高速铁路用60N钢轨的研发试验研究.pptx

高速铁路用60N钢轨的研发与试验研究;概要;160km/h以下客、货车;我国的轮轨关系参数复杂，存在轮轨接触点不在理想区域问题，导致：

——重载条件下钢轨过早出现轨距角剥离掉块、轨头核伤等疲劳伤损；

——高速条件下车辆动力学性能不良，轮轨等效锥度增加较快等。;为改善轮轨接触关系，国外铁路在轮轨形面方面的研究和取得的成果：

——欧洲铁路优化60E1钢轨的轨头形成60E2钢轨，并纳入了2011年版的欧洲钢轨标准；

——美国铁路于2003年将轨头廓形优化后的136RE(68kg/m)钢轨纳入AREMA标准，在2007年和2011年再次进行了修改完善。;根据我国铁路轮轨接触关系存在的问题，并借鉴国外经验，我国铁路近年来也开展了钢轨轨头廓形优化工作，成功研发出具有新轨头廓形的60N和75N钢轨，并试铺进行使用考核，已取得良好使用效果。;1.60N钢轨的廓形设计;设计原则：

——与现有60kg/m钢轨主要几何尺寸相同，只优化轨头廓形参数；

——按对称断面进行设计，以便于钢轨的铺设和更换，减少对钢轨焊接、养护与维修的影响。;在借鉴国外经验并长期跟踪我国铁路钢轨轨头廓形随线路通过总重变化规律的基础上，以60钢轨为原形，设计了新廓形60N钢轨，达到在直线线路上轮轨接触光带居中、在曲线线路上车轮轮缘贴靠钢轨运行时形成轮轨共形接触的预期目标以及具有合适的等效锥度的目的。;60N与60钢轨对比

（虚线为60N，实线为60）;60和60N钢轨与以上4种型面车轮的匹配情况分别如图1—图4所示。图中：实线表示轮对处于平衡位置的情况，虚线表示轮缘贴靠钢轨的情况。由图可见：60N钢轨无论在既有线上与普通客、货车用LM型面车轮匹配，还是在高速铁路上与LMA、S1002G型面车轮匹配，基本可实现在直线线路上运行时轮轨接触光带居中、在曲线线路上车轮轮缘贴靠钢轨运行时形成轮轨共形接触的设计预期目标，显著改善了轮轨接触关系；而具有锥形踏面的XP55型面车轮在曲线线路上贴靠60和60N钢轨时，将形成两点接触，钢轨上会出现2条轮轨接触光带。;(a)60N钢轨(b)60钢轨;(a)60N钢轨(b)60钢轨;2.60N钢轨的仿真计算;LMA车轮和新廓形钢轨60N的轮轨接触点分布;2.2与LM型面车轮接触时的轮轨接触应力

;钢轨类型和位置;横移量/mm;由表1可见：在R300m曲线上股工况下，与使用的60钢轨相比，60N上股钢轨最大接触应力最多降低约19％;最大Mises应力最多降低约13％。

由表2可见：在直线工况下，在横移量为-4～2mm范围内，与使用的60钢轨相比，60N钢轨最大接触应力最多降低约17％，最大Mises应力最多降低约12%。

以上结果表明：采用60N钢轨时，因轮轨接触点移向轨顶踏面中心，减少了接触应力，轮轨接触关系得到明显改善。;2.3轮轨接触的等效锥度

;等效锥度λe是随轮对横移量变化而变化的，在轨底坡和轮对名义滚动圆确定后其与轮轨踏面形状和轨距等直接相关。λe越大，在轮对横移时左右轮滚动圆半径差也越大；λe是产生蛇形运动的主要原因，即在较高运行速度的条件下、轮轨等效锥度达到一定值后，动车组构架就容易发生横向失稳。因此，控制运行中等效锥度的增大是延长车轮镟修周期的关键。;60N和60钢轨与S1002CN和LM型面的新车轮以及武广动车组用S1002G-Wear型面失稳磨耗车轮接触时的等效锥度如图5—图7所示。;;;钢轨踏面

车轮踏面;3.60N钢轨在高速铁路上的铺设试验;（a）铺设在下行试验段的60N钢轨;2012年9月，采用欧系96磨头钢轨打磨车对60N钢轨进行预打磨，其中下行K59+616—K65+616间打磨1遍，下行K65+616—K74+616间打磨2遍，打磨中均按钢轨原廓形均匀向下打磨；2013年07月和2014年4月，先后对60N钢轨使用情况进行了跟踪观测。运营7个月和15.5个月后60N钢轨轮轨接触光带和轨头廓形的典型情况如图8~图9所示。;（a）左股轮轨接触光带29mm;（a）左股轮轨接触光带30mm;上述观测结果表明：

京石高速铁路运营7~15.5个月以来，轮轨接触光带基本居中，60N钢轨测试廓形与60N钢轨标准廓形基本相同；预打磨2遍的60N钢轨轮轨接触光带平均宽度：运营7个月时约为27mm