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摘要：对不同通过总重下的重载铁路小半径曲线(2)

2013-05-10 18:04
每次观测后，分别从试验段的圆曲线中部截取30cm 长的上、下股钢轨各一根，作为裂纹测量的取样轨。从取样轨上沿列车运行方向切割纵断样若干，并在裂纹出现的位置截取试样进行裂纹深度观测。

2.2 裂纹深度
疲劳裂纹的深度是纵断面试样上轨头表面到裂纹尖端的垂直距离。上、下股钢轨在垂磨测点处的裂纹深度随通过总重的累积而变化的情况如图1 所示。从图 1 中可以看出，随着通过总重的累积，上、下股钢轨的疲劳裂纹深度的最大值和平均值都呈增长的趋势。说明在新轨上道后的初期，上、下股钢轨表面疲劳裂纹就较早地萌生，并以较快速率向轨头内部扩展。

2.3 钢轨表面塑性变形
从钢轨横断面金相组织发现，裂纹大多数起源于表面，且沿表层流变方向扩展，随着通过总重的累积，流变层的厚度逐渐增加，如表1 所示。当超过表1 的深度后，钢轨内部的流变逐渐减弱。

3 钢轨型面测量和磨耗计算
新轨上道后，采用钢轨型面测量仪测量定点（间隔5m）的上、下股钢轨型面作为初始轮廓。在3 次通过总重条件下，再分别测量相同测点的钢轨型面，与初始轮廓进行比较，计算相应的垂磨量和侧磨量。
考虑到用于裂纹测量的取样轨位于圆曲线中部，因此，将圆曲线中心前后各65m 范围内的钢轨测点进行统计，全长130m，约占圆曲线全长的1/3。计算磨耗发展率时，将两次测量的磨耗量与两次测量间的通过总重增量相比。两股钢轨的平均磨耗量和平均磨耗发展率如表2。可以发现，垂磨方面，初期垂磨量较大，且随着通过总重的累积逐渐增加，而垂磨发展率呈降低趋势；侧磨方面，初期上股钢轨侧磨量较小，且随着通过总重的累积逐渐增加，侧磨发展率也呈增加趋势，下股钢轨侧磨不明显未做统计。这样，在60MGT 前，上股钢轨侧磨量在1.2mm 以内，侧磨速率在增加，垂磨量在1.0mm 以内，垂磨速率在降低。

4 最佳磨耗率和打磨参数

4.1 裂纹-磨耗消长平衡机制
国内外对裂纹和磨耗的研究表明[4][5]，钢轨滚动接触疲劳裂纹与轮轨磨耗相互影响。磨耗较小，则裂纹发展就很快；磨耗较大，则裂纹发展缓慢，甚至变化不明显或被消除掉。从试验段观测来看，轮轨磨耗不足以消除裂纹，需要引入钢轨打磨，借助打磨来平衡裂纹和磨耗的关系。这样，建立裂纹-磨耗消长平衡机制来控制裂纹扩展，找到最佳磨耗率，并设计合理的钢轨打磨参数，如图2 所示。裂纹-磨耗消长平衡机制的原理就是，在掌握裂纹理论深度（一定通过总重下，不考虑轮轨磨耗时裂纹理论上扩展的深度）和垂磨发展率的基础上，将钢轨打磨考虑进来，设计合理的打磨周期和打磨量，即在裂纹扩展的适当时机（打磨周期），以最小的打磨量结合打磨周期内的轮轨自然磨耗量，将钢轨疲劳裂纹消除或控制，达到裂纹-磨耗的平衡。这样，就将裂纹的扩展与磨耗的发展、打磨周期和打磨量联系起来。
这时根据钢轨打磨和自然磨耗所确定出来的单位通过总重的磨耗速率即为最佳磨耗率。
这种最佳磨耗率使钢轨具有状态良好、无明显裂纹的滚动表面，或者使钢轨具有稳定的、适度裂纹的钢轨表面。这种情况下的预防性钢轨打磨，既能很好的控制滚动接触疲劳裂纹，又改善了轮轨关系，一定程度上控制了侧磨的发展，同时又以较少的打磨量、快速的打磨效率，节约了打磨成本，充分发挥了打磨设备的效率。

4.2 疲劳裂纹的理论深度
首先根据裂纹和磨耗测量数据计算不同通过总重下的裂纹理论深度。一定通过总重时的平均理论深度Q0 h 包括该通过总重下金相测量到的平均裂纹深度Q h 和被通过总重磨耗掉的平均深度wQ h ，即垂磨量，计算公式如下： （转载自http://zw.NSEAC.com科教作文网）
whQ = hQ + hQ0 （1）式中，Q 为累积通过总重（MGT）；Q0 h 为Q 通过总重时的平均裂纹理论深度（mm）；Q h 为Q 通过总重时测量得到的平均裂纹深度（mm）； wQ h 为Q 通过总重时的轨头平均垂磨量（mm），iwQiniwQ Q s h Δ ? Δ =Σ=1（2）i 为测量次数； i ΔQ 为第i次测量至第i+1次测量间的通过总重增量（MGT）； wQi Δs 为i ΔQ通过总重内的轨头平均垂磨发展率（mm/MGT）。