无渣轨道扣件系统松动的摩擦学机理研究

扣件松动是轨道交通安全运行中一个重要危害。针对无渣轨道扣件系统的松动问题，运用微动摩擦学的研究手段，对无渣轨道扣件系统中最易产生摩擦损伤的扣件界面进行研究。选择扣件系统中螺纹钢/弹簧钢以及弹簧钢/钢轨材料形成不同组合配对的摩擦副，采用径向微动和复杂微动的微动模式，以模拟弹簧和钢轨、螺纹与弹簧之间的运动，从相对运动方式、运动幅值、运动频率、运动时间、应力等方面入手，通过运行微动图、磨损量、损伤形貌特征等指标，界定不同损伤阶段各参数的临界值，确定微动模式、实验参数、损伤形貌、磨损率及磨损量之间的相互作用和关系，构建扣件系统的微动损伤模型。最终阐明在特殊服役环境下扣件系统不同接触配对的微动损伤模型和延寿理论，为构建高可靠性的扣件系统提供摩擦设计的理论依据。该研究不仅可以提出"无渣轨道扣件松动"的摩擦学机理，填补该领域的基础研究空白，也为我们全面认识构件系统的损伤失效提供了新的思路。

本课题针对无渣轨道扣件松动问题开展研究。通过研究，本项目取得了以下结果(1)对弹条的力学行为进行有限元分析，弹条后端小圆弧的内侧是弹条的薄弱位置。(2)对失效的高速铁路扣件弹条展开失效分析，弹条开裂的主要原因是在交变应力下产生局部应力集中，由于表面状态不良是其发生疲劳断裂的另一重要原因。(3)利用表面工程方法，开展几种涂层和表面改性层摩擦磨损防护机理研究：研究了表面工程方法减缓弹条材料的可能途径。研究发现表面硫化、渗碳均有助于改善弹条在紧配合时的摩擦学界面受力行为。本研究方法及成果将为扣件材料摩擦学松动缓解和防治研究提供一定的参考和依据。