 5 1 现场矫直后重轨断面尺寸的改变9 8 5 2 矫直引起重轨断面尺寸改变的原因1 0 1 5 3 水平矫直对重轨断面尺寸影响有限元分析10 2 5 。3 1 矫直模拟前后重轨断面尺寸变化1 0 2 5 3 2 矫直模拟前后重轨轨高变化分析1 0 4 5 3 3 矫直辊压下参数对断面尺寸变化的影响1 0 5 5 3 4 矫前弯曲度对断面尺寸变化的影响1 0 5 5 4 垂直矫直对重轨断面尺寸的影响分析1 0 6 5 4 1 垂直矫直机参数及矫直辊孑l 型1 0 7 5 4 2 矫直前后轨头下颚尺寸及变化量1 0 8 5 4 3 重轨垂直矫直时弯矩分析1 0 9 5 5 本章小结1 1 1 第6 章结论。1 1 2 参考文献1 1 4 攻读博士学位期间的工作1 2 0 致谢1 2 1 作者简介1 2 2 东北大学博士学位论文第l 章绪论 1 1 高速铁路发展 第1 章绪论 公路、民航是欧美各国几十年来的主要运输方式，但是随着交通、能源、城市污染 等情况的日益恶化，很多国家开始反思其交通运输政策，希望建立一种真正健康、高效 的交通运输体系。实践证明，与公路、民航相比，铁路更符合健康高效的要求。 高速铁路是指运行速度达到2 0 0 k m h 以上的客运专线。已经运行四十多年的日本新 干线的经验也进一步表明，高速铁路是真正具有健康高效特点的运输体系。它安全可靠， 运输能力大，成本低，经济效益显著，而且对环境污染小，社会效益十分显著。 目前，世界范围内的交通运输发展正处在高速运输结构和选择新发展模式的关键时 期，为适应可持续发展战略的要求，铁路在运输效率、资源保护、能源消耗以及减少环 境污染等方面的有利作用被重新认识，高速铁路在世界范围内呈现出蓬勃发展的强劲势 头，欧洲、美洲、亚洲各国和地区，正在计划进一步加快高速铁路的建设。 1 1 1 国外高速铁路发展概况 1 9 6 4 年日本新干线开通运营的最高时速为2 1 0 k m h ，一举打破了西欧各国改造既有 线路而时速长期停留在1 6 0 2 0 0 k m h 左右的格局，形成当时世界第一流的高速铁路技术。 八十年代初，法国t g v ( y r a i na g r a n d ev i t e s s e ) 高速铁路巴黎东南线建成，最高试验时速 38 0 k m h ，最高运营时速2 7 0 k m h ；八十年代末九十年代初，法国t g v 巴黎大西洋线开 通，最高试验时速5 1 5 3 k m h ，最高运营时速3 0 0 k m h 。1 9 9 1 年，德国i c e ( i n t e rc i t ye x p r e s s ) 高速铁路投入运行，最高运营时速为2 5 0 k m h 。1 9 9 2 年，英吉利海峡隧道高速铁路建成， 运行时速为3 0 0 k m h 。 目前世界上运行时速在2 0 0 k m h 以上的新建的高速铁路营业里程约4 4 0 0 k m ，若包 括运行时速2 0 0 k m h 的线路，总营业里程已超过15 0 0 0 k m 。这些线路仅占世界铁路总营 业里程1 5 ，却担负着各拥有各国铁路很大一部分的客运量。如日本现有四条新干线约 占日本铁路总营业里程的9 ，却承担了铁路旅客周转量的1 3 ；法国现有三条高速新线 和t g v 列车通行网络分别占法铁路网总营业里程的4 和1 8 ，却承担了一半以上的旅 客周转量；德国正在运营的高速线以及时速达2 0 0 k m h 的i c e 列车的通达里程只占德国 铁路总营业里程的1 和1 0 ，却担负着5 0 的旅客周转量。 经过几十年的发展，高速铁路的建设已成为一项非常成熟的技术，而且世界各国都 东北大学博士学位论文第1 章绪论 已认识到，发展高速铁路在改善国内交通状况，促进经济和社会的持续、健康发展具有 重要的战略意义。因此，高速铁路在世界范围内呈现出蓬勃发展的强劲势头，欧洲、美 洲、亚洲诸国和地区，正在计划进一步加快高速铁路的建设。目前，世界上有高速铁路 运营的国家和地区包括日本、法国、德国、英国、意大利、西班牙、韩国、比利时、丹 麦、瑞典、中国和中国台湾。 1 1 2 国内高速铁路发展概况 我国是人口众多、耕地匮乏、人均资源短缺、先天脆弱性生态环境的国家，在土地、 能源、环境等方面的压力都远远大于其它国家，这就决定了中国必须更有效地建立资源 节约型的交通运输体系，也就是说，我国的国情决定了必须建立以铁路为主的高效运输 体系。但是，随着经济的快速发展，铁路成了制约国民经济发展的“瓶颈”；另一方面， 我国铁路运输对国民经济高速发展的制约已到了简单修建新线都不能解决问题的阶段， 特别是在经济发达的沿海地区。因此，国务院、铁道部做出决定，加速开展2 0 0 k m h 以 上高速行车技术的攻关。 近年来，我国正在掀起高速铁路建设的高潮。1 9 9 4 年，国内第一条最高时速为1 6 0 公里的广深准高速铁路建成通车。随后几年间，铁道部对京沪、京广、京哈等几大铁路 干线的列车进行了大幅度的提速，平均时速达到16 0 k m h ，广深准高速铁路经提速后列 车最高时速已达2 0 0 k m h ，这些都为中国铁路建设时速2 0 0 k i n 以上高速铁路奠定了基础。 在“十五”期间，国家加大了对铁路建设的投资力度，时速2 0 0 k m h 的秦沈客运专线建 成通车，这标志着我国建设健康高效的新型铁路运输体系的开始。设计时速3 5 0 k m h 、 运营速度3 0 0 k m h 的京沪高速铁路通过立项并已开工建设。根据全国铁路规划，到2 0 1 0 年，我国新建时速2 0 0 k m h 以上的客运专线和高速铁路将达到9 8 0 0 k m ，约占4 9 。可 以说，高速铁路的建设将对二十一世纪我国国民经济的发展具有重要的推动作用。 1 2 高速铁路对重轨的要求 随着高速铁路在世界范围内的蓬勃发展，高速铁路也将是我国今后铁路建设的重点 和方向。而重轨作为其中的关键部件之一，其实物质量应该满足铁路高速运输的新要求。 为满足我国高速铁路建设对重轨的性能需要，从1 9 9 8 年起，铁道部先后正式颁布过 时速2 0 0 公里客运专线6 0 k g m 钢轨暂行技术条件、时速3 0 0 公里客运专线6 0 k g m 钢轨暂行技术条件、时速2 5 0 公里客运专线6 0 k g m 钢轨暂行技术条件和时速3 5 0 公里客运专线6 0 k g m 钢轨暂行技术条件，其中后两个技术条件明确了高速铁路重轨的 标准定尺长度是1 0 0 m 。新标准要求生产出来的重轨具有高纯净度、高尺寸精度和高平 东北大学博士学位论文第l 章绪论 直度的“三高”特点，这对我国重轨生产提出了崭新的要求。 1 2 1 高速铁路重轨断面及钢种 在断面规格上，国外基本上都是采用6 0 k g m 的重轨【l j 。日本新干线在初期是采用 j i s 5 0 k g m 断面，经过一段运行后发现5 0 k g m 断面的刚度不够，造成路基维护增加，决 定改用j - i s 6 0 k g m 断面。后来的法国、德国、意大利、西班牙、澳大利亚等国家学习了 日本的经验，都采用了u i c 6 0 k g m 断面。通过几十年高速铁路的运营考验，已证明6 0 k g m 断面完全能满足高速铁路运营的需要。 我国高速铁路采用铁道部规定的6 0 k g m 重轨【2 】，其断面图如图1 1 所示，轨高 1 7 6 r a m 、头宽7 3 m m 、腰厚1 6 5 m m 、底宽1 5 0 m m 、截面积7 7 4 5 c m 2 、单重6 0 3 5 k g m 。 文中6 0 k g m 重轨均指高速铁路重轨。 图1 1 我国6 0 k g m 重轨断面图 f i g 1 1s e c t i o n a ld r a w i n go f6 0 k g mh e a v yr a i li nc h i n a 由于高速铁路的设计大多数是专门从事客运，由于运行速度快，轴重轻，要求重轨 具有良好的韧性和抗疲劳性能，同时考虑到高速铁路需要采用无缝线路，对重轨的焊接 东北大学博士学位论文第1 章绪论 性能的要求较高，通常国外高速铁路用重轨一般采用7 8 0 m p a 8 8 0 m p a 强度等级的碳素 普通轨【3 】，并要求重轨材质纯净，钢中有害元素( 如p 、s ) 及残留元素含量低，氢、氧、 氮气体含量少，非金属夹杂物，尤其是b 类氧化物夹杂要求控制在1 0 1 5 级以下。各 国高速铁路用重轨钢的成分和性能见表1 1 。 目前国内大量使用的普通及微合金重轨钢主要有四种，而高速铁路重轨主要是采用 u 7 1 m n 和u 7 5 v 两种材质。u 7 1 m n 的抗拉强度等级为8 8 0 m p a ，u 7 5 v 的抗拉强度等级 为9 8 0 m p a 级。 表1 1 高速铁路用重轨钢的化学成分及性能 t a b l e1 1c h e m i c a lc o n s t i t u t i o na n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f r a i ls t e e lf o rh i g hs p e e dr a i l 国 三 钢种 家 化学成分嬲机械性能 c s i m nsp 其他 ob 65 h b 日0 6 3 0 1 5 0 7 0 jis60 8 0 0 1 02 6 0 3 0 0 郢0 2 5 8 0 0 兰10 2 6 0 3 0 0 三。0 2 0 三d 0 2 0c _ r ! o 2 5 9 8 09 _ 3 0 0 俄 m 7 60 7 1 0 2 5 0 7 5 罗 郢0 3 5 _ 9 0 0 5 ( p 6 5 ) 0 。8 2 0 4 51 ，0 5 斯 中0 6 5 o 1 5 1 0 0 一u 7 1 m n 郢0 3 0 5 0 0 3 0 8 8 0芝1 0 国0770 3 51 4 0 0 7 l 0 5 0 0 7 0 v0 。0 4 u75v兰d030三，0030_ 9 8 092 8 0 3 2 0 o 8 00 7 01 0 50 1 2 d 东北大学博士学位论文第1 章绪论 1 2 2 对重轨尺寸精度的要求 为保证列车高速运行时的平稳性、舒适性、安全性，高速铁路对重轨质量的要求主 要反映在重轨钢的纯净度、重轨表面质量、内部质量、几何尺寸精度和重轨外观平直度 等几个方面。各国铁路标准对高速铁路用重轨的表面质量、尺寸精度和平直度等都有具 体的要求。 表1 2 为国内外高速铁路钢轨标准在断面尺寸精度方面的要求。从表中可以看出， 高速铁路用重轨与普通线路用重轨相比，高速铁路对重轨的外形尺寸项目要求较多，精 度要求更严，除通常所要求的轨高、头宽、腰厚、底宽等项目外，特别提出了对轨头顶 部断面、轨底边缘厚度和轨底凹陷的要求。 表1 2 不同标准对重轨断面尺寸偏差的要求( i 姗) t a b l e1 2d e m a n d so f c r o s s s e c t i o nd i m e n s i o n a lt o l e r a n c ei nd i f f e r e n ts t a n d a r d s 1 2 3 对重轨表面质量的要求 热伤表示在热状态下形成的重轨热刮伤、轧痕、纵向线纹、折叠、氧化铁皮压入等 缺陷的深度。冷伤表示在冷状态条件下形成的重轨纵向或横向划痕，碰伤的深度。表1 3 为国内外高速铁路重轨标准对重轨表面质量的要求。 东北大学博士学位论文第1 章绪论 表1 3 不同标准对重轨表面质量的要求( m m ) t a b l e1 3d e m a n d so f r a i ls u r f a c eq u a l i t yi nd i f f e r e n ts t a n d a r d s 项目u i c 8 6 0j i s e l1 01t g ve n3 0 0 k m h 12 0 0 k r n h 1 表1 4 不同标准对平直度和扭曲的要求( i t l l n ) t a b l e1 4d e m a n do fs t r a i g h t n e s sa n dw a r p i n gi nd i f f e r e n ts t a n d a r d s 项目 u i c 8 6 0j i s e l1 0 1t g ve n 3 0 0 k m h - 12 0 0 k i n h 1 轨端垂直上郢7 1 5 m郢7 1 5 m 0 4 2