鋼軌波浪磨耗機理及控制課件

鋼軌短波波浪磨耗產(chǎn)生機理及控制措施2019年9月28日鋼軌短波波浪磨耗產(chǎn)生機理及控制措施2019年9月28日1、簡介2、鋼軌波磨及類別介紹內(nèi)容3、短波波磨產(chǎn)生和發(fā)展機理

4、鋼軌波磨控制5、結(jié)論1、簡介2、鋼軌波磨及類別介紹內(nèi)容3、短波波磨產(chǎn)生和發(fā)展機1、簡介1、簡介1.1

鐵路及扣件1）不連續(xù)支承2）支承剛度1.1鐵路及扣件1）不連續(xù)支承長波-普通扣件短波-減振扣件1.2

鋼軌波浪磨耗長波-普通扣件短波-減振扣件1.2鋼軌波浪磨耗扣件失效、彈條斷裂、硫化開膠+振動噪聲1.3

鋼軌波浪磨耗–扣件失效+振動噪聲扣件失效、彈條斷裂、硫化開膠+振動噪聲1.3鋼軌波浪

車輪

1.3

車輪波浪磨耗–車輛安全隱患車輪1.3車輪波Thepeakofnoiseat400HzCorrugationfrequency=(62/3.6)/0.043=401HzTrainspeed=62km/hCorrugationwavelength=43mm1.４

車內(nèi)噪聲（波浪磨耗彎道線路段）Thepeakofnoiseat400HzTrai鋼軌波浪磨耗是周期性波浪狀缺陷嚴重影響交通安全

鋼軌疲勞壽命輪軌振動能耗及維修費振動噪聲污染交通安全鋼軌波浪磨耗是周期性波浪狀缺陷嚴重影響交通安全鋼軌疲勞壽命2、波浪磨耗模型及類別2、波浪磨耗模型及類別2.1

輪/軌激勵方向2.1輪/軌激勵方向不連續(xù)支承“共振”–第1類：短波200-1200Hz

2.2

波浪磨耗種類不連續(xù)支承“共振”–第1類：短波200-1200Hz輪組扭轉(zhuǎn)“共振”-第2類:中等波長250-400Hz2.2

波浪磨耗種類輪組扭轉(zhuǎn)“共振”-第2類:中等波長250-400Hz2Railpadk1,

1Baseplatepadk2,

2Ballast/formationk3,

3Contactstiffnessk0Railm1Wheelm0x1Baseplatem1x2Sleeper/Slabm3x3Attenuation:

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

波浪磨耗種類Railpadk1,1Baseplatepadk種類特征頻率Hz波長mm：對應車速70km/h波長mm：對應車速150km/h波長mm：對應車速300km/h長波（P2）5-1003890-1958330-41716670-833中波（rutting）250-40078-49167-104333-208短波（P-P）200-120098-16208-35416-69波磨波長-頻率--車速種類特征頻率Hz波長mm：對應車速70km/h波長mm：對應3、短波波磨產(chǎn)生和發(fā)展機理3、短波波磨產(chǎn)生和發(fā)展機理3.1

波浪磨耗理論分析輪軌相互作用3.1波浪磨耗理論分析輪軌相互作用波磨波長種類:長波:200-300mm短波:20-80mm固定波長機理磨耗損傷機理牽引,摩擦等初始幾何缺陷幾何形狀改變動態(tài)激勵車輛軌道動態(tài)相互作用及磨耗反饋效應波磨波長種類:長波:200-300mm固定波長機理磨耗損輪軌滾動接觸+輪軌粗糙度wheel/railrollingcontact+RoughnessDescriptionofthenormaldistancevariation鋼軌表面車輪表面Wheelsurface輪軌接觸斑面Contactpatch輪軌滾動接觸+輪軌粗糙度Descriptionofthep-p共振-固定波長頻率與車速:3.2

短波波浪磨耗:p-p波包含3維方向（6自由度）p-p共振-固定波長頻率與車速:3.2短波波浪磨耗:p-柔度：頻響函數(shù)描述方式之一，單位激振力的位移響應3.3

輪軌柔度差變機理柔度：3.3輪軌柔度差變機理測量/預估3.3

輪軌柔度差變機理軌道錘激試驗-垂向軌道錘激試驗-橫向為了排除干擾因素（軸載、車速、曲線半徑、輪軌表面條件等）影響，而更準確地了解不同軌道結(jié)構(gòu)的振動特性及傳遞規(guī)律，可在控制激勵大小和方向的條件下計算或測量軌道的動態(tài)響應，獲得系統(tǒng)的動態(tài)響應函數(shù)。測量/預估3.3輪軌柔度差變機理軌道錘激試驗-垂向軌道錘預估模型–軌道預估模型–軌道鋼軌垂向柔度“pinned-pinnedresonance”frequencyinverticaldirectionabout1100~1200Hzonunloadedtrackconditions鋼軌垂向柔度“pinned-pinnedresonance鋼軌橫向柔度“pinned-pinnedresonance”frequencyinlateraldirectionabout400~600Hzonunloadedtrackconditions鋼軌橫向柔度“pinned-pinnedresonance鋼軌橫向p-p柔度-距離（550Hz）RailLateralreceptancevariationalongthetrackatp-p鋼軌橫向p-p柔度-距離（550Hz）鋼軌橫向柔度-頻率-距離鋼軌橫向柔度-頻率-距離“輪-軌”滾動接觸相互作用WheelRailHertzianspringSlidingsurface“垂向-縱向”模型

“垂向-橫向”模型（垂向沖擊效應）

（橫向滑動磨損效應）“輪-軌”滾動接觸相互作用WheelRailHertzian鋼軌-車輪垂向柔度Wheel-Railverticalreceptance鋼軌-車輪垂向柔度Wheel-Railverticalr鋼軌-車輪橫向柔度鋼軌-車輪橫向柔度鋼軌垂向及橫向柔度Railreceptanceinbothvertical/lateral鋼軌橫向柔度〉垂向柔度鋼軌垂向及橫向柔度Railreceptanceinbo軌-輪橫向柔度差軌-輪橫向柔度差Wheel-Railreceptanceamplitude車輪Wheel鋼軌Rail柔度差Difference=Rail-Wheel“輪-軌”柔度差：在p-p頻率沿軌道縱向Wheel-Railreceptanceamplitud4、鋼軌波磨控制4、鋼軌波磨控制鋼軌波磨控制對策

鋼軌波磨控制對策

鋼軌短波波磨控制對策*降低輪軌柔度差*控制鋼軌及車輪振動*降低輪軌垂向及橫向動態(tài)激勵鋼軌短波波磨控制對策*降低輪軌柔度差*控制鋼軌及車輪1）降低輪軌作用力及分布–動態(tài)激振力控制1）降低輪軌作用力及分布–動態(tài)激振力控制0.6m支承間距-不同支承剛度支承力降低支承剛度有利控制高頻動態(tài)激勵措施：低剛度諧振式浮軌扣件0.6m支承間距-不同支承剛度支承力降低支承剛度有利控制高頻注意：

垂向剛度降低的同時，

必須要嚴格控制橫向剛度（扭轉(zhuǎn)剛度）！注意：2）鋼軌潤滑–潤滑液（油、脂、水）或低摩擦輪軌

降低輪軌摩擦力，特別在彎道、道岔及接頭a）曲線摩擦嘯叫聲b）輪軌磨耗500Hz涂油降5dB左右2）鋼軌潤滑–潤滑液（油、脂、水）或低摩擦輪軌500Hz克隆蛋

3）降低鋼軌橫向或扭轉(zhuǎn)柔度–鋼軌動態(tài)響應控制

預壓雙層非線性克隆蛋 3）降低鋼軌鋼軌表面粗糙度（dBref1E-6m）-克隆蛋軌頭橫向：低軌2.36mm，高軌1.92mm；鋼軌垂向：1.53mm60kg鋼軌支承間距0.625m,扣件15kN/mm線路曲線半徑400m車速65km/h波磨波長40mm，63mm，80mm

（451Hz，287Hz，226Hz）增加7dB增加4dB增加3dB30dB鋼軌表面粗糙度（dBref1E-6m）-克隆蛋60kg鋼軌表面粗糙度（dBref1E-6m）-預壓雙層非線性軌頭橫向：低軌0.67mm，高軌0.39mm；鋼軌垂向：1.04mm降低2dB23dB鋼軌表面粗糙度（dBref1E-6m）-預壓雙層非線性鋼軌波磨發(fā)展速度鋼軌波磨發(fā)展速度倡議：

借助類似交流平臺，推動扣件設(shè)計、檢驗規(guī)范及標準的制定和推廣，逐步建立鋼軌（或扣件）橫向剛度（或扭轉(zhuǎn)剛度）要求及檢測方法，并將其納入設(shè)計規(guī)范。倡議：4）吸收鋼軌p-p等共振能量-“反共振”（諧振器）諧振式浮軌扣件鋼軌阻尼器4）吸收鋼軌p-p等共振能量-“反共振”（諧振器）諧振式浮

將動力吸振原理應用到鋼軌減振扣件。在振動物體上附加質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，附加系統(tǒng)對主系統(tǒng)的作用力平衡了主系統(tǒng)上的振動。這種利用附加系統(tǒng)吸收主系統(tǒng)振動能量的設(shè)備成為動力吸振器。工作原理諧振式浮軌扣件工作原理諧振式浮軌扣件低、中、高三階諧振響應設(shè)計。諧振質(zhì)量元件各階次響應頻率階次頻率階次頻率階次頻率階次頻率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、高三階諧振響應設(shè)計。諧振質(zhì)量元件各階次響應頻率階頻率5）鋼軌材料硬度及耐磨性–硬軌（應與車輪優(yōu)化?。╀撥墶疤洝?）鋼軌材料硬度及耐磨性–硬軌（應與車輪優(yōu)化！）鋼軌

6.1

降低支承距離,l

6.2降低鋼軌質(zhì)量,m

6.3增加鋼軌剛度(扭轉(zhuǎn)及橫向),EI6）提高不連續(xù)支承”p-p共振”頻率–第1類

6.1降低支承距離,l

6.2降低鋼軌質(zhì)量,m

……7）鋼軌打磨8）降低車輪質(zhì)量(P2)9）加大彎道段軌距(1435mm+)10）降低超高

(cant-)11）軌底坡補償……7）鋼軌打磨8）降低車輪質(zhì)量(P2)9）加大彎道段軌距1)輪軌柔度差及沿軌道變動是波磨產(chǎn)生和發(fā)展的主要原因，柔度及p-p頻率理論計算及在線測試獲得一致的結(jié)果。2)給出了一些可行的控制波磨的措施建議：降低輪軌柔度差及控制鋼軌振動是控制波磨的主要途徑5

結(jié)論1)輪軌柔度差及沿軌道變動是波磨產(chǎn)生和發(fā)展的主要原因，柔度洛陽雙瑞橡塑科技有限公司簡介

洛陽雙瑞橡塑科技有限公司是中國船舶重工股份有限公司下屬的高科技公司，由原中船重工第七二五研究所第十二研究室改制而成，專業(yè)從事橡膠、塑料、復合材料等非金屬材料及制品研制、生產(chǎn)。現(xiàn)有占地304畝的研發(fā)生產(chǎn)基地，注冊資金3.3億元，生產(chǎn)廠房近8萬平方米。在職