重载铁路钢轨磨耗分布发展计算模型及影响因素研究

王 璞， 王树国

(中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081)

钢轨的磨耗现象在我国重载铁路中广泛存在，是影响重载运输安全和经济性的重大问题。钢轨磨耗因轮轨动力相互作用引起，由车辆与轨道系统参数决定，同时磨耗与运营环境以及自身材料属性等有密切关系，影响因素众多、成因复杂[1-7]。

为减缓磨耗发展，延长钢轨服役寿命，有必要对钢轨磨耗机理及影响因素进行深入研究。但磨耗发展是一个长期过程，系统开展现场试验来研究各种因素对磨耗的影响规律将耗费大量时间成本和人力物力，况且实际运营条件下不可能频繁调整车辆和线路各种参数。所以磨耗影响因素及规律研究很难通过现场试验开展。建立仿真计算模型、进行数值试验成为目前最为可行有效的方法。然而目前钢轨磨耗影响因素的仿真研究多采用磨耗功率、磨耗指数等指标作为评价标准[8-11]，只能定性表征磨耗程度，无法定量分析对磨耗具体分布、发展的影响规律。

针对目前研究的不足，本文建立钢轨磨耗数值预测模型，可以实现对钢轨磨耗的具体分布及发展进行定量预测分析。然后通过数值试验对车辆轴重、速度及轮轨材料硬度对钢轨磨耗分布发展的影响进行系统的定量分析。研究可为钢轨磨耗仿真计算及线路设计、运营管理提供理论依据和参考。

1 钢轨磨耗分布的数值计算模型

钢轨磨耗分布计算在车辆-轨道耦合动力学和轮轨局部接触分析基础上开展，基于轮轨接触斑几何特性、接触斑滑动区黏着区分布、接触法向力及蠕滑速度分布计算接触斑内磨耗深度分布。……