【《钢轨打磨技术研究现状文献综述》3000字】

钢轨打磨技术研究现状文献综述钢轨打磨是通过打磨车上的打磨砂轮，对钢轨表面进行材料清除，其原理如图1-1所示。当打磨小车上的打磨砂轮以不同角度对钢轨表面各部位实施磨削时，砂轮通过旋转去除掉钢轨表面材料，则钢轨表面损伤在打磨过程中得到清除，钢轨廓形被改变为有利于获得良好轮轨接触特性的形状。图1-1砂轮打磨原理示意图钢轨打磨按打磨程度可分为预打磨、预防性打磨和修复性打磨。钢轨预打磨是指对新钢轨的脱碳层进行清除，以满足良好的轮轨“共形性”为目标形成特定的目标廓形；预防性打磨主要是当钢轨损伤处于萌芽或初期阶段，通过钢轨打磨去除钢轨表面少量金属材料达到阻止损伤进一步发展的目的；修复性打磨是指钢轨表面发生严重病害且钢轨廓形发生较大改变，此时轮轨接触特性已严重影响车辆运行性能时，对钢轨表面材料进行较大程度打磨以保证钢轨恢复良好的表面廓形[8]。故预防性打磨主要是针对钢轨病害问题，以消除钢轨表面初期病害防止钢轨进一步损伤，而预打磨和修复性打磨旨在通过不同的打磨程度使钢轨具有较好的表面廓形，提升轮轨匹配特性。目前国内外对钢轨打磨技术的研究主要从钢轨打磨设备、钢轨打磨系统动态特性和钢轨打磨工艺等方面进行，本节将对钢轨打磨技术研究现状进行介绍。1.1国外研究现状钢轨打磨技术的概念提出于上世纪50年代，国外率先采用打磨方式对轨道线路进行维护，此技术经过多年的发展，已逐渐被世界各国认同并得到广泛应用[9]。上世纪60年代，SPENO公司推出了全球首辆钢轨打磨列车，最初将其应用于解决钢轨波磨，经过不断的技术发展和改良，之后被逐步应用于去除钢轨表面材料，消除钢轨疲劳损伤和降低轮轨噪声等领域，证明钢轨打磨对提高钢轨寿命具有显著成效[10]。美国柏林顿北铁路于上世纪70年代采用钢轨打磨技术解决了包括钢轨波磨、钢轨表面材料塑性变形等系列难题，发现采用钢轨预防性打磨比钢轨修复性打磨产生的维护成本更低[11]。在同一时期，荷兰铁路公司也采用了钢轨打磨技术对线路大规模钢轨波磨问题进行了处理，之后通过对钢轨打磨技术的不断改进，在1998年采用“声学打磨”的手段解决了轮轨噪音问题[12]。随后澳大利亚西部铁路利用钢轨打磨技术对轮轨接触力进行控制，有效减少了钢轨侧磨现象的出现，并使用了钢轨非对称打磨的形式增大轮对滚动圆半径差，提高了车辆的曲线通过性能[13]。日本新干线开通初期发现钢轨滚动接触疲劳较明显，为此日本当局采用了钢轨打磨技术对干线钢轨存在的滚动接触疲劳、钢轨表面损伤和轮轨噪音等问题进行了处理，发现利用合适的钢轨打磨策略可有效降低50%以上的疲劳裂纹[14]。随着钢轨打磨技术的不断发展，IKaiser等[15]提出了一种滚动接触模型对不同轮轨变形量下的接触应力进行了分析，结果表明，采用钢轨打磨技术可带来较好的经济效益。YukioSatoh等[16]采用X射线衍射和电子背散射的方法对钢轨表面状态进行了微观探测，认为钢轨打磨能有效减少钢轨表面的滚动接触疲劳，并使钢轨长期保持较低的疲劳状态。1.2国内研究现状国内钢轨打磨技术起步较晚，但随着我国轨道交通行业的逐渐发展，众多国内专家对钢轨打磨技术也进行了深入研究。王璐颖[17-18]以解析表达式的形式考虑了砂轮与钢轨间的磨削力和打磨液压系统的波动力，运用Simpack多体动力学软件建立了PGM-48钢轨打磨车动力学模型。聂蒙[19]运用AMEsim软件建立了普速线路钢轨打磨车的单磨头压力输出系统，针对液压系统提出了降低压力波动的相关措施。莫彦承[20]建立了GMC-16地铁钢轨打磨车多体动力学模型，获得了无打磨作用下的车辆蛇形临界速度。张燕超等[21]阐述了对打磨效率影响较大的因素，通过试验分析了打磨过程中打磨面积、打磨速度和打磨功率间的关系，认为减少打磨车的故障率可有效提升打磨效率。Z.Y.Zhang等[22]针对打磨过程中砂轮与钢轨之间的磨削作用，考虑磨削热辐射与对流的影响，建立了三维热分析模型。张晴[23]等建立了地铁车辆轨道耦合动力学模型，研究了地铁钢轨波磨的打磨控制限值。王文建等[24]提出了以非对称打磨技术对钢轨斜裂纹进行控制，在理论计算与现场试验的验证结果中发现非对称打磨可使轮轨接触点向钢轨中心移动，有效缓解了钢轨裂纹的形成与发展。陈国庆等[25]以丰台西至沙城铁路线路为研究对象，提出钢轨打磨后的轮轨接触点对分布相比未打磨前有了明显改善，轮轨接触力和轮轨磨耗有较大程度降低。郭俊[26-27]等对钢轨非对称打磨前后的轮轨接触斑进行了分析，认为打磨后轮轨接触斑处的蠕滑行为较打磨前得到有效改善，轮轨接触特性得到提升。金学松等[28]对钢轨打磨理论、技术等进行了总结，介绍了钢轨打磨对轮轨接触疲劳、轮轨磨耗损伤和轮轨噪声等方面的影响，提出了一种钢轨打磨相互作用模型。同时根据经济学原理对国外轨道养护模型进行了改进，考虑设备折旧老化等影响，提出了一种综合经济学模型。郭占伟等[29]根据我国大秦线铁路养护经验，认为利用钢轨打磨技术可减小轮轨蠕滑，改善轮轨接触特性，并在现场试验中证明了钢轨打磨可使钢轨侧磨现象降低50%左右，并显著提升了线路的重载通过能力。从国内外钢轨打磨技术的研究现状可知，众多专家关注着钢轨打磨设备、钢轨打磨系统动态特性和钢轨打磨工艺等技术的发展，为实施钢轨打磨提供了重要的理论基础。但需要注意的是，钢轨打磨廓形指导着各项打磨技术的实施，开展钢轨打磨工作的前提是设计合理的钢轨打磨廓形。参考文献国家发展改革委.关于印发《铁路“十三五”发展规划》的通知.[2017-12-01]./zhuanti/shisanwujtysfzgh/guihuawenjian/201712/t20171201_2944287.html.傅荧.我国铁路货运市场占有率现状分析及展望[J].四川教育学院学报,2002(07):56-59.田生奎.中国铁路货运市场现状及发展战略研究[D].对外经济贸易大学,2007.杨国伟,魏宇杰,赵桂林,等.高速列车的关键力学问题[J].力学进展,2015,45(1):217-460.温士明.地铁线路小半径曲线钢轨打磨廓形研究[D].西南交通大学,2018.殷俊,雷鹏程,崔浩蕾,赵锐,崔大宾.车轮踏面凹形磨耗对动车组车辆运行性能的影响[J].铁道科学与工程学报,2020,17(02):297-305.卢军.钢轨打磨列车打磨质量控制[J].铁道技术监督,2011,39(01):26-28.刘月明,李建勇,蔡永林,聂蒙.钢轨打磨技术现状和发展趋势[J].中国铁道科学,2014,35(04):29-37.周清跃,田常海,张银花,刘丰收,陈朝阳,俞喆.高速铁路钢轨打磨关键技术研究[J].中国铁道科学,2012,33(02):66-70.MagelE,RoneyM,KalousekJ,etal.Theblendingoftheoryandpracticeinmodernrailgrinding[J].Fatigue&FractureofEngineeringMaterials&Structures,2003,26(10):921-929.贺振中.国外钢轨打磨技术的应用与思考[J].中国铁路,2000(10):38-40.VDBosch,Ir.R.A.RailgrindingstrategiesonNetherlandsrailways[J].Railengineeringinternational,2002(1):8-9.MarichS.RailGrindingStrategiesAdoptedinAustralia[J].RailengineeringinternationalEdition,2005,34(01):4-6.MIshida,MAkama,KKashiwaya,AKapoor.ThecurrentstatusoftheoryandpracticeonrailintegrityinJapaneserailways-rollingcontactfatigueandcorrugations[J].Fatigue&FractureofEngineeringMaterials&Structures,2003,26(10):909-919.IKaiser.TheImpactofStructuralDeformationsofWheelsetandRailonWheel-RailContact[J].theTenthInternationalConferenceonComputationalStructuresTechnology,2010.YukioSatoh,KengoIwafuchi.EffectofrailgrindingonrollingcontactfatigueinrailwayrailusedinconventionallineinJapan[J].Wear,2008,265(9):1342-1348.王璐颖.钢轨打磨车抗脱轨稳定性研究[D].西南交通大学,2012.王璐颖,罗世辉,马卫华,李国.一系定位刚度对钢轨打磨车动力学性能的影响[J].重庆理工大学学报(自然科学),2012,26(08):12-16.聂蒙,李建勇,沈海阔,智少丹.钢轨打磨压力波动的影响机理[J].中南大学学报(自然科学版),2013,44(08):3546-3551.莫彦承,王起梁.CMC-16型磨轨车动力学性能仿真分析[J].机车车辆工艺,2009(05):6-7+29.张燕超,李石平,余高翔,刘洁.基于打磨车性能提高钢轨打磨效率[J].中国铁路,2013(09):90-92.Z.YZhang,W.Shang,H.H.Ding,J,Guo,H.Y.Wang,Q,Y,Liu,W,Jwang.Thermalmodelandtemperaturefieldinrailgrindingprocessbasedonmovingheatsoure[J].AppliedThermalEngineering,2016,106:855-864.张晴,杜星,凌亮,温泽峰,关庆华.地铁线路钢轨波磨安全限值研究[J].噪声与振动控制,2015,35(03):41-45.王文健,陈明韬,郭俊,刘启跃.高速铁路钢轨打磨技术及其应用[J].西南交通大学学报,2007(05):574-577.陈国庆.丰沙线曲线段波磨钢轨打磨廓型优化研究[D].西南交通大学,1990.郭俊.轮轨滚动接触疲劳损伤机理研究[D].西南交通大学,2006.郭俊,刘启跃,王文健.钢轨打磨对轮轨滚动接触斑行为影响研究[J].铁道建筑,2009(12):92-94.金学松,杜星,郭俊,崔大宾.钢轨打磨技术研究进展[J].西南交通大学学报,2010,45(01):1