浅析高速铁路钢轨常见的几种损伤类型_论文发表__墨水学术,论文发

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:141

副标题#e#
　　浅析高速铁路钢轨常见的几种损伤类型
　　贺晓鹏
　　中铁十八局集团有限公司第三工程有限公司河北涿州072750
　　摘要：近年来我国铁路线路提速后，钢轨的伤损显著增加，随着铁路运量和轴载的增加，轴载及运量的提高，必然给轨道结构带来变化，从而改变我国铁路钢轨使用寿命的主要影响因素。文章基于此主要探讨了高速铁路钢轨常见的几种损伤类型。
　　关键词：高速铁路钢轨损伤
　　引言
　　钢轨失效的主要原因是磨耗和疲劳伤损。在运量小、轴重轻、行车速度低的线路，钢轨的寿命主要由磨耗决定;对于重载线路，钢轨的寿命由疲劳伤损决定。钢轨伤损主要发生在轨头，而轨头伤损大多为接触疲劳伤损。因此，钢轨轨头伤损对钢轨的疲劳寿命有很大的影响，消除或控制轨头接触疲劳伤损，文章也认为对钢轨进行预防性在线打磨或离线整修，是延长钢轨寿命的较经济的方法。
　　1剥离
　　由于轮轨接触应力过大，钢轨钢强度不足或材质不良、存在夹杂物等原因，钢轨轮轨接触面的全长部位出现程度不同的鱼磷状裂纹，然后逐渐扩展呈薄片状剥离和剥离掉块。鱼磷状裂纹方向和行车方向有关。剥离掉块深度一般为2mm左右，严重的剥离掉块深度可达4mm以上。当剥离掉块发展到一定尺寸和深度时，判为重伤轨，必须及时更换。
　　剥离伤损经常发生在小半径曲线外轨轨头轨距角部位。当轮轨接触应力超过钢轨的屈服强度时，将导致接触面表层金属塑性变形，疲劳裂纹在塑性变形层表面萌生和沿流线方向扩展。当磨耗速率小于疲劳裂纹的扩展速率时，将发展成为剥离掉块。当在轮轨接触面表面表层或次表层金属处存在非金属夹杂物时，将会加速剥离裂纹的形成和发展，这是钢轨踏面局部剥离掉块的原因。钢轨局部剥离块的形成过程:先在轨头内部的夹杂物处形成内部纵向裂纹，此时钢轨表面一般都没有任何伤损出现;内部纵向裂纹在轮轨接触压应力作用下沿纵向和轨头侧面方向疲劳扩展，在裂纹面上部的金属产生塑性辗压变形，即在踏面呈局部压陷特征，压陷处不易和车轮踏面接触而成为暗斑;暗斑在纵向和轨头侧面方向逐渐长大，即出现裂纹和剥离。局部剥离掉块的深度可达5mm。钢轨剥离坑处的残余裂纹有可能向深度方向疲劳扩展，导致形成轨头横向疲劳裂纹和横向断裂。
　　2轨腰垂直纵向裂纹
　　产生这种伤损的原因常是由钢厂生产中的缺陷带来的。在浇注钢锭时，钢锭顶部多存在杂质，由于钢锭体积大，其中心部位较周围冷却慢，因而在钢锭顶部存在缩孔和偏析，所有这些缺陷都应该在钢锭轧成钢轨以前切去。但每个钢锭可能有不同程度的缩孔深度，切除量也可能对某些钢锭不足。这样，如果带有缺陷的钢轨经过一段时间的运营，由于在轨腰上有缩孔残余或夹杂物，就会产生轨腰垂直纵向裂纹。可见要消除这种缺陷不仅要提高铸锭水平，而且要有恰当的切除量和严格的成品检查制度。
　　3钢轨擦伤
　　钢轨擦伤是当列车起动时，机车牵引力大于轮轨粘着力时，使机车动轮产生空转所致;列车在信号机前待避制动操作不合理时，也使车轮在轨面上产生滑动，引起擦伤。车轮在钢轨顶面瞬间完成的空转和滑动使轮轨之间接触面产生大量摩擦热，可使轮轨接触面温度达到相变温度以上，严重时可达熔融状态，致使轨顶产生塑性变形并形成低凹。此后，这部分达到相变温度以上的金属迅速冷却，轨面被淬火，形成很薄一层马氏体组织，在动载作用下，这层马氏体高碳组织很快碎裂。在运营过程中，裂纹垂直向钢轨内部纵深发展，最后成为重伤轨。
　　4螺栓孔裂
　　轨端螺栓孔裂纹是由于螺孔最初生成的微小疲劳裂纹发展起来的。裂纹形状大致可分为:星状裂纹、水平裂纹及两者兼有的混合裂纹。孔裂在普通或无缝线路伤损中均占有较高比例。螺栓孔裂纹伤损主要是与钢轨的冶金质量或螺栓孔的加工质量及线路接头养护质量有关。螺栓#p#副标题#e#孔裂纹大部分萌生于与钢轨纵向轴线成30-50度夹角的第一螺栓孔内壁上，螺栓孔裂纹萌生与孔内壁加工和冶金质量、接头装配状态、线路运营状况等多种因素有关。
　　5核伤
　　轨头核伤是最危险的一种伤损形式，其主要类型包括:起源于轨头内部的纵横裂型核伤;起源于轨头内部的横向疲劳裂纹核伤;起源于轨头表面的横向疲劳裂纹型核伤;起源于焊接接头和焊补部位的横向疲劳裂纹型核伤。
　　5.1起源于轨头内部的纵横裂型核伤
　　纵横裂型核伤的疲劳裂纹源，一般是位于踏面下5-12mm深的部位。在核伤断口的水平纵向疲劳裂纹面上，通常都能观察到呈条状形貌特征的条状疲劳裂纹源;横向疲劳裂纹是起源于纵向疲劳裂纹面的某一部位或起源于条状裂纹源的某一部位。纵横裂纹型核伤和特征，是先形成内部水平纵向疲劳裂纹，然后形成内部横向疲劳裂纹。内部疲劳裂纹发展到较大面积或发展到快速扩展阶段时，疲劳裂纹才会扩展到轨头表面或发生横向断裂。纵横裂型核伤形成的原因，是在踏面下一定深度范围的轮轨接触剪应力分布区里存在沿钢轨轧制方向分布的非金属夹杂物。使用过程中，夹杂物处产生应力集中，并以此为核心，发展成纵横向疲劳裂纹，形成核伤。
　　5.2起源于轨头内部的横向疲劳裂纹核伤
　　起源于轨头内部的横向疲劳裂纹型核伤，其裂纹源位于踏面下的深度通常大于12mm。裂纹源一般位于横向疲劳断口的中部位置和具有核状斑痕的形貌特征。同纵横裂型核伤一样，内部疲劳裂纹发展到较大面积或发展到快速扩展阶段时，裂纹才会发展到轨头面积或发生横向断裂。
　　5.3起源于轨头表面的横向疲劳裂纹型核伤
　　起源于轨头表面的横向疲劳裂纹型核伤，其裂纹源位于轨头表面。踏面剥离掉块处，擦伤部位，轨头下颚辗推处，轨头焊补工艺不良和钢轨接续线焊接工艺不良等，都有可能成为横向疲劳裂纹源和发展成为横向疲劳裂纹断裂。
　　结语
　　随着我国经济的高速发展，我国的铁路运输业正向高速、重载的方向发展，以适应我国经济发展的要求。随着铁路客货运量的增大和列车速度的提高,轮轨滚动接触疲劳所造成的破坏变得越来越严重,它不仅大大增加铁路的运营成本,而且直接危害行车安全。我国的铁路运输从开始着重建设重载铁路,到客货混跑,发展到重视高速铁路的建设,这使得钢轨的损伤在重载线路和高速客运专线上发生了很大变化。本文作者通过分析广深线钢轨斜裂损伤特性与重载铁路钢轨损伤,对高速铁路损伤的预防和钢轨选材提供有利的参考依据。
　　参考文献
　　[1]赵雪芹,钟雯,王文健,刘启跃.高速重载线路钢轨损伤特性分析[J].润滑与密封,2007,(10)
　　[2]刘启跃,王夏秋,周仲荣.钢轨表面波浪形磨损研究[J].摩擦学学报,1998,(04)
　　[3]刘启跃,霍庶辉.我国铁道钢轨波磨情况调查[J].铁道建筑,1990,(09)
　　[4]刘钟华,王夏(秋金).塑性变形和钢轨波纹磨损[J].西南交通大学学报,1986,(01)
　　[5]刘启跃,刘钟华,王夏(秋金).沪杭线钢轨波磨成因分析[J].西南交通大学学报,1990,(03)
　　[6]刘启跃,张波,周仲荣,张卫华.滚动轮波形磨损实验研究[J].摩擦学学报,2003,(02).
　　[7]张波,刘启跃.钢轨波浪形磨损的研究分析[J].西南交通大学学报,2001,(05).