钢轨波浪磨耗机理及控制课件.ppt

1、钢轨短波波浪磨耗产生机理钢轨短波波浪磨耗产生机理及控制措施及控制措施20192019年年9 9月月2828日日1、简介、简介2、钢轨波磨及类别、钢轨波磨及类别介绍内容介绍内容 3、短波波磨产生和发展机理、短波波磨产生和发展机理 4、钢轨波磨控制、钢轨波磨控制5、结论、结论1、简介简介1.1 铁路及扣件铁路及扣件 1）不连续支承）不连续支承2）支承刚度）支承刚度长波长波 - 普通扣件普通扣件 短波短波 - 减振扣件减振扣件1.2 钢轨波浪磨耗钢轨波浪磨耗扣件失效、弹条断裂、硫化开胶扣件失效、弹条断裂、硫化开胶 + 振动噪声振动噪声 1.3 钢轨波浪磨耗钢轨波浪磨耗 扣件失效扣件失效 +振动噪声振

2、动噪声 车车轮轮 1.3 车轮波浪磨耗车轮波浪磨耗 车辆安全隐患车辆安全隐患 The peak of noise at 400HzCorrugation frequency = (62/3.6)/0.043 = 401HzTrain speed=62km/hCorrugation wavelength=43mm1. 车内噪声（波浪磨耗弯道线路段）车内噪声（波浪磨耗弯道线路段）钢轨波浪磨耗是周期性波浪状缺陷钢轨波浪磨耗是周期性波浪状缺陷严重影响交通安全严重影响交通安全 钢轨疲劳寿命钢轨疲劳寿命轮轨振动轮轨振动能耗及维修费能耗及维修费振动噪声污染振动噪声污染交通安全交通安全2、波浪磨耗模型及类别波

3、浪磨耗模型及类别2.1 轮轮/轨激励方向轨激励方向 不连续支承不连续支承“共振共振” 第第1类：短波类：短波 200-1200Hz 2.2 波浪磨耗种类波浪磨耗种类 2212(1)1() (1)22grrEIvflmlK轮组扭转轮组扭转“共振共振”- 第第2类类: 中等波长中等波长 250-400Hz2.2 波浪磨耗种类波浪磨耗种类 Rail pad k1, 1Baseplate pad k2, 2Ballast/formation k3, 3Contact stiffness k0Rail m1Wheel m0 x1Baseplate m1x2Sleeper/Slab m3x3Attenua

4、tion: between rail and slab/sleeper20 Log10(x12/x32) = ?between rail and Foundation20 Log10(x12/x42) = ?x4DFFFST轨道轨道P2“共振共振”- 第第3类类：长波：长波 5-100Hz2.2 波浪磨耗种类波浪磨耗种类 种类种类特征频率特征频率Hz波长波长mm：对应车速对应车速70km/h波长波长mm：对应车速对应车速150km/h波长波长mm：对应车速对应车速300km/h长波（长波（P2）5-1003890-1958330-41716670-833中波中波（rutting）250-400

5、78-49167-104333-208短波（短波（P-P） 200-120098-16208-35416-69波磨波长波磨波长-频率频率-车速车速3、短波波磨产生和发展机理短波波磨产生和发展机理3.1 波浪磨耗理论分析波浪磨耗理论分析 轮轨相互作用轮轨相互作用波磨波长种类波磨波长种类 :长波长波: 200-300mm短波短波: 20-80mm固定波长机理固定波长机理磨耗损伤机理磨耗损伤机理牵引牵引, 摩擦等摩擦等初始几何缺陷初始几何缺陷几何形状几何形状改变改变动态激励动态激励车辆轨道动态相互作用及磨耗反馈效应车辆轨道动态相互作用及磨耗反馈效应轮轨滚动接触轮轨滚动接触+轮轨粗糙度轮轨粗糙度whe

6、el/rail rolling contact + RoughnessDescription of the normal distance variation钢轨表面钢轨表面车轮表面车轮表面Wheel surface轮轨接触斑面轮轨接触斑面Contact patch2212(1)1() (1)22grrEIvflmlKp-p共振共振-固定波长固定波长/cfs频率与车速频率与车速:3.2 短波波浪磨耗短波波浪磨耗: p-p波波 包含包含3维方向（维方向（6自由度）自由度）( )( )/( )DF 柔度柔度 ： 频响函数描述方式之一，单位激振力的位移响应频响函数描述方式之一，单位激振力的位移响应3

7、.3 轮轨柔度差变机理轮轨柔度差变机理 测量测量/预估预估Accelerometer 500g Hammer Vertical Fv Accelerometer 500g Rail lateral Accelerometer 500gRail Vertical Accelerometer 500g Hammer Lateral Accelerometer 500g Rail Lateral FL Accelerometer 500g Rail Lateral 3.3 轮轨柔度差变机理轮轨柔度差变机理 轨道锤激试验轨道锤激试验-垂向垂向轨道锤激试验轨道锤激试验-横向横向 为了排除干扰因素（轴载、

8、车速、曲线半径、轮轨表面为了排除干扰因素（轴载、车速、曲线半径、轮轨表面条件等）影响，而更准确地了解不同轨道结构的振动特性条件等）影响，而更准确地了解不同轨道结构的振动特性及传递规律，可在控制激励大小和方向的条件下计算或测及传递规律，可在控制激励大小和方向的条件下计算或测量轨道的动态响应，获得系统的动态响应函数。量轨道的动态响应，获得系统的动态响应函数。预估模型预估模型 轨道轨道钢轨垂向柔度钢轨垂向柔度“pinned-pinned resonance” frequency in vertical direction about 11001200Hz on unloaded track cond

9、itions钢轨横向柔度钢轨横向柔度“pinned-pinned resonance” frequency in lateral direction about 400600Hz on unloaded track conditions钢轨横向钢轨横向p-p柔度柔度-距离（距离（550Hz）Rail Lateral receptance variation along the track at p-p 012340200400600800100012001400160018002000-200-190-180-170-160-150LFrequency HzReceptance dB钢轨横向柔

10、度钢轨横向柔度-频率频率-距离距离“轮轮-轨轨”滚动接触相互作用滚动接触相互作用WheelRailHertzian springSliding surface“垂向垂向-纵向纵向”模型模型 “垂向垂向-横向横向”模型模型 （垂向冲击效应）（垂向冲击效应） （横向滑动磨损效应）（横向滑动磨损效应）钢轨钢轨-车轮垂向柔度车轮垂向柔度Wheel-Rail vertical receptance钢轨钢轨-车轮横向柔度车轮横向柔度钢轨垂向及横向柔度钢轨垂向及横向柔度Rail receptance in both vertical/lateral钢轨横向柔度钢轨横向柔度 垂向柔度垂向柔度轨轨-轮横向柔度差

11、轮横向柔度差Wheel-Rail receptance amplitude车轮车轮Wheel钢轨钢轨Rail柔度差柔度差Difference = Rail- Wheel“轮轮-轨轨”柔度差柔度差 ：在：在p-p频率沿轨道纵向频率沿轨道纵向4、钢轨、钢轨波磨控制波磨控制钢轨钢轨波磨波磨控制控制对策对策钢轨钢轨短波短波波磨波磨控制控制对策对策* 降低轮轨柔度差降低轮轨柔度差* 控制钢轨及车轮振动控制钢轨及车轮振动* 降低轮轨垂向及横向动态激励降低轮轨垂向及横向动态激励1）降低轮轨作用力及分布）降低轮轨作用力及分布 动态激振力控制动态激振力控制0.6m支承间距支承间距-不同支承刚度支承力不同支承刚度

12、支承力降低支承刚度有利降低支承刚度有利控制高频动态激励控制高频动态激励措施：措施：低刚度谐振式浮低刚度谐振式浮轨扣件轨扣件注意：注意： 垂向刚度降低的同时，垂向刚度降低的同时， 必须要严格控制横向刚度（扭转刚度）！必须要严格控制横向刚度（扭转刚度）！2）钢轨润滑）钢轨润滑 润滑液（油、脂、水）或低摩擦轮轨润滑液（油、脂、水）或低摩擦轮轨 降低轮轨摩擦力，特别在弯道、道岔及接头降低轮轨摩擦力，特别在弯道、道岔及接头 a）曲线摩擦啸叫声）曲线摩擦啸叫声 b）轮轨磨耗）轮轨磨耗500Hz涂油降涂油降5dB左右左右克隆蛋克隆蛋 3）降低钢轨横向或扭转柔度）降低钢轨横向或扭转柔度 钢轨动态响应控制钢轨动

13、态响应控制 预压双层非线性预压双层非线性钢轨表面粗糙度（钢轨表面粗糙度（dB ref 1E-6m）- 克隆蛋克隆蛋轨头横向：低轨轨头横向：低轨2.36mm，高轨，高轨1.92mm；钢轨垂向：；钢轨垂向：1.53mm60kg钢轨钢轨支承间距支承间距0.625m, 扣件扣件15kN/mm线路曲线半径线路曲线半径400m车速车速65km/h波磨波长波磨波长40mm，63mm，80mm （451Hz，287Hz，226Hz）增加增加7dB增加增加4dB增加增加3dB30dB钢轨表面粗糙度（钢轨表面粗糙度（dB ref 1E-6m）- 预压双层非线性预压双层非线性轨头横向：低轨轨头横向：低轨0.67mm

14、，高轨，高轨0.39mm；钢轨垂向：；钢轨垂向：1.04mm降低降低2dB23dB钢轨波磨发展速度钢轨波磨发展速度倡议：倡议： 借助类似交流平台，推动扣件设计、检验规借助类似交流平台，推动扣件设计、检验规范及标准的制定和推广，逐步建立钢轨（或扣范及标准的制定和推广，逐步建立钢轨（或扣件）件）横向刚度横向刚度（或扭转刚度）要求及检测方法（或扭转刚度）要求及检测方法，并将其纳入设计规范。，并将其纳入设计规范。4）吸收钢轨）吸收钢轨p-p等共振能量等共振能量 -“反共振反共振”（谐振器）（谐振器）谐振式浮轨扣件谐振式浮轨扣件钢轨阻尼器钢轨阻尼器 将动力吸振原理应用到钢轨减振扣件。 在振动物体上附加质

15、量弹簧系统，附加系统对主系统的作用力平衡了主系统上的振动。这种利用附加系统吸收主系统振动能量的设备成为动力吸振器。 主弹簧系统（隔振弹簧系统）谐振子系统1谐振子系统2轮轨激励工作原理工作原理谐振式浮轨扣件低、中、高三阶谐振响应设计。谐振质量元件各阶次响应频率谐振质量元件各阶次响应频率阶次频率阶次频率阶次频率阶次频率132.07814430.0827745.1640924.15245.66115513.9128791.6741969.06360.51016514.3329813.9242969.86461.99317554.3730824.9843981.81570.58418554.61318

16、27.6244982.606126.119636.3532832.5545990.657275.3520642.3633844.3746991.338277.2221670.2234851.19471001.109393.1922684.0635859.52481002.3010393.3423685.7536860.21491069.2711419.9424721.2837875.15501069.3112423.1325721.8938909.30-13429.9326734.9639920.30-5）钢轨材料硬度及耐磨性）钢轨材料硬度及耐磨性 硬轨（应与车轮优化！）硬轨（应与车轮优化！）

17、钢轨钢轨“太软太软”6.1 降低支承距离降低支承距离, l 6.2 降低钢轨质量降低钢轨质量, m6.3增加钢轨刚度增加钢轨刚度(扭转扭转及横向及横向), EI2212(1)1() (1)22grrEIvflmlK6）提高不连续支承提高不连续支承”p-p共振共振”频率频率 第第1类类7）钢轨打磨）钢轨打磨8）降低车轮质量降低车轮质量 (P2)9）加大弯道段轨距加大弯道段轨距 (1435mm+)10）降低超高降低超高 (cant-)11）轨底轨底坡坡补偿补偿1) 轮轨柔度差及沿轨道变动是波磨产生和发展的轮轨柔度差及沿轨道变动是波磨产生和发展的主要原因，柔度及主要原因，柔度及p-p频率理论计算及在

18、线测试获频率理论计算及在线测试获得一致的结果。得一致的结果。2) 给出了一些可行的控制波磨的措施建议：降低给出了一些可行的控制波磨的措施建议：降低轮轨柔度差及控制钢轨振动是控制波磨的主要途径轮轨柔度差及控制钢轨振动是控制波磨的主要途径5 结论结论 洛阳双瑞橡塑科技有限公司简介洛阳双瑞橡塑科技有限公司简介 洛阳双瑞橡塑科技有限公司是洛阳双瑞橡塑科技有限公司是中国船舶重工股份有限公司中国船舶重工股份有限公司下属的高科技公司，下属的高科技公司，由原中船重工第七二五研究所第十二研究室改制而成，专业从事橡胶、塑料、复合材由原中船重工第七二五研究所第十二研究室改制而成，专业从事橡胶、塑料、复合材料等非金属

19、材料及制品研制、生产。料等非金属材料及制品研制、生产。 现有占地现有占地304亩的研发生产基地，注册资金亩的研发生产基地，注册资金3.3亿元，生产厂房近亿元，生产厂房近8万平方米。万平方米。在职员工在职员工506人，其中由国家研究员、国际专家带领的研发团队近人，其中由国家研究员、国际专家带领的研发团队近50人。人。 公司产品领域公司产品领域减振减噪减振减噪板块板块轨道交通轨道交通风电核电风电核电工业设备工业设备复合材料复合材料板块板块胶布制品胶布制品板块板块保温材料保温材料板块板块舰船装备舰船装备冶金石化市政冶金石化市政其他领域其他领域 扣件扣件种类种类普通扣件普通扣件一般隔振一般隔振中等隔振

20、中等隔振高等隔振高等隔振特殊减振特殊减振DTVI2、WJ-2、单趾弹簧等、单趾弹簧等GJ-2（单层）（单层）GJ-3（双层）（双层）GJ-4（浮轨）（浮轨）组合道床系统组合道床系统结构结构简图简图-刚度刚度kN/mm6030158-相对隔振相对隔振量量,dB-3 58 1010 1520-30每公里造每公里造价价,万元万元 80 70120240700专利号专利号-ZL 2012 2059 2879.XZL 2012 2059 3000.3ZL 2012 2068 2492.3ZL 2011 2034 5930.2ZL 2011 1035 1159.4ZL2011 2012 1962.4ZL2011 2012 1969.6“双瑞橡塑双瑞橡塑”轨道减振产品及性能轨道减振产品及性能 谢谢！谢谢！希望能够抛砖引玉，希望能够抛砖引玉，与各位专家共同努力，与各位专家共同努力，促进轨道减振技术进步！促进轨道减振技术进步！