钢轨加工毕业论文

铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗 摘要:阐述了铁道机车车辆轮轨摩擦磨损的现状;研究了内燃机车车轮、闸瓦和钢轨的消耗数 量及相应的维修费用;指出了采用适当的新技术之后,在节能降耗方面会产生显著的经济效益。 关键词:车轮;轮缘;钢轨;摩擦磨损;铁道机车车辆;节能;降耗 众所周知,铁路运输是基于轮轨相互作用产生 的黏着牵引力和黏着制动力以实现列车运行的,轮 轨间因摩擦磨损在铁路运输中消耗的能量和能源 很多,耗资也很大。 随着铁路运输向高速、重载发展,因摩擦磨损 所致的事故风险也在增加。轮轨接触面形成的各 种损伤,不但缩短了轮轨的使用寿命,在严重磨损 后还会导致轮对和钢轨失效,危及行车安全。在这 方面,即使在高速铁路成功应用的国家,也曾付出 过惨重代价。例如:1998年,由于轮轴的疲劳断裂 而导致德国ICE高速列车脱轨,造成101人死亡, 84人重伤,直接经济损失约2亿马克。 与此同时,合理利用资源,实行节能降耗,是我 国的一项基本战略决策。为了节约能源,降低铁路 运输成本和机车车辆的制造与修理费用,对机车车 辆轮轨的摩擦磨损状况,需引起高度的重视。应当 采取相应的技术措施,努力将这种磨损造成的损失 降低到最小程度,以达到降耗增效的目的。 1 铁路钢轨的磨耗 据铁路工务部门统计,我国铁路有20%~30% 的路段钢轨磨损率大于国外严重磨损率指标,有 60%的曲线段钢轨因波磨造成严重损伤。摩擦磨 损带来的损失很大。 钢轨损伤的形态 铁路轮轨作用关系复杂,钢轨磨耗损伤的形态 主要有钢轨的压溃、侧磨、波磨、剥离等,这些占钢 轨总损伤量的80%以上。随着铁路机车车辆的重 载与高速化,轮轨间的摩擦磨损也日趋严重,如钢 轨的压溃与波磨迅速增长,且发生较为普遍(参见 图1)。 钢轨的年消耗量 据资料记载:“十五”期间,我国铁路钢轨用材 每年基本维持在110万t左右,除新线建设之外,其 中用于既有线路大修和维修消耗的钢材约为70~ 80万t/年。 据铁道部安检司调查,2003年因钢轨损伤而更 换所需的材料及人工费用约为50亿元。其中,因 钢轨压溃、侧磨、波磨等导致的损伤,占钢轨总损伤 量的80%以上,即40亿元左右。 2 机车车辆车轮的磨损 车轮是铁路机车车辆的重要走行部件。在列 车运行中,车轮滚动会使车轮踏面和轮缘发生磨 耗,而车轮在钢轨上滑动也会造成踏面损伤。 车轮损伤的形态 据失效分析统计,铁道机车车辆车轮损伤的主 要类型有轮缘磨耗、轮辋疲劳裂纹、热损伤、车轮踏 面剥离和崩裂等(参见表1和图2)。因磨耗造成车 轮部件失效的主要原因是轮轨接触应力集中、制动 热应力疲劳、累积塑性流动变形、夹杂物应力集中、 内部缺陷应力集中等。 车轮的消耗 目前,我国铁路机车、客车和货车约有500万 个车轮在运营中。这里所讲的车轮消耗,主要是指 磨损后车轮的维修和更换 以2006年为例,全路的机车、客车和货车就消 耗新轮63·1万只,平均以0·5万元/只计算,所需费 用约为31·55亿元。 在为完成中国工程院下达的“摩擦磨损与工程 应用咨询项目”时,笔者曾于2006年11月赴北京 铁路局丰台机务段进行过“铁路机车车辆关键零部 件摩擦磨损”的现场调研。从丰台机务段调查了解 到:以DF4型机车为例,由于车轮维修或全部更换, 该段平均每台机车每年所需人工费和材料费分别 为3·3万元和42·4万元,这尚不包括因修理或更换 时机车的停运损失。有关该段DF4型机车的旋轮 与换轮费用参见表2和表3;若按2005年全路机车 保有量17 500台推算,仅机车车轮的维修费用就近 5·8亿元。 制动闸瓦的消耗 在机车车辆制动系统的摩擦制动中,主要有踏 面闸瓦制动和盘形制动。我国目前除新造的提速 客车和厂修改造的25型客车采用盘形制动外,其 他的机车车辆都是采用踏面制动,这对车轮的磨耗 是比较严重的。铸铁闸瓦相比合成闸瓦,可以获得 较高的黏着系数且摩擦系数稳定,但是磨耗快,成 本较高。以丰台机务段DF4、DF4D型机车为例,在1 个大修期内,每台DF4型机车需更换闸瓦8次, DF4D型机车需更换闸瓦10次。因此,每台机车的 换瓦费用分别为1·2万元和1·5万元。按该段现 有DF4型机车35台和DF4D型机车23台计算,这些 机车在1个大修期内换瓦的总费用为76·5万 3 降低轮轨磨耗的技术措施 我国《铁路节能技术政策》第11·1条指出:“应 注意抗磨减阻材料的推广使用。在全世界生产的 能量中,约有30%~40%的能量是消耗在与摩擦有 关的场合;我国与摩擦有关的能源消耗约占1/3 ~ 1/2。任何减轻摩擦、降低磨损的措施,都会直接或 间接地节约能源。” 针对目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重、修理费 用高的现象,如果进一步推广应用淬火钢轨、轨面 打磨、磨耗型车轮、径向转向架和安装轮轨润滑装 置等现有的成熟技术,不但可以明显改善轮轨摩擦 磨损的现状,而且可以节约能源和原材料,大大降 低消耗,取得显著的经济效益。 采用淬火钢轨与维护 钢轨波磨问题是轮轨相互作用过程中极其复 杂的系统问题,根据不同的线路或区段,合理地选 择钢轨,有助于预防钢轨的波磨。例如:淬火钢轨 就很少发生波磨,因为它有较高的强度和硬度。因 此,建议在轨道波磨区段采用屈服强度较高的钢 轨。此外,轨面打磨也是主要防护手段,轨面打磨 可减小车体的振动和车轮对钢轨冲击力所造成的 磨损。实践表明,它可延长波磨轨寿命50%以上。 从调查得知,若采用淬火钢轨、侧面涂油和适时的 钢轨打磨等技术,仅钢轨材料一项每年就可节约费 用20亿元左右,因减磨而节约的能耗费用也是很 大的。 采用磨耗型车轮踏面 车轮磨损失效的形式主要有踏面磨耗到限和 轮缘磨耗到限。铁道部对机车车辆车轮踏面的使 用与维修都有相应的标准,如《DF4型内燃机车段 修规程》第3·11·6·8条中规定:踏面磨耗深度不大 于7 mm;而采用轮缘高度为25 mm的磨耗型踏面 时,踏面磨耗深度不大于10 mm。磨耗达到或超过 这些标准,就会危及行车安全。 早期的车轮踏面为锥型踏面。锥型踏面在使 用初期磨损很快,当磨损到一定程度后,磨损速率 开始减缓,踏面形状趋于稳定。通过长期观察和试 验发现,如果在车轮踏面设计时就采用磨耗型的车 轮踏面廓形,可有效地减轻轮轨接触应力,迅速降 低轮轨磨耗,有效延长轮轨使用寿命。 四方车辆研究所在对北京、广州、济南等铁路 局的机车车轮外形轮廓实测的基础上,设计了小半 径曲线区段使用的JM磨耗型车轮踏面。长期的运 用结果表明,应用该外形设计后,与原锥型踏面车 轮相比,轮缘减磨可达30%~70%. 一些铁路局根据各自所管辖线路的特点,也分 别研制了多种形式的车轮踏面。如上海铁路局研 发的ST系列磨耗型踏面,就取得了很好的减磨效 果(参见表5)。 表5 上海铁路局DF11型0072号机车车轮磨耗数据对比 由表5可知,采用ST-2型踏面后,机车每万公 里的轮缘磨耗率从0·304 mm降至0·190 mm,降低 了38%,车轮踏面剥离的故障也明显减少。 据有关资料分析:机车车辆若采用磨耗型车轮 踏面,每台机车每年可节约费用1·5万元。 采用径向转向架 传统的机车转向架,因传递牵引力和保证直线 上走行性能的需要,各轴基本上是被约束成相互平 行的。在通过曲线时,这种刚性定位的轮对与钢轨 之间会形成明显的冲角,从而使轮、轨都产生严重 的磨耗。曲线半径越小,磨耗越严重。为降低轮、 轨的磨耗,近年来国内外开展了机车径向转向架研 究,并取得了很好的效果。两种不同转向架通过曲 线时的运行示意图见图3。 再举几个例子,以说明装用径向转向架后轮缘 的磨耗情况。 戚墅堰机车有限公司生产的首台装用径向转 向架的DF8B型7001号机车,在上海铁路局进行的 线路运用考核结果表明:与同轴重、装有传统转向 架且带轮轨润滑装置的DF8B型机车相比,前者的轮 缘磨耗仅为16%。【下转第8页】 【上接第4页】 资阳机车有限公司对径向转向架机车与传统 转向架机车在曲线上的冲角也进行了对比测试。 测试结果表明:仅就径向转向架冲角减少的程度而 言,轮缘磨耗至少降低了45%。 大连机车车辆有限公司生产的DF4D型径向转 向架机车,在柳州至怀化区段的客、货运牵引数据 表明,与装用传统转向架相比,机车车轮的轮缘磨 耗下降了74%。 据有关资料分析:若采用径向转向架技术,每 台机车每年可节约费用5·8万元。 安装轮轨润滑装置 润滑对减磨起着十分重要的作用。我国《铁路 节能技术政策》第3·6条强调指出:“内燃机车和电 力机车要加装新型轮轨自动润滑装置,减少磨耗和 阻力,降低机车能耗。” 以丰台机务段为例,安装轮轨自动润滑装置取 得了较好的效果。该段有118台机车在安装了铁 道科学研究院研制的华宝2号轮轨润滑装置后,使 每台机车的旋轮公里数由10万km延长至18万 km,车轮寿命由30万km延长至80万km。 除机车因车轮寿命延长产生的巨大社会效益 和经济效益之外,每台机车每年可节省旋轮(或换 轮)费用1万元。丰台机务段的118台机车,每年 可直接节省旋轮(或换轮)费用118万元。按全路 17 500台机车推算,每年可直接节省旋轮(或换轮) 费用1·75亿元。其投入产出比为1∶20。事实说 明:通过安装轮轨自动润滑装置,对轮轨进行润滑 后,不但可以减缓轮缘的磨耗,而且经济效益十分 可观。 4 结语 综上所述,在铁路运输中,机车车辆轮轨的摩 擦磨损已成为相当严重的问题。大量的钢轨与车 轮磨损,不但增加了材料的消耗,提高了修理成本 而且降低了运输的效率,增加了能源的消耗。为此 提出以下建议。 (1)从设计、制造到运输、修理,所有与此相关 的人员,对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况,都应当 高度重视,并采取相应的对策。 (2)对目前已被证实具有良好减磨效果的措 施,应进一步加大推广应用力度。例如:对钢轨进 行适当的热处理和打磨,开发新型闸瓦,扩大磨耗 型踏面车轮、径向转向架和轮轨润滑装置的装车应 用等。 (3)在今后的技术引进或产品自主创新的研 发中,应更加重视对产品的摩擦副及磨损件标准的 研究。与此同时,应寻求和开发更适应轮轨摩擦副 的新材料、新技术、新工艺,以延长关键摩擦磨损件 的使用寿命,进而达到节能、降耗和增效的目的。

浅谈既有线道岔病害整治 摘要：通过对既有线道岔的分析，介绍了提速道岔的尖轨侧磨、大垫板折断、基础病害等病害的成因及整治措施。关键词:道岔 尖轨 侧磨 垫板 基础 螺钉 道床 一、概述：作为一名铁路职工,我们最重要的职责是确保旅客的安全和铁路运输的畅通.随着科学技术的发展和人们生活质量的提高,为了确保旅途的舒适性和快捷性，所以铁路的线路质量必须得到有力的保证。结合我段的实际情况,所有的线路都是山区铁路,也是全局车流量最大的段之一.随着第六次大提速和十一五中长期高速铁路规划网的建立.列车的高速运行已经成为了必然的趋势。道岔是进出站的咽喉部分，也是车站和区间线路的连接部分和过度段。道岔的好坏将直接影响到车辆的运行速度和稳定性。然而道岔是线路中最为核心的部分，也是病害比较多的地方，改善好道岔的质量将对铁路的运输非常的有利，经过我的实践和学习，我对道岔的病害与整治有一些简单的看法。 二、具体问题以及整治措施1、螺钉的问题及治理方案： (1)由于螺钉所受的横向冲击力大、道岔区导曲线半径小、辙叉护轨地段横向冲击较大等原因，列车通过道岔时尤其是通过辙叉区段时，作用于钢轨的横向力偏大，进而传递给铁垫板以较大的横向冲击，螺栓承受横向力，螺栓同时承受弯曲、拉伸及剪切作用，因此螺栓易折断。(2)组装缺陷,或制造偏差。(3)螺钉长期缺乏养护,松动后拔起造成水汽进入螺孔使螺钉锈蚀。(4)轨枕空吊或者道床弹性不均,在列车动力作用下螺钉受到巨大的向上的抗拔力,这种情况下在列车反复的动力作用下螺钉不断拔起。 (5)螺栓扭矩过大时内螺纹易破损。上述原因导致了螺钉容易失效，岔枕与道岔大垫板的连接被破坏，使大垫板不能牢固的固定在岔枕上，在列车动力作用下岔枕以上结构失去牢固连接，使道岔几何型位难以保证，造成道岔晃车等问题，严重时可能造成钢轨外翻使列车脱轨。综上所述是螺钉存在的问题，我认为有以下整治方案。(1)保持道岔的良好几何型位，尽量减少道岔内部以及前后100米内的小方向，保持道岔的框架尺寸及道岔支距以减少列车经过道岔是产生的横向力。(2)安装大螺栓不能用锤打,难拧时要分析原因,修正后再耐心拧入。(3)螺钉要经常检查，发现有松动现象要及时复紧。(4)要定期涂油,且每年不少于两遍,及时更换失效弹簧垫圈,涂油时套管底孔不能封闭堵死。(5)道岔应采用机械捣固,及时消灭空吊板,综合整治有病害的接头,焊接接头要打磨平整减少轮轨间动力作用。(6)改进螺纹的结构,增加强度等等。2、垫板出现的问题及整治措施对于道岔大垫板折断现场分析，铁垫板和轨枕间的不密贴是造成其折断的主要原因。尤其是心轨部分长大垫板折断较多。此部分垫板位于长岔枕中部，在列车荷载作用下长岔枕产生一定的挠度，长大垫板随岔枕共同变形，但由于垫板与岔枕间不密贴使垫板同时受弯剪作用而损坏。滑床板开焊既有设计、制造上的原因,又有养护维修方面的原因。制造上的原因主要是焊接件质量不过关,强度不够。设计制造方面的原因主要体现在曲基本轨一侧开焊较多,究其原因主要是直向行车时行车速度高、密度大,直尖轨受力带动滑床板下沉,而曲基本轨则被动施加滑床板以向上的力。高频率反复振动造成曲股滑床板开焊较多。从养护原因上看,钢枕前后滑床板开焊多,主要是钢枕部不易捣固,容易形成暗坑、吊板造成滑床板开焊。道岔垫板损坏使得钢轨件失去与轨下基础的牢固连接造成道岔的几何尺寸难以保证进而影响行车。滑床台的脱焊造成尖轨扳动所需要的力矩增大，可能造成尖轨卡死无法扳动造成严重行车事故。所以我们要采取下列整治措施：(1)对岔区加强捣固，尤其是岔心长岔枕中部，以减少岔枕在列车荷载作用下的变形。(2)加强监视，对垫板上的大螺钉进行及时复紧，保持垫板与岔枕接触良好。(3)及时更换垫板及滑床板下大胶垫，保持弹性减小列车的冲击力。(4)保持转折部分的几何尺寸，尽量减少尖轨与滑床台间离缝。(5)滑床台要及时涂油，减少尖轨扳动时的磨阻力。(6)加强滑床台焊接质量等等。3、道岔下的道床和基础所带来的问题及解决方法由于地处山区，雨季较多，道岔下的基础施工难度大，天窗时间点不够用和上下结构连接不密实，过往列车造成的振动较大。这些病害情况及产生危害道床和基础的不稳定的原因都会对行车造成影响。尤其是基础翻浆冒泥，形成空吊，将造成晃车，影响旅客列车的舒适性，严重时造成行车安全事故。解决方法有： (1)加强监控、保持道床的稳定性。(2)勤测量、观察在列车动荷载作用下的变形和随时间所残生的变形，抓好修补工作 (3)抓好排水工作、采用良好的道砟，保持良好的排水性能，避免造成大范围的翻浆冒泥。(4)更换道砟，对废旧的道砟进行即使更换，保持道床的稳定性。 (5)硬化基础，保持基础的稳定，降低维修成本和工作量等等。4、列车对道岔的磨耗所带来的影响及整改措施道岔尖轨磨损分为直尖轨磨损和曲尖轨的侧磨，都会带来行车不平顺，尤其直尖轨侧磨直接影响直向通过的高速旅客列车，造成行车舒适性下降。由于曲尖轨侧磨：曲尖轨侧磨多集中在出发列车通过的侧向道岔，列车起动后逐步加速,轮轨作用下,机车轮在大功率的扭动下,形成滚动加滑动的趋势，列车进入侧向道岔时轮缘紧贴钢轨内侧的踏面圆弧,形成刨切趋势,并逐渐积累,产生钢轨侧磨。直尖轨侧磨：直尖轨侧磨跟道岔结构及养护状态密切相关。尖轨是一个变截面钢轨件,其可动部分支承在滑床台上,与滑床台无扣件联结,尖轨上部密靠基本轨，在尖轨中部设置顶铁与基本轨贴靠。这种结构造成道岔转辙部分的线性刚度较低,结构相对松散。我认为尖轨与基本轨不密贴是造成直尖轨侧磨的重要原因。在列车动态作用下，不密靠的尖轨会形成一定的矢度，顶铁过长则尖轨向线路内部侧弯，顶铁过短则向线路外部侧弯。在列车经过时由于受到离心力的作用在尖轨不密靠的地点及前后挤压摩擦尖轨，造成直尖轨侧磨。同时岔前后轨向不良使列车蛇行运动,也是造成直尖轨侧磨的原因之一。整改措施有：(1)对曲尖轨加强监控，侧磨初期要及时进行打磨，在日常道岔养护维修中尽量消除道岔方向病害，减少尖轨附加应力，减缓曲尖轨侧磨发展，延长使用寿命，必要时可以对曲尖轨进行涂油润滑。(2)注重顶铁的状态控制,做到不顶死不离缝。顶铁顶死会造成二动难以密贴以及尖轨向内的侧弯,恶化了尖轨平顺度;顶铁离缝较大会造成尖轨自由长度加长,尖轨由点位移转变为线位移,尖轨、基本轨受横向冲击力增加,转辙部位框架难以保持,二动部位不密贴加大,进而钢轨侧磨加大。(3)应及时对道岔滑床板开展涂油,消除因滑床板涂油不良而造成的道岔转换力阻力过大,导致道岔不密贴的现象。(4)减小道岔前后钢轨侧磨的发生,及时消灭轨道原始不平顺