钢轨波浪磨耗机理及控制课件

钢轨短波波浪磨耗产生机理及控制措施2019年9月28日钢轨短波波浪磨耗产生机理及控制措施2019年9月28日1、简介2、钢轨波磨及类别介绍内容3、短波波磨产生和发展机理

4、钢轨波磨控制5、结论1、简介2、钢轨波磨及类别介绍内容3、短波波磨产生和发展机1、简介1、简介1.1

铁路及扣件1）不连续支承2）支承刚度1.1铁路及扣件1）不连续支承长波-普通扣件短波-减振扣件1.2

钢轨波浪磨耗长波-普通扣件短波-减振扣件1.2钢轨波浪磨耗扣件失效、弹条断裂、硫化开胶+振动噪声1.3

钢轨波浪磨耗–扣件失效+振动噪声扣件失效、弹条断裂、硫化开胶+振动噪声1.3钢轨波浪

车轮

1.3

车轮波浪磨耗–车辆安全隐患车轮1.3车轮波Thepeakofnoiseat400HzCorrugationfrequency=(62/3.6)/0.043=401HzTrainspeed=62km/hCorrugationwavelength=43mm1.４

车内噪声（波浪磨耗弯道线路段）Thepeakofnoiseat400HzTrai钢轨波浪磨耗是周期性波浪状缺陷严重影响交通安全

钢轨疲劳寿命轮轨振动能耗及维修费振动噪声污染交通安全钢轨波浪磨耗是周期性波浪状缺陷严重影响交通安全钢轨疲劳寿命2、波浪磨耗模型及类别2、波浪磨耗模型及类别2.1

轮/轨激励方向2.1轮/轨激励方向不连续支承“共振”–第1类：短波200-1200Hz

2.2

波浪磨耗种类不连续支承“共振”–第1类：短波200-1200Hz轮组扭转“共振”-第2类:中等波长250-400Hz2.2

波浪磨耗种类轮组扭转“共振”-第2类:中等波长250-400Hz2Railpadk1,

1Baseplatepadk2,

2Ballast/formationk3,

3Contactstiffnessk0Railm1Wheelm0x1Baseplatem1x2Sleeper/Slabm3x3Attenuation:

betweenrailandslab/sleeper20Log10(x12/x32)=?betweenrailandFoundation20Log10(x12/x42)=?x4DFFFST轨道P2“共振”-第3类：长波5-100Hz2.2

波浪磨耗种类Railpadk1,1Baseplatepadk种类特征频率Hz波长mm：对应车速70km/h波长mm：对应车速150km/h波长mm：对应车速300km/h长波（P2）5-1003890-1958330-41716670-833中波（rutting）250-40078-49167-104333-208短波（P-P）200-120098-16208-35416-69波磨波长-频率--车速种类特征频率Hz波长mm：对应车速70km/h波长mm：对应3、短波波磨产生和发展机理3、短波波磨产生和发展机理3.1

波浪磨耗理论分析轮轨相互作用3.1波浪磨耗理论分析轮轨相互作用波磨波长种类:长波:200-300mm短波:20-80mm固定波长机理磨耗损伤机理牵引,摩擦等初始几何缺陷几何形状改变动态激励车辆轨道动态相互作用及磨耗反馈效应波磨波长种类:长波:200-300mm固定波长机理磨耗损轮轨滚动接触+轮轨粗糙度wheel/railrollingcontact+RoughnessDescriptionofthenormaldistancevariation钢轨表面车轮表面Wheelsurface轮轨接触斑面Contactpatch轮轨滚动接触+轮轨粗糙度Descriptionofthep-p共振-固定波长频率与车速:3.2

短波波浪磨耗:p-p波包含3维方向（6自由度）p-p共振-固定波长频率与车速:3.2短波波浪磨耗:p-柔度：频响函数描述方式之一，单位激振力的位移响应3.3

轮轨柔度差变机理柔度：3.3轮轨柔度差变机理测量/预估3.3

轮轨柔度差变机理轨道锤激试验-垂向轨道锤激试验-横向为了排除干扰因素（轴载、车速、曲线半径、轮轨表面条件等）影响，而更准确地了解不同轨道结构的振动特性及传递规律，可在控制激励大小和方向的条件下计算或测量轨道的动态响应，获得系统的动态响应函数。测量/预估3.3轮轨柔度差变机理轨道锤激试验-垂向轨道锤预估模型–轨道预估模型–轨道钢轨垂向柔度“pinned-pinnedresonance”frequencyinverticaldirectionabout1100~1200Hzonunloadedtrackconditions钢轨垂向柔度“pinned-pinnedresonance钢轨横向柔度“pinned-pinnedresonance”frequencyinlateraldirectionabout400~600Hzonunloadedtrackconditions钢轨横向柔度“pinned-pinnedresonance钢轨横向p-p柔度-距离（550Hz）RailLateralreceptancevariationalongthetrackatp-p钢轨横向p-p柔度-距离（550Hz）钢轨横向柔度-频率-距离钢轨横向柔度-频率-距离“轮-轨”滚动接触相互作用WheelRailHertzianspringSlidingsurface“垂向-纵向”模型

“垂向-横向”模型（垂向冲击效应）

（横向滑动磨损效应）“轮-轨”滚动接触相互作用WheelRailHertzian钢轨-车轮垂向柔度Wheel-Railverticalreceptance钢轨-车轮垂向柔度Wheel-Railverticalr钢轨-车轮横向柔度钢轨-车轮横向柔度钢轨垂向及横向柔度Railreceptanceinbothvertical/lateral钢轨横向柔度〉垂向柔度钢轨垂向及横向柔度Railreceptanceinbo轨-轮横向柔度差轨-轮横向柔度差Wheel-Railreceptanceamplitude车轮Wheel钢轨Rail柔度差Difference=Rail-Wheel“轮-轨”柔度差：在p-p频率沿轨道纵向Wheel-Railreceptanceamplitud4、钢轨波磨控制4、钢轨波磨控制钢轨波磨控制对策

钢轨波磨控制对策

钢轨短波波磨控制对策*降低轮轨柔度差*控制钢轨及车轮振动*降低轮轨垂向及横向动态激励钢轨短波波磨控制对策*降低轮轨柔度差*控制钢轨及车轮1）降低轮轨作用力及分布–动态激振力控制1）降低轮轨作用力及分布–动态激振力控制0.6m支承间距-不同支承刚度支承力降低支承刚度有利控制高频动态激励措施：低刚度谐振式浮轨扣件0.6m支承间距-不同支承刚度支承力降低支承刚度有利控制高频注意：

垂向刚度降低的同时，

必须要严格控制横向刚度（扭转刚度）！注意：2）钢轨润滑–润滑液（油、脂、水）或低摩擦轮轨

降低轮轨摩擦力，特别在弯道、道岔及接头a）曲线摩擦啸叫声b）轮轨磨耗500Hz涂油降5dB左右2）钢轨润滑–润滑液（油、脂、水）或低摩擦轮轨500Hz克隆蛋

3）降低钢轨横向或扭转柔度–钢轨动态响应控制

预压双层非线性克隆蛋 3）降低钢轨钢轨表面粗糙度（dBref1E-6m）-克隆蛋轨头横向：低轨2.36mm，高轨1.92mm；钢轨垂向：1.53mm60kg钢轨支承间距0.625m,扣件15kN/mm线路曲线半径400m车速65km/h波磨波长40mm，63mm，80mm

（451Hz，287Hz，226Hz）增加7dB增加4dB增加3dB30dB钢轨表面粗糙度（dBref1E-6m）-克隆蛋60kg钢轨表面粗糙度（dBref1E-6m）-预压双层非线性轨头横向：低轨0.67mm，高轨0.39mm；钢轨垂向：1.04mm降低2dB23dB钢轨表面粗糙度（dBref1E-6m）-预压双层非线性钢轨波磨发展速度钢轨波磨发展速度倡议：

借助类似交流平台，推动扣件设计、检验规范及标准的制定和推广，逐步建立钢轨（或扣件）横向刚度（或扭转刚度）要求及检测方法，并将其纳入设计规范。倡议：4）吸收钢轨p-p等共振能量-“反共振”（谐振器）谐振式浮轨扣件钢轨阻尼器4）吸收钢轨p-p等共振能量-“反共振”（谐振器）谐振式浮

将动力吸振原理应用到钢轨减振扣件。在振动物体上附加质量弹簧系统，附加系统对主系统的作用力平衡了主系统上的振动。这种利用附加系统吸收主系统振动能量的设备成为动力吸振器。工作原理谐振式浮轨扣件工作原理谐振式浮轨扣件低、中、高三阶谐振响应设计。谐振质量元件各阶次响应频率阶次频率阶次频率阶次频率阶次频率132.07814430.0827745.1640924.15245.66115513.9128791.6741969.06360.51016514.3329813.9242969.86461.99317554.3730824.9843981.81570.58418554.6131827.6244982.606126.119636.3532832.5545990.657275.3520642.3633844.3746991.338277.2221670.2234851.19471001.109393.1922684.0635859.52481002.3010393.3423685.7536860.21491069.2711419.9424721.2837875.15501069.3112423.1325721.8938909.30--13429.9326734.9639920.30--低、中、高三阶谐振响应设计。谐振质量元件各阶次响应频率阶频率5）钢轨材料硬度及耐磨性–硬轨（应与车轮优化！）钢轨“太软”5）钢轨材料硬度及耐磨性–硬轨（应与车轮优化！）钢轨

6.1

降低支承距离,l

6.2降低钢轨质量,m

6.3增加钢轨刚度(扭转及横向),EI6）提高不连续支承”p-p共振”频率–第1类

6.1降低支承距离,l

6.2降低钢轨质量,m

……7）钢轨打磨8）降低车轮质量(P2)9）加大弯道段轨距(1435mm+)10）降低超高

(cant-)11）轨底坡补偿……7）钢轨打磨8）降低车轮质量(P2)9）加大弯道段轨距1)轮轨柔度差及沿轨道变动是波磨产生和发展的主要原因，柔度及p-p频率理论计算及在线测试获得一致的结果。2)给出了一些可行的控制波磨的措施建议：降低轮轨柔度差及控制钢轨振动是控制波磨的主要途径5

结论1)轮轨柔度差及沿轨道变动是波磨产生和发展的主要原因，柔度洛阳双瑞橡塑科技有限公司简介

洛阳双瑞橡塑科技有限公司是中国船舶重工股份有限公司下属的高科技公司，由原中船重工第七二五研究所第十二研究室改制而成，专业从事橡胶、塑料、复合材料等非金属材料及制品研制、生产。现有占地304亩的研发生产基地，注册资金3.3亿元，生产厂房近8万平方米。在职