曲線段鋼軌打磨及型面優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、第一章緒論第一章緒論1.1研究背景及意義直到上個(gè)世紀(jì)六十年代之前，軌道惡化現(xiàn)象通常都和磨損或滾動(dòng)接觸疲勞(RCF)聯(lián)系在一起。但是隨著鐵路行業(yè)的高速發(fā)展，尤其是上世紀(jì)九十年代以來(lái)，高速鐵路運(yùn)輸速度快、運(yùn)量大、安全可靠、能耗低等明顯優(yōu)勢(shì)在世界上獲得了極大的關(guān)注，許多科學(xué)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家開始積極建設(shè)本國(guó)的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)。在全球范圍內(nèi)，高速鐵路正處于急速發(fā)展建設(shè)階段，然而隨著各國(guó)大范圍的興建高速鐵路，許多鐵路系統(tǒng)開始出現(xiàn)各種不同形式的軌道惡化現(xiàn)象：鋼軌波浪型磨損、軌角斜裂紋、軌頭壓潰、軌面“肺狀”缺陷等。這些軌道問題對(duì)車輛的穩(wěn)

2、定運(yùn)行、行車安全、舒適性及[1-2]線路的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)產(chǎn)生巨大的影響。雖然隨著高速鐵路的建設(shè)步伐的加快，各種不同形式的軌道惡化現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，對(duì)世界高速鐵路的建設(shè)帶來(lái)了一定的影響，但還是不能改變高速鐵路已經(jīng)成為鐵路行業(yè)的發(fā)展主題這一事實(shí)。日本是全世界首個(gè)發(fā)展高鐵的國(guó)家，是全球高鐵里程排列第三的國(guó)家，僅次于中國(guó)及西班牙。截止2013年底，日本已建成總長(zhǎng)約為2387.7公里的高速鐵路，營(yíng)運(yùn)中的高速線路包括:東海道新干線(515.4公里)、山陽(yáng)新干線（553.7km）、東北新干線(674.9公里)、上越新干線（270.6公里

3、）、北陸新干線（117.4公里）、九州新干線（256.8公里）。法國(guó)是作為全球高速鐵路系統(tǒng)最發(fā)達(dá)的國(guó)家之一。自1981年歐洲首條高速鐵路巴黎—里昂開通運(yùn)營(yíng)至今，已經(jīng)逐漸建成了總里程超過(guò)了4500公里的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)。東南線：巴黎至里昂，全長(zhǎng)389.3公里；大西洋線：巴黎至圖爾和勒芒，全長(zhǎng)232公里；北線：巴黎至加來(lái)和比利時(shí)邊境，全長(zhǎng)333公里；羅納-阿爾卑斯線：東南線至瓦朗斯，全長(zhǎng)115公里；互聯(lián)東線：連接北線、東線及東南線；地中海線：瓦朗斯至馬賽，全長(zhǎng)216公里；東線：巴黎至斯特拉斯堡，全長(zhǎng)300公里；萊茵河-隆河線

4、：東南線至牟羅茲，貝桑松至貝爾福段已通車，通車段全長(zhǎng)137.9公里。上世紀(jì)七十年代末。德國(guó)開始新建高鐵路線，第一條通車運(yùn)營(yíng)的高鐵線路為漢諾威—維爾茨堡。在1991年，德國(guó)推出ICE-1列車，是德國(guó)第一代高鐵，至今，在德國(guó)國(guó)內(nèi)已經(jīng)建設(shè)了總里程約為2620公里的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營(yíng)速度上限為280km/h的新建高速鐵路客運(yùn)專線總里程約占高速鐵路總里程的30%，并按照運(yùn)營(yíng)1萬(wàn)方數(shù)據(jù)第一章緒論速度上限為200km/h對(duì)1200公里既有線進(jìn)行了提速改造。中國(guó)首條高速鐵路是于二十一世紀(jì)初建成通車運(yùn)營(yíng)的秦沈客運(yùn)專線，運(yùn)營(yíng)最高時(shí)速達(dá)到

5、200～250公里。截至2013年，我國(guó)已投入運(yùn)營(yíng)的高速列車共計(jì)786標(biāo)準(zhǔn)列，其中時(shí)速200-250km/h速度級(jí)355列，時(shí)速300-350km/h速度級(jí)140列，時(shí)速380km/h速度級(jí)133列。同時(shí)，包括既有線改造在內(nèi)，我國(guó)運(yùn)營(yíng)時(shí)速在200公里以[3]上的高速鐵路總里程已經(jīng)超過(guò)16000公里。目前，中國(guó)的高速鐵路網(wǎng)已經(jīng)成為了全球運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)營(yíng)速度最高、鐵路系統(tǒng)最完善的高速鐵路系統(tǒng)。高速鐵路作為鐵路發(fā)展的主題，輪軌之間的各種問題，成為了阻礙高速鐵路快速發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。在列車行駛過(guò)程中，鋼軌與車輪在極小輪軌

6、接觸面內(nèi)產(chǎn)生相互作用力，鋼軌將受到來(lái)自車輛垂向力、縱向力及蠕滑力的作用，其受力狀態(tài)是非常復(fù)雜的，在現(xiàn)代高速鐵路的最高時(shí)速和列車荷載量不斷提高的趨勢(shì)下，各種高速鐵路問題層出不窮。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年花費(fèi)約100億人民幣用于常規(guī)的高速鐵路鋼軌養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)，而鋼軌斷裂、車輪崩裂等行車安全事故造成的經(jīng)濟(jì)損失并未考?，F(xiàn)行的鋼軌養(yǎng)護(hù)維修方式有兩種:一是利用換軌車對(duì)鋼軌進(jìn)行更換，二是利用鋼軌打磨車對(duì)鋼軌進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打磨。由于更換鋼軌的費(fèi)用高昂，且更換鋼軌所需安排的天窗期過(guò)久，這不利于鐵路運(yùn)輸單位的運(yùn)營(yíng)效益。一般在保證車輛行車安全的前提下，

7、通常采取鋼軌打磨的方式對(duì)鋼軌進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修。鋼軌打磨可以起到預(yù)防與降低鋼軌疲勞缺陷發(fā)生頻率的作用，并節(jié)約軌道養(yǎng)護(hù)維護(hù)的成本，所以鋼軌打磨就顯得[4-7]愈來(lái)愈顯得重要。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀鋼軌打磨作為一項(xiàng)鋼軌養(yǎng)護(hù)維修技術(shù)已有60多年的歷史，并逐漸成為鐵路發(fā)展[8]的熱點(diǎn)問題，目前已達(dá)到比較完善的應(yīng)用階段。目前，世界上許多國(guó)家的學(xué)者和公司都對(duì)鋼軌打磨研究投入了極大的熱情。1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀1978年在澳大利亞發(fā)現(xiàn)，有意在曲線軌道上使用非對(duì)稱的鋼軌型面，會(huì)使外軌的接觸帶向車輪輪緣移動(dòng)，里軌接觸帶向反方向移動(dòng)，從而導(dǎo)致外

8、軌的滾動(dòng)圓半徑增大，內(nèi)軌的滾動(dòng)圓半徑減小，因此在使用錐形車輪的踏面的情況下車輪間會(huì)形成滾動(dòng)圓半徑差。這種改進(jìn)增加了車輛通過(guò)曲線段的導(dǎo)向能力并達(dá)到了減少了鋼軌側(cè)面和輪軌的沖擊，控制輪軌側(cè)磨的目的，這種改進(jìn)在緩和曲線段效果更為明顯。另外他們發(fā)現(xiàn)在直線段上使用非對(duì)稱鋼軌型面可以減小由車輛車體擺動(dòng)引起的周期性2萬(wàn)方數(shù)據(jù)第一章緒論[9]鋼軌側(cè)切。此后不久