[发明专利]一种减少钢轨波浪磨耗的方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁路轨道保护技术领域，尤其涉及一种减少钢轨波浪磨耗的方法。

背景技术

城市轨道交通引发的钢轨异常波浪形磨耗不仅直接产生轨道及环境剧烈振动和噪声环保问题，而且恶化轮轨动态稳定导致零部件失效危及行车安全，也大大地降低了钢轨及车轮等使用寿命及增加了日常的维修工作量，同时也直接影响轨道交通运输效率。

钢轨波浪磨耗形成和发展机理十分复杂，自上个世纪70年代以来，国内外大量的学者及研究者长期从事这方面的研究，寻求波浪磨耗产生机理和发展的规律及防治措施，进行了大量的理论研究及实验研究，但因车辆及轨道相互作用影响因素繁多，车辆车轮及转向架系统和轨道系统的动态特性、轮轨材料特性及滚动接触条件，车辆运行特征激励及轮轨表面初始不平顺粗糙度等的复杂性，使得钢轨波浪磨耗的产生和发展原因及控制研究变的非常困难，人们对其产生的原因及控制手段仍然没能完全给出一致的解释和有效的解决办法。

由于轨道系统的规则的不连续支承及车辆运行固定的运行速度,系统本身的固有特性是条件钢轨波浪磨耗的产生和发展原因之一，寻找轮轨系统相互作用及响应等固有特性是解决问题的关键。

有鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减少钢轨波浪磨耗的方法，以解决上述问题。

本发明研究发现轮轨柔度差变和钢轨不连续支承及轨道支承刚度变化是短波长钢轨波浪磨耗形成的主要原因之一。这种轮轨柔度差机理在垂直方向(如图1所示)表现为“波动接触”，由于车轮沿钢轨滚动时作用点的位置不同及轮轨柔度差的存在，轮轨之间的相互作用及接触产生一个非稳态动态作用力，在非稳态动态垂向轮轨相互作用力的激励下，也包含轮轨各自粗糙度等不平顺激励，在大于一定的某频率时(例如p-p频率)，在垂直方向钢轨的振动位移大于车轮的振动位移，从而使钢轨和车轮之间产生“接触-分离-碰撞-接触”的非稳态滚动。如果在某频率的相互差别很大及在固定的运行车速和轨道条件下，这种“接触-分离-碰撞-接触”使轮轨相互作用力形成周期性波动，使车轮沿钢轨滚动方向在轮轨表面形成波长固定的变化痕迹；这种轮轨柔度差机理在横向(如图2所示)表现为“波动滑动”，当车轮沿钢轨滚动时，车轮和钢轨接触表面除了沿轨道纵向滚动及纵向滑动外,由于轮轨接触踏面的斜度设计，轮轨接触面之间的横向滑动不可避免，另外横向轮轨各自动态柔度同样存在柔度差，特别在p-p频率段及沿钢轨纵向的柔度变化(如图4所示)，在横向周期性相对振动位移差导致轮轨接触面相互滑动摩擦磨损，当车速固定时，这种钢轨横向振动及垂向分量导致的接触力波动及横向交变滑动，由于车轮柔度、钢轨柔度及两者的差和柔度差沿纵向的变化，同时轮轨接触力沿钢轨纵向的变化，使钢轨表面磨损大小将沿钢轨纵向呈现驻波型磨痕，如图3所示车轮柔度，钢轨柔度及其两者差别在半个支承间距的幅值变化，实际中由于轮轨之间的赫兹接触面呈椭圆形及车辆运行踏面带宽，横向振动滑动磨损呈现一定宽度的宽带状。

本发明同时研究比较了弯道线路不同轨道支承系统在车辆运行条件下钢轨横向动态位移、振动水平及钢轨表面粗糙度的变化，对两种不同轨道支承系统的钢轨波浪磨耗进行长周期的测试跟踪，充分了解钢轨波浪磨耗与轨道支承刚度特别是横向刚度的关系。通过对两种等效垂向隔振效果但不同横向刚度的中等减振扣件系统克隆蛋轨道减振器和双层非线性减振扣件安装在同一曲线半径350米的线路在线试验，对不同时间间隔轨道线路上钢轨粗糙度的发展在进行分析比较，实际测试结果表明降低轮轨横向柔度差变及控制钢轨横向振动尤其在曲线地段是有效抑制减振轨道系统钢轨波浪磨耗的形成与发展的关键措施之一。