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原文传递轮轨材料摩擦副摩擦系数与温度关系的实验研究

论文题名：	轮轨材料摩擦副摩擦系数与温度关系的实验研究
关键词：	列车行驶;轮轨摩擦副;摩擦系数;温度效应
摘要：	轮轨摩擦副在列车车辆行驶过程中起着导向、牵引、制动等作用，是铁路系统中极其重要的摩擦副。当代高速、重载列车的快速发展，为轮轨摩擦的研究带来了新的机遇和挑战。由于轮轨摩擦机理是一个十分复杂的过程，在列车行驶过程中温度、载荷、速度的变化会直接影响到轮轨材料组织性能，进而引起轮轨摩擦系数的改变，可能造成列车运行安全隐患，所以开展温度、载荷、速度与轮轨钢摩擦系数的关系研究就显得尤为重要。　　本文先是总结分析了其他学者的相关研究成果，得到了轮轨材料和摩擦系数受温度、载荷、速度的影响下的变化规律，特别是总结推导了温度与摩擦系数关系的理论公式计算，并设计了实验台和实验方案来验证理论公式的可靠性与合理性。最终得到如下的研究成果: 　　(1)通过借鉴汇总李龙、Popov等人研究成果，发现摩擦系数随温度的变化比较复杂，大体上有三个阶段，分别为低温阶段的上升期(25℃～300℃)，中高温阶段的急速下降期(300℃～700℃)，高温阶段的缓慢下降期(700℃～925℃)。　　(2)温度对轮轨钢摩擦系数影响的实验结果表明，在数值上实验结果与理论估算结果相差不大，实验结果的数值稍微有点偏高。但是温度低于400℃时，实验结果和理论结果的变化规律不尽相同。理论估算的最大值出现在300℃左右，而实验结果却出现两个极大值。摩擦系数出现转折的温度点是400℃，温度高于400℃后，理论估算和实验结果的变化规律是一致的，都呈下降的趋势。　　(3)在100℃～400℃这一温度范围内，随着温度的升高摩擦系数的变化过程经历一个特殊的阶段，当实验的温度加热到200℃时，摩擦盘和摩擦销就开始变蓝，随着温度的继续增加，颜色开始变深，这种情况一直持续到400℃，这种现象也叫做轮轨钢材料（珠光体钢）的蓝脆现象。正是由于这种蓝脆现象使得摩擦系数的变化规律有所不同，蓝脆现象使得材料的硬度和抗拉强度有所升高，使得材料的脆性降低，再加上载荷与速度的冲击，使得摩擦系数在这一温度范围的变化规律有别于理论估算的结果。　　(4)滑动速度对轮轨钢摩擦系数影响的实验结果表明，随着滑动速度的增加，轮轨钢的摩擦系数是呈现逐渐降低的趋势，但是由于目前对滑动速度的工作量较小，并没有出现别的变化趋势，这也是下一步实验研究的一个方向。　　(5)载荷对轮轨钢摩擦系数影响的实验结果表明，随着载荷的增加，在不同的温度下，轮轨钢摩擦系数的变化趋势略有不同，但是大多数情况下摩擦系数是随载荷的增加而逐渐降低的，尤其是载荷由250 N(接触应力为8.84 MPa)升高到300 N（接触应力为8.84 MPa)时，摩擦系数都是降低的。当然有个别的情况下表现不同，如在200℃这个温度条件下，摩擦系数随着载荷的增加是呈现先降低再升高后降低的趋势，在载荷为200N(接触应力为8.84 MPa)处取得极小值，而200℃正好也是蓝脆现象的开始，也能反映出蓝脆现象对摩擦系数的影响。　　(6)摩擦必伴随着磨损消耗，从多次的实验结果来看，在温度低于600℃时，摩擦磨损损耗不大，损耗主要发生在摩擦阶段的磨粒磨损阶段。但温度高于600℃时，便会出现渗碳现象，摩擦磨损损耗加剧，且摩擦平稳状态持续时间不长。
作者：	宗辉祖
专业：	车辆工程
导师：	王良璧
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文