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温度对轮轨摩擦副摩擦系数和磨损的影响研究
| 论文题名： | 温度对轮轨摩擦副摩擦系数和磨损的影响研究 |
| 关键词： | 轮轨摩擦系数;温度变化;摩擦磨损;抗拉强度;弹性模量 |
| 摘要： | 轮轨摩擦是一个涉及到传热、机械、材料、化学等多学科的复杂基础问题。随着列车运行速度和轴重的不断增加，制动和加速牵引更加频繁，对轮轨摩擦问题研究的重要性更加凸显。稳定和足够的轮轨摩擦系数对于列车的安全运行至关重要。然而实际轮轨摩擦中产生的高温会导致接触面附近材料的组织和性能随时发生变化，从而影响摩擦稳定性，同时会加速车轮和钢轨表面的剥离、磨损，使列车安全运行存在隐患并增加运营成本。因此，研究温度对轮轨摩擦系数和磨损的影响就成为理解轮轨摩擦机理的一个非常重要的前提，并且对于延长轮轨寿命和保证铁路安全运行有着非常重要的意义。 本论文首先在已有理论研究基础上，进一步进行归纳和推导，给出了温度对轮轨滑动摩擦系数影响的理论估算值；然后在自行设计的销盘式高温摩擦磨损实验台上，对不同温度下轮轨钢之间的摩擦系数和磨损进行了研究；最后将实验结果与理论估算结果进行了对比。主要研究结果包括： (1)在Popov等人的研究基础上，对轮轨钢弹性模量和抗拉强度随温度的变化进行了研究，最终得到轮轨摩擦系数随温度变化的估算公式。从该估算公式看，随着温度的增加，摩擦系数变化分为三个阶段，即缓慢上升阶段(10℃～300℃)、迅速减小阶段（300℃～700℃）和缓慢减小阶段（700℃～925℃）。 (2)摩擦实验结果表明，轮轨钢摩擦系数随温度的变化比较复杂。从室温至高温，摩擦系数先急剧增大，在200℃达到最大值；随后又迅速减小，在400℃出现一个极小值后继续增大；温度达到500℃后开始缓慢减小，温度达到700℃后则迅速下降。 (3)发现对于轮轨钢存在一个蓝脆区（200℃～400℃区间），在该温度区间内，轮轨钢表面发蓝，其抗拉强度和硬度随温度变化出现反常，并非逐渐减小，而是逐渐增加达到最大值。初步判断这可能是轮轨钢在300℃和400℃时摩擦系数发生较大变化的原因，有待进一步探索。 (4)对比摩擦系数随温度变化的理论估算结果与实验结果后发现，两者无论在变化趋势还是高温时的数值大小上，符合都不甚理想。分析认为主要原因是在建立理论估算公式过程中未考虑到轮轨钢性能的一些反常变化，如蓝脆现象。尽管如此，本论文的实验研究对于理论估算模型的进一步完善提供了依据。 |
| 作者： | 李龙 |
| 专业： | 动力工程 |
| 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： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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