钢轨波浪磨耗机理及控制-瞿连辉16928
高速铁路钢轨的磨耗与摩擦特性分析
高速铁路钢轨的磨耗与摩擦特性分析一、引言高速铁路的发展给交通运输带来了革命性的变化，而高速铁路钢轨作为铁路系统的核心组成部分，其性能对列车运行的安全、平稳和效率起着不可忽视的作用。
本文将对高速铁路钢轨的磨耗和摩擦特性进行分析，重点关注磨耗机理、摩擦特性以及相关影响因素。
二、高速铁路钢轨的磨耗机理1. 微观磨损机理高速铁路钢轨在使用过程中，面临着列车轮轨间的高频接触和摩擦作用，微观颗粒间的碰撞和切削是造成磨耗的主要机理。
研究表明，高速列车行驶时，接触面附近会产生较高的温度和应力，导致钢轨表面的微小颗粒相互作用，进而引起磨损。
2. 磨耗过程和形式高速铁路钢轨的磨耗过程可分为初期磨耗阶段、稳定磨耗阶段和加速磨耗阶段。
初期磨耗阶段主要由轮轨热应力和表面几何形貌差异引起，稳定磨耗阶段则主要受到列车速度和钢轨物性方面的影响。
在加速磨耗阶段，因摩擦和磨损引起的表面粗糙度增加，磨耗速率会进一步增加。
三、高速铁路钢轨的摩擦特性分析1. 物理摩擦特性高速铁路钢轨的物理摩擦特性主要包括静摩擦系数和动摩擦系数。
静摩擦系数是指轮轨之间在静止状态下产生的摩擦力和垂直力之比，而动摩擦系数是指轮轨间在运动状态下产生的摩擦力和垂直力之比。
研究发现，高速铁路钢轨的动摩擦系数通常大于静摩擦系数。
2. 温度效应高速列车的高速行驶以及轮轨接触处的摩擦会导致钢轨表面发热，使得钢轨的温度升高。
高温条件下，钢轨材料的性能会发生变化，同时也影响着钢轨与轮轨之间的摩擦特性。
研究表明，高温条件下，高速铁路钢轨的摩擦系数会增加，但超过一定温度后，摩擦系数反而开始下降。
四、影响高速铁路钢轨磨耗与摩擦特性的因素1. 轮轨几何形状轮轨几何形状的不平整度对高速铁路钢轨的磨耗和摩擦特性有着重要影响。
几何形状的不平整度会导致轮轨接触面的应力分布不均匀，从而引起局部磨损。
2. 列车运行速度列车运行的速度直接影响着高速铁路钢轨的磨耗和摩擦特性。
速度的增加会加剧轮轨间的摩擦和磨损，因此高速列车的使用将导致钢轨磨损加剧。
小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施
小半径曲线钢轨磨耗分析及整治措施小半径曲线的换轨周期，主要由上股钢轨的侧面磨耗和波形磨耗来控制。
我国铁路行业小半径曲线上的钢轨有98％是由于侧面磨耗超限而报废的。
对于小半径曲线上的钢轨而言，轮轨的磨耗和损伤十分严重，具体表现在曲线上股钢轨侧磨加剧，导致几何形状发生改变，有效截面减小，影响运营安全。
因此，必须在钢轨磨损达到一定限度时就更换钢轨，以保证列车的运营安全。
严重的钢轨侧面磨耗减少了钢轨的强度，加剧了钢轨的伤损，缩短了钢轨的使用寿命，不仅浪费大量的资金，而且还干扰运营任务的完成。
因此，延长钢轨使用寿命对解决轨道交通因钢轨磨耗而出现报废的问题具有积极意义。
1 曲线钢轨磨损机理钢轨磨耗主要有垂直磨耗、侧面磨耗、鞍型磨耗和波形磨耗（简称波磨）等。
其中影响最大的是钢轨的侧面磨耗和波形磨耗，下面就这两种磨耗机理进行简单阐述。
波磨机理波形磨耗是指钢轨使用后钢轨顶面出现的波形不均匀磨耗。
按其波长分为短波（波纹形磨耗）和长波（波浪形磨耗）两种。
据研究，钢轨波形磨损形成的充要条件是轮轨接触点上的法向力和切向力联合作用结果，使旧钢轨轨头内产生2～7mm深的塑性区，并且在纵向负蠕滑率作用下，塑性区向上向前产生碾压变形基础单波，同时踏面经过不均匀磨耗和压宽，由单波发展成多波，从而导致波形磨损的发生和发展。
在轮轨系统中，影响钢轨波磨形成的因素很多，大致分为两类：一是轮对的扭转粘滑振动的强度，它决定了是否会形成钢轨波磨；二是在车辆运行条件下，钢轨波磨是否会进一步发展，是加速还是减缓波磨的发展，则取决于轨道弹性和阻尼、机车车辆及其走形部构造特性、曲线半径、轮轨间粘着系数及轮轨蠕滑力特性曲线、轨道不平顺等因素(见图1)。
图１波磨示意图侧磨机理钢轨侧磨发生在小半径曲线的外股钢轨上，是目前曲线上伤损的主要类型之一。
列车在曲线上运行时，轮轨的摩擦与滑动是造成外轨侧磨的根本原因。
当机车车辆在直线轨道上运行时，一般轮轨间仅为一点接触，但列车通过小半径曲线时，外轮缘与外轨的轨距线相互贴靠，产生两点接触现象，并在该点上产生钢轨对车轮的导向力。
钢轨磨耗标准
钢轨磨耗标准钢轨是铁路运输系统中的重要组成部分，它承载着列车的重量，并且在列车行驶过程中承受着巨大的压力和摩擦力。
因此，钢轨的磨耗情况直接关系到铁路运输的安全和效率。
为了确保铁路系统的正常运行，制定了钢轨磨耗标准，以便对钢轨的磨损情况进行监测和评估。
钢轨磨耗标准主要包括以下几个方面的内容：1. 磨耗深度标准。
钢轨在使用过程中会受到车轮的不断摩擦，从而导致表面的磨损。
根据铁路部门的相关规定，钢轨的磨损深度应该符合一定的标准。
一般来说，磨损深度超过规定数值的钢轨需要及时进行维修或更换，以确保列车的运行安全。
2. 磨耗形状标准。
钢轨的磨损形状也是衡量其磨耗程度的重要指标。
磨损形状不仅包括磨损的深度，还包括磨损的范围和分布情况。
通过对磨损形状的监测和分析，可以及时发现钢轨的异常磨损情况，并采取相应的维护措施。
3. 磨耗速度标准。
钢轨的磨损速度是评估其使用寿命的重要依据。
根据铁路部门的规定，钢轨的磨损速度应该控制在一定的范围内。
超过规定磨损速度的钢轨需要及时进行维护和更换，以确保铁路系统的安全和稳定运行。
4. 磨耗监测标准。
为了及时发现钢轨的磨损情况，铁路部门通常会采用各种监测设备对钢轨进行定期检测。
监测设备的选用和使用标准，以及监测结果的分析和评估标准，对于保障钢轨的安全和使用寿命具有重要意义。
总之，钢轨磨耗标准是铁路运输系统中的重要管理规定，它对于保障铁路运输的安全和效率具有重要意义。
只有严格遵守钢轨磨耗标准，及时发现和处理钢轨的磨损情况，才能确保铁路系统的安全运行和长期稳定性。
希望各相关部门和工作人员能够高度重视钢轨磨耗标准，加强对钢轨磨损情况的监测和管理，共同维护铁路运输系统的安全和可靠性。
浅析钢轨波形磨耗成因及防治
浅析钢轨波形磨耗成因及防治发表时间：2018-12-28T13:40:07.187Z 来源：《防护工程》2018年第24期作者：鲁笑琳[导读] 钢轨是铁路的重要组成部分，其质量将影响铁路工程的应用,不仅对铁路的寿命有直接影响，而且对铁路列车的安全产生影响。
本文就钢轨磨耗成因及预防措施进行了研究。
鲁笑琳中国铁路昆明局集团有限公司昆明南工务段云南昆明 650200摘要：钢轨是铁路的重要组成部分，其质量将影响铁路工程的应用,不仅对铁路的寿命有直接影响，而且对铁路列车的安全产生影响。
本文就钢轨磨耗成因及预防措施进行了研究。
关键词：钢轨波形磨耗；成因；影响因素；防治前言钢轨波形磨耗是线路上常见的钢轨病害之一。
钢轨波形磨耗会引起很高的轮轨相互作用力，加速机车车辆和轨道各组成部分的损坏，以至影响列车安全。
随着我国高速铁路的长期运营，钢轨波磨问题越来越受到重视。
1波磨的成因钢轨波形磨耗是指钢轨顶面纵向规律性的起伏不平的磨耗现象。
钢轨波形磨耗会增大轮轨振动和噪声，加大钢轨和轮对的荷载，能引起很大的轮轨附加动力，额外消耗牵引能源，加速轨面伤损和道床永久变形，增加维修养护费用，大大减小其使用寿命，甚至会影响行车安全。
钢轨波磨按波长分为波纹形和波浪形两种。
波纹形磨耗的波长为30-60mm，波幅为0.1-0.4mm，这种轨顶周期性不平顺，多发生在高速行车地段。
波浪形磨耗的波长为60-3000mm，波幅为2mm以下，主要发生在低速重载铁路上。
钢轨的波形磨耗主要发生在道岔区段钢轨、曲线地段钢轨、线路下沉地段的钢轨、难于经常维持道床捣固密实的钢轨、道床板结弹性差的钢轨以及轨道结构受约束较多较复杂的钢轨。
1.1曲线区段波形磨耗产生原因波形磨耗多出现在曲线地段，同时曲线半径越小，出现和发展的速率越快。
在曲线处轨道结构受到的作用力相对于直线路段是存在加成的，轮轨之间作用加大，波磨情况必然加剧。
轮对在曲线地段的振动表现为粘滑振动，在半径较小的曲线地段，轮轨间蠕滑力接近饱和，轮轨间磨耗功发生剧烈波动,造成钢轨的不均匀磨损或压溃。
钢轨波磨区段科隆蛋扣件弹条断裂机理
钢轨波磨区段科隆蛋扣件弹条断裂机理摘要：随着交通强国战略的实施，我国列车线路的建设发展迅猛。
但随着列车建设规模的急剧扩大，其运营成本尤其是基础设施维护成本与日俱增。
作为线路的典型轨道损伤问题，钢轨波磨是一种钢轨表面出现的波浪形的周期性磨耗问题。
钢轨波磨加剧了轮轨冲击，加速了车辆设备和线路设施服役性能的劣化和失效进程，特别是在钢轨波磨高发区段伴随着大量的扣件弹条断裂，严重影响列车运营安全。
基于此，对钢轨波磨区段科隆蛋扣件弹条断裂机理进行研究，以供参考。
关键词：钢轨波磨；轮轨摩擦耦合振动；弹条断裂；共振响应引言根据现场调研，弹条成区段断裂位置附近的钢轨上发现了不明原因的钢轨波磨现象，钢轨波磨与扣件弹条断裂有一定的关联关系。
相关学者针对钢轨波磨对扣件弹条的影响进行了试验和理论研究。
在探究ω型弹条的静态受载特征以及列车在实际交变动荷载作用下的振动特征时发现，考虑特定波长的高速铁路钢轨波磨加剧了弹条振动，且加剧幅度最大可达10倍。
通过共振试验发现，当轮轨间的激励频段与弹条的固有频率吻合时，弹条出现与现场相似的裂纹。
研究发现高速铁路波磨段产生的激励频段和弹条安装下的频率响应相吻合是发生弹条共振并导致损伤的原因。
1钢轨波磨的分类根据成形过程的不同，铁路波形的形成机理分为2类:动力学和非动力学，如动力学观点所示，轨道间的摩擦造成的自干、共振和反馈三类振动，可能导致轨道表面初始不稳定，但现有的动力学理论仍然不足，如分析单一振动和忽略其他相关振动影响，模型分析不完整，无法研究各种相互联系的振动情况，这很难解释非动态视图的铣削力的多样性假设车轮的力是恒定的，导致轨道材料与精炼过程之间的塑性流动或材料磨损不均匀，而轨道间扫掠槽曲线的负斜率导致轨道间的自振，导致轨道间的摩擦波动，这两种观点在不同的轨道电路中被表达出来，非动态原因理论主要解释了产生短波的原因，例如残馀应力、静波、弹性和超声理论，但这两种理论相对于某些实际电路上的行波研磨特性而言是有限的。
铁路钢轨轨面磨耗机理及控制策略研究赵松
铁路钢轨轨面磨耗机理及控制策略研究赵松发布时间：2023-07-29T13:25:16.957Z 来源：《中国建设信息化》2023年8期作者：赵松[导读]秦皇岛工务段河北秦皇岛 066000摘要：钢轨轨面磨耗是铁路运营中的一个重要问题，它会影响列车的安全性和行车平稳性。
本文旨在研究铁路钢轨轨面磨耗的机理及控制策略。
首先介绍了钢轨与车轮接触面的力学特性，并探讨了轨面磨耗的原因和分类。
然后分析了影响钢轨轨面磨耗的因素，包括运营负荷和列车速度、车轮和钢轨材料特性、车辆操纵和驾驶方式以及环境条件。
接下来介绍了钢轨轨面磨耗的监测与评估方法，包括监测技术和设备以及磨耗评估指标。
最后，提出了一些轨面磨耗控制策略，包括运行维护管理措施、钢轨材料和设计改进、车辆设计和优化，以及特殊轨面磨耗控制技术。
通过采取这些策略，可以有效降低钢轨轨面磨耗，提高铁路运营的安全性和效率。
关键词：铁路钢轨；轨面磨耗；力学特性；影响因素1 引言铁路交通作为一种重要的交通运输方式，对于现代社会的发展起着至关重要的作用。
而铁路钢轨作为铁路系统的基础设施之一，其质量和状态直接关系到列车的安全性、行车平稳性和运输效率。
然而，随着列车运营负荷的增加和速度的提高，钢轨轨面磨耗问题日益凸显。
钢轨轨面磨耗不仅会导致钢轨寿命的缩短，还可能引发轨道几何异常和轨道不平顺等问题，严重影响列车的正常运行。
因此，研究钢轨轨面磨耗的机理及控制策略具有重要的理论和实际意义。
2 铁路钢轨轨面磨耗机理铁路钢轨轨面磨耗是指钢轨与车轮接触面在运营过程中逐渐磨损和失效的过程。
磨耗的机理涉及复杂的力学和摩擦学过程。
钢轨与车轮接触面的力学特性对轨面磨耗起着重要作用。
钢轨与车轮接触面的力学特性决定了磨耗的发生方式和程度。
在钢轨与车轮接触面，存在着复杂的载荷分布和摩擦力。
由于车轮的轧制作用和车辆的运行载荷，钢轨表面会承受压力、剪切力和摩擦力的作用。
这些力的大小和方向随着列车运行状态的变化而变化，导致钢轨表面的变形和应力变化，从而引起磨耗。
钢轨波形磨耗的影响因素及减缓措施
钢轨波形磨耗的影响因素及减缓措施摘要：本文对波形磨耗的原因进行了解和归纳。
对波磨成因理论的正确性和减缓波磨措施的有效性进行了有力的证明。
关键词：钢轨；波形磨耗；影响因素；减缓措施对钢轨波形磨耗的成因进行了深刻探讨。
钢轨波磨就是在具有某些条件下轮对粘滑振动造成的钢轨不均匀磨损，由于长时间反复摩擦造成的。
轮轨系统的动力在不停的改变，可以让轮对粘滑振动表现出各种形态，和多种波磨相对应。
一般的情况下来说，大多数波磨形成的过程中，决定着波磨的发展。
另外有其他原因，虽然只是影响波磨发展速率，但它不是决定波磨是否存在的原因。
控制这些因素也可以有效的减缓波磨。
1线路条件对波磨的影响1.1曲线半径研究表明，如果线路曲线的半径越小，轮轨就越容易出现滑动，导致轮对粘滑振动以及波磨轻松就形成。
把曲线半径变大，即便波磨出现，它的发展速度也非常慢。
只有曲线半径大到一定程度，并伴有各种不利条件，才有可能出现轮对粘滑的振动。
如果曲线有更大的半径，即便有所有的不利条件加在一起，也不会发生轮对粘滑振动和波磨，我们把这样的半径称之为波磨形成临界半径。
通过对波磨进行现场实验，得出有一定证明力的结论，也同时说明泼磨临界半径的存在。
但是波磨临界半径的形成是非常困难的。
主要是存在各种不利条件，比如轮轨接触特性、轨道刚度和阻尼、轨道不平顺等一系列问题。
1.2轨道阻尼粘滑振动就是低轨道阻尼下轮的振动，转向架上前后两车轮振动效应叠加，给轮对粘滑振动的压力加大，波磨就非常容易产生。
如果在正常阻尼下，轮对就不容易发生粘滑振动，就容易减少磨耗功，波磨就很难形成。
由此可得，轨道阻尼对波磨的形成有着很大的影响。
据统计，低轨道阻尼下波磨的形成速度要快一倍以上。
1.3外轨超高通常情况下，外轨超高或欠超高对波磨都是不利的。
例如，外轨超高会致使粘滑振动强度受干扰，若是外轨欠超高则会导致粘滑振动强地大大减少。
在这种情况下，若是外轨超高，那么外侧的粘滑振动指数强度会不断提升。
地铁钢轨波磨形成机理研究
地铁钢轨波磨形成机理研究 嘿，朋友们！今天咱们来唠唠地铁钢轨波磨这事儿，就像钢轨在偷偷玩“波浪游戏”一样。
你想啊，这钢轨就像一个任劳任怨的老黄牛，每天承载着地铁列车这只大铁家伙跑来跑去。钢轨波磨的形成，首先得说到轮轨力这个调皮的小捣蛋。列车的轮子和钢轨就像两个天天吵架的小伙伴，轮子每次哐当哐当压过去，就给钢轨施加了各种力。这力呀，时大时小，就像一阵乱拳打在钢轨身上，有时候拳风重了，钢轨就开始有小脾气了，慢慢变形，就像被捏得有点歪歪扭扭的橡皮泥。
再说说钢轨的材质，钢轨要是质量不太好，那就像是一个身体虚弱的士兵，根本经不起列车车轮的“折腾”。材质就像士兵的盔甲，要是盔甲薄了或者不结实，车轮那“小恶魔”稍微一用力，钢轨表面就开始出现小坑洼，然后这些小坑洼就像传染病一样，逐渐蔓延，形成波磨。
还有一个因素像个神秘的小幽灵，那就是轨道的不平顺。轨道要是不平顺，就像一条坑坑洼洼的乡间小路，列车在上面跑，轮子就像喝醉了酒的大汉，东倒西歪。这一歪啊，对钢轨的压力就不均匀了，有些地方压力过大，钢轨就只能默默承受，时间长了，波磨就出现了，就像脸上被挤出了皱纹。
车辆的运行速度也来凑“热闹”。速度快的时候，列车就像一阵狂风席卷而过。这时候车轮和钢轨之间的摩擦就像两个在高速摩擦的砂纸，速度太快了，砂纸的磨损就不均匀了，钢轨表面就被磨得像被小狗啃过的骨头，坑坑洼洼，波磨也就随之而来。 另外，地铁的客流量也在背后“捣鬼”呢。人多的时候，列车就像一个装满货物的大卡车，超载了似的。这就使得车轮对钢轨的压力大大增加，钢轨就像被一群小孩在上面蹦跶的蹦床，不堪重负，波磨也就悄悄地产生了，就像蹦床表面慢慢出现了小裂口。
轮轨间的润滑状况也是个关键因素。要是润滑不好，就像两个干巴巴的齿轮在互相摩擦，那摩擦力可大了去了。钢轨就像在热锅上被摩擦的煎饼，很容易就被磨坏了，波磨也就应运而生，像煎饼上烤糊的斑点。
地铁的制动系统也像个爱惹事的小鬼。每次制动的时候，车轮就像被突然拉住缰绳的马，会对钢轨产生很大的冲击力。这冲击力就像锤子一下下砸在钢轨上，时间久了，钢轨就被砸出了波磨，就像石头被水滴砸出了小坑。
浅谈钢轨磨耗的成因及整治措施
浅谈钢轨磨耗的成因及整治措施摘要:钢轨侧面磨耗是工务工程中普遍存在的问题，大量的钢轨磨耗严重的缩短了钢轨的使用寿命，增加了铁路运营成本。
本文首先从我段京包线的现状、客货运输的特点，指出了减缓曲线钢轨侧磨对于我国铁路具有重要的现实意义。
系统分析了轨头侧面磨耗的变化规律，重点分析了轨道不平顺对钢轨不均匀侧磨的影响；最后提出了一些减缓曲线钢轨侧面磨耗的措施及方法。
关键词: 曲线钢轨侧磨减缓措施一、曲线钢轨侧磨的形成原因为了找到引起侧磨的主要原因及切实可行的预防措施，通过长期的观察和测量，并对各类观测资料进行综合对比分析后，发现引起钢轨磨耗的主要原因有以下几个方面。
1.1 曲线圆顺度曲线钢轨不均匀侧磨的形成与曲线的圆顺度有相当大的关系。
曲线不圆顺就意味着曲线的半径不一致，有的处所半径变大，必然使有的处所半径变小，小半径曲线钢轨磨耗严重，大半径曲线钢轨磨耗较轻形成钢轨的不均匀磨耗，从而减少了钢轨的使用寿命。
从侧面磨耗理论可知，钢轨轨头的侧磨主要是由于导向力和冲角引起的，曲线轨道状态不良对这两个因素的影响相当大。
曲线的不圆顺可以看成是轮轨之间横向力的一个激励源，这些激励源使得轮对的运动状态发生改变，从而造成轮轨导向力和冲角的变化。
曲线圆顺度的不良直接引起轮轨横向力及导向力的改变，在圆顺度不良曲线范围内的后四分之一段内，其导向力和冲角增加都较大，从现场观察可知，在此范围内经常出现钢轨轨头最大侧磨点。
钢轨接头处的支嘴和钢轨硬弯引起的曲线圆顺度不良，对钢轨轨头的磨耗影响尤为严重。
1.2 轨距轨距是影响曲线钢轨磨损地重要因素。
理论计算与现场试验都表明，适当减小轨距，可以改善机车车辆通过曲线的条件，使机车通过曲线时的轮轨导向力和冲角都相应减少，车辆通过曲线时，轨距减小车体横向摇摆幅度减弱，轮轨导向力也是适当减小，因此，曲线轨距适当减小，对于曲线钢轨磨损是有利的。
计算结果表明，轨距对横向力和冲角都有较大的影响。
轨距增大，将使横向力和冲角增大，增大了轮轨之间的冲击。
《钢轨波磨讲座》课件
表面强化处理
表面涂层处理
在钢轨表面涂覆耐磨、耐腐蚀涂 层，提高钢轨的耐久性和抗磨损
性能，延缓波磨的发展。
热处ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ强化
对钢轨进行热处理，改变其表面 组织和性能，提高耐磨性和抗疲
劳性能，延长使用寿命。
激光表面强化
利用激光技术对钢轨表面进行硬 化、合金化等处理，提高钢轨表
面的硬度和耐腐蚀性。
预防性维护措施
04
CATALOGUE
钢轨波磨的防治措施
打磨技术
01
02
03
打磨技术
通过打磨机对钢轨表面进 行打磨，消除波磨和其他 表面缺陷，恢复钢轨平滑 度。
打磨周期
根据钢轨波磨的程度和列 车运行情况，制定合理的 打磨周期，确保钢轨保持 良好状态。
打磨方式
采用不同的打磨方式，如 横向打磨、纵向打磨等， 以适应不同波磨情况的需 求。
未来研究方向与趋势
未来研究方向
未来钢轨波磨的研究将更加注重跨学科合作 和多方法综合应用，涉及领域包括材料科学 、摩擦学、动力学等。研究重点将聚焦于新 型材料和制备技术在钢轨制造中的应用、摩 擦磨损机理与控制策略、轮轨系统动力学与 控制等方面。
发展趋势
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高 ，钢轨波磨的研究将呈现以下几个发展趋势 ：一是更加注重实际工况下的测试和观测， 以获取更加准确和可靠的数据；二是加强跨 学科合作和多方法综合应用，以提高研究的 系统性和完整性；三是加强与产业界的合作 ，推动研究成果的实际应用和产业化发展。
定期检查
定期对钢轨进行外观检查和无损检测，及时发现和修复潜在的波 磨和其他损伤。
数据监测与分析
建立钢轨监测系统，实时收集和传输数据，对钢轨状态进行实时监 测和分析，预测波磨发展趋势。