重载铁路钢轨损伤机理研究

货运重载化是铁路发展的重要方向之一，我国于1992年底建成国内第一条双线重载运煤专线大秦铁路，到目前我国重载铁路运输技术创新已取得重大成就。列车运行要借助于轮轨之间的粘着力和制动力，因此重载运输将加剧钢轨损伤并降低其使用寿命。项目通过现场调查、模拟试验和理论分析，研究强摩擦力、高接触应力及环境多场耦合作用下重载铁路钢轨的损伤机理与形成演变规律，确定各种重载钢轨损伤的影响因素与作用机制，研究不同重载线路条件（轴重、曲线半径和速度）下轮轨材料硬度优化匹配并建立重载钢轨的分级使用制度，基于车辆-轨道耦合大系统仿真的重载轮轨服役行为环境条件研究重载铁路钢轨的损伤特性，通过研究优化适合我国重载铁路的钢轨打磨技术、轮轨型面、轨道结构参数（轨底坡、超高、轨距、轨下垫层刚度等）等措施来预防或减轻重载运输条件下钢轨的损伤与失效。研究成果将对预防和减轻我国重载铁路钢轨损伤提供重要的技术支持和理论指导。

随着列车运行速度和轴重的提高，轮轨出现的破坏现象变得越来越严重，严重影响重载铁路运输安全。项目围绕重载铁路钢轨损伤机理与预防减缓措施两个方面开展研究，取得了系列研究成果。.现场重载钢轨损伤主要为侧磨和表面疲劳剥离；重载钢轨轨顶区疲劳裂纹富集，侧磨区和非接触区几乎无宏观裂纹；裂纹扩展沿塑性变形方向，裂纹表面尖端出现二次分裂，沿深处主要为穿晶扩展。.研究了不同轴重和碳含量下轮轨材料滚动磨损与损伤性能。钢轨材料的不同可造成轮轨硬度、磨损率和表面损伤的明显差异；车轮材料的改变对车轮磨损行为的影响大于钢轨磨损行为，不同碳含量车轮试样的表面磨痕损伤形貌存在较大差异；车轮的磨损系数kw随轮轨相对滑动速度Vslip和接触应力P的增加整体呈现变大趋势，钢轨的磨损系数kr随轮轨相对滑动速度Vslip的增加整体呈现减小趋势；随速度增加，车轮试样表面损伤机制由疲劳裂纹和粘着磨损共同作用，钢轨试样磨损损伤机制转变为块状剥落。.激光表面淬火处理轮轨材料有助于提高表面的抗磨损性能，激光熔覆Co基合金涂层和Fe基合金涂层能显著提高轮轨材料的硬度和耐磨性，有利于降低材料的磨损与损伤，对减缓重载轮轨磨损有着重要的意义。.以轮径差函数为设计目标对重载线路75kg/m钢轨型面进行逆向求解，优化出满足轮径差函数的重载车轮型面，优化的车轮型面与75kg/m钢轨匹配时表现出较好的性能。通过建立重载货车动力学分析模型研究了重载铁路小半径曲线轮轨磨耗问题，分析了轨道结构参数与摩擦系数变化对重载轮轨磨耗的影响规律；研究了钢轨打磨列车动力学行为，分析了高速打磨过程中打磨磨屑行为；分析了润滑油、植物油、二硫化钼锂基脂、石墨钙基脂等润滑剂对轮轨摩擦与减磨性能的影响。.项目研究发表（接收）论文30篇，其中SCI论文5篇，EI论文12篇，申请发明专利2项（授权1项），培养博士生1名、硕士生9名（优秀硕士论文2篇），参加国际会议报告4次，国内会议报告6次。项目研究结果对我国重载铁路钢轨损伤的预防和减缓提供了重要的理论指导与技术支撑作用。