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高速铁路轮轨材料硬度匹配试验研究
| 论文题名： | 高速铁路轮轨材料硬度匹配试验研究 |
| 关键词： | 高速铁路;轮轨材料;硬度匹配;抗磨损;抗疲劳 |
| 摘要： | 我国高速铁路直线钢轨的磨耗很小，加工硬化轻微;而高速车轮则出现了凹形磨耗和多边形磨耗等问题。针对这些问题，本文从轮轨硬度匹配的角度出发，开展了试验研究和现场测试，给出了高速轮轨材料合理的硬度匹配组合和硬度比范围;针对我国高速铁路使用的U71MnG钢轨，对比研究了我国两种主型车轮材料ER8和ER8C抗磨损和抗疲劳等性能，获得了我国高速轮轨材料的加工硬化及磨耗的初步规律。 世界主要高速铁路国家应用的轮轨硬度比各不相同，欧洲和中国的高速轮轨硬度比（轮/轨）接近1∶1，日本则在1.2∶1以上。部分国家在致力于提高车轮硬度来解决车轮异常磨耗问题。 基于赫兹接触理论，利用Amsler摩擦磨损试验机在垂向载荷490N，滑差10％的试验条件下进行了6种轮轨材料，9种组合的摩擦磨损试验。轮轨试样的磨耗量随试验循环次数的增加呈近似线性增加。轮轨硬度比在1.05∶1～1.15∶1范围内时，轮轨试样的磨耗量较为均衡且车轮试样变形较小。首次测量、分析了小比例车轮试样的多边形磨耗现象。随着车轮试样硬度值增加，多边形磨耗明显减轻;钢轨硬度较低时，车轮试样的多边形磨耗亦较轻。 利用MJP-30A摩擦磨损试验机进行了ER8和ER8C高速车轮材料与U71MnG钢轨材料的摩擦磨损试验。与硬度较高的ER8C试样对磨的U71MnG钢轨试样磨损量更小。ER8C车轮试样抗磨损、抗变形和抗疲劳性能均优于ER8材料。不同试验组中U71MnG钢轨试样的表面损伤没有明显差异。 开展现场测试研究了高速轮轨材料的加工硬化和磨耗规律。结果表明:1）在约20万公里的镟修周期内，ER8和ER8C的踏面硬度值分别在300～320HB和310～335HB范围内波动;2）车轮踏面存在加工硬化不均匀现象;3）直线钢轨加工硬化轻微，武广高铁钢轨在4400万吨通过总重下的相对加工硬化率在3.1％～8.5％范围;4）测试动车组中，ER8和ER8C车轮的踏面磨耗速率约为0.04～0.05mm/万km;5）京沪高铁试验段钢轨的垂直磨耗约为0.0017mm/Mt，磨耗轻微。 适当提高车轮硬度（提高轮轨材料的硬度比）是解决目前高速轮轨材料应用问题的一种有效方法。建议在高速轮轨材料的选材中予以考虑。 |
| 作者： | 周韶博 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 张银花 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国铁道科学研究院 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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