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鋼軌用途應用

2020-09-03 16:29:20

黑龍江礦用鋼廠家的鋼軌是鐵路軌道的主要組成部件。它的功用在於引導機車車輛的車輪前進,承受車輪的巨大壓力,並傳遞到軌枕上。鋼軌必須為車輪提供連續、平順和阻力最小的滾動表麵。在電氣化鐵道或自動閉塞區段,鋼軌還可兼做軌道電路之用。

黑龍江礦用鋼

用途應用

鋼軌傷損

鋼軌傷損是指鋼軌在使用過程中,發生折斷、裂紋及其它影響和限製鋼軌使用性能的傷損。

為便於統計和分析鋼軌傷損,需對鋼軌傷損進行分類。根據傷損在鋼軌斷麵上的位置、傷損外貌及傷損原因等分為九類32種傷損,用兩位數編號分類,十位數表示傷損的部位和狀態,個位數表示造成傷損的原因。鋼軌傷損分類具體內容可見“鐵道工務技術手冊(軌道)”。

鋼軌折斷是指有下列情況之一者:鋼軌全截麵至少斷成兩部分;裂縫已經貫通整個軌頭截麵或軌底截麵;鋼軌頂麵上有長大於50mm、深大於10mm的掉塊。鋼軌折斷直接威脅行車安全,應及時更換。鋼軌裂紋是指除鋼軌折斷之外,鋼軌部分材料發生分離,形成裂紋。

鋼軌傷損種類很多,常見的有磨耗、剝離及軌頭核傷、軌腰螺栓孔裂紋等。下麵介紹幾種常見的鋼軌傷損情況。

鋼軌磨耗

鋼軌磨耗主要是指小半徑曲線上鋼軌的側麵磨耗和波浪磨耗。至於垂直磨耗一般情況下是正常的,隨著軸重和通過總重的增加而增大。軌道幾何形位設置不當,會使垂直磨耗速率加快,這是要防止的,可通過調整軌道幾何尺寸解決。

(1)側麵磨耗

側麵磨耗發生在小半徑曲線的外股鋼軌上,是現在曲線上傷損的主要類型之一。列車在曲線上運行時,輪軌的磨擦與滑動是造成外軌側磨的根本原因。列車通過小半徑曲線時,通常會出現輪軌兩點接觸的情況,這時發生的側磨大。側磨的大小可用導身力與衝擊角的乘積,即磨耗因子來表示。改善列車通過曲線的條件,如采用磨耗型車輪踏麵,采用徑向轉向架等會降低側磨的速率。

從工務角度來講,應改善鋼軌材質,采用耐磨軌,例如高硬稀土軌其耐磨性是普通軌的2倍左右,淬火軌為1倍以上。

加強養護維修,設置合適的軌距、外軌超高及軌底坡,增加線路的彈性,在鋼軌側麵塗油等,都可以減小側麵磨耗的效果。

(2)波浪形磨耗

波浪形磨耗是指鋼軌頂麵上出現的波浪狀不均勻磨耗,實質上是波浪形壓潰。波磨會引起很高的輪軌動力作用,加速機車車輛及軌道部件的損壞,增加養護維修費用;此外列車的劇烈振動,會使旅客不適,嚴重時還會威脅到行車安全;波磨也是噪音的來源。我國一些貨運幹線上,出現了嚴重的波磨。其發展速度比側磨還快,成為換軌的主要原因。

波磨可以其波長分為短波(或稱波紋)和長波(或稱波浪)兩種。波紋為波長約50~100mm,波幅0.1~0.4mm的周期性不平順;長波為波長100mm以上,3000mm以下,波幅2mm以內的周期性不平順。

波磨主要出現在重載運輸線上,尤其是運煤運礦線上特別嚴重,在高速高客運線上也有不同程度的發生,城市地鐵上也較普遍。列車速度較高的鐵路上,主要發生波紋磨耗,且主要出現在直線和製動地段。在車速較低的重載運輸線上主要發波浪磨耗,且一般出現在曲線地段。影響鋼軌波磨發生發展的因素很多,涉及到鋼軌材質、線路及機車輛條件等多個方麵。世界各國都在致力於鋼軌波形磨耗成因理論研究。關於波磨成因的理論有數十種,大致可分為兩類:動力類成因理論和非動力類成因理論。總的來說,動力作用是鋼軌波磨形成的外因,鋼軌材質性能是波磨的內因。事實上單靠某一方麵的分析來概括鋼軌波磨的所有成因是相當困難的,而必須把車輛和軌道作為一個係統,研究多種振動形成,從整體上進行多方麵、多學科的研究,才能把握波磨成因的全貌。

打磨鋼軌是現在最有效的消除波磨的措施。除此還有以下一些措施可以減緩波磨的發展:用連續焊接法消除鋼軌接頭,提高軌道的平順性;改進鋼軌材質采用高強耐磨鋼軌,提高熱處理工藝質量,消除鋼軌殘餘應力;提高軌道質量,改善軌道彈性,並使縱橫向彈性連續均勻;保持曲線方向圓順,超高設置合理,外軌工作邊塗油;輪軌係統應有足夠的阻力等。

(3)鋼軌磨耗的允許限度

鋼軌頭部允許磨耗限度主要由強度和構造條件確定。即當鋼軌磨耗達到允許限度裏,一是還能保證鋼軌有足夠的強度和抗彎剛度;二是應保證在最不利情況下車輪緣不碰撞接頭夾板。《鐵路線路維修規則》中按鋼軌頭產磨耗程度的不同,分為輕傷和重傷兩類。波磨軌耗穀深超過0.5mm為輕傷軌。

接觸疲勞傷損

接觸疲勞傷損的形成大致可分三個階段:首階段是鋼軌踏麵外形的變化,如鋼軌踏麵出現不平順,焊縫處出現鞍形磨損,這些不平順將增大車輪對鋼軌的衝擊作用;第二階段是軌頭表麵金屬的破壞,由於軌頭踏麵金屬的冷作硬化,使軌頭工作麵的硬度不斷增長,通過總質量150~200Mt時,硬度可達HB360;此後,硬化層不再發生變化,對碳素鋼軌來說,通過總質量200~250Mt時,在軌頭表層形成微裂紋。對於彈性非均等的線路當車輪及鋼軌肯有明顯不平順時,軌頂麵所受之拉壓力幾乎相等,若存在微型紋,同時撓曲應力與殘餘應力同號,會極大的降低鋼軌強度。第三階段為軌頭接觸疲勞的形成,由於金屬接觸疲勞強度不足和重載車輪的多次作用,當大剪應力作用點超過剪切屈服極限時,會使該點成為塑性區域,車輪每次通過必將產生金屬顯微組織的滑移,通過一段時間的運營,這種滑移產生積累和聚集,最終導致疲勞裂紋的形成。隨著軸載的提高、大運量的運輸條件、鋼軌材質及軌型的不適應,將加速接觸疲勞裂紋的萌生和發展。

軌頭工作邊上圓角附近的剝離主要是由以下三個原因引起的:由夾雜物或接觸剪應力引起縱向疲勞裂紋而導致剝離;導向輪在曲線外軌引起剪應力交變循環促使外軌軌頭疲勞,導致剝離;車輪及軌道維修不良加速剝離的發展。通常剝離會造成缺口區的應力集中並影響行車的平順性,增大動力衝擊作用,又促使缺口區域裂紋的產生和發展。缺口區的存在,還會阻礙金屬塑性變形的發展,使鋼軌塑性指標降低。

軌頭核傷是最危險的一種傷損形式,會在列車作用下突然斷裂,嚴重影響行車安全。軌頭核傷產一的主要原因是軌頭內部存在微小裂紋或缺陷(如非金屬夾雜物及白點等),在重複動荷 載作用下,在鋼軌走行麵以下的軌頭內部出現極為複雜的應力組合,使細不裂紋先是成核,然後向軌頭四周發展,直到核傷周圍的鋼料不足以提供足夠的抵抗,鋼軌在毫元預兆的情況下猝然折斷。所以鋼軌內部材質的缺陷是形成核傷的內因,而外部荷載的作用是外因,促使核傷的發展。核傷的發展與運量、軸重及行車速度、線路平麵狀態有關。為確保行車的安全,對鋼軌要定期探傷。

減緩鋼軌接觸疲勞傷損的措施有:淨化軌鋼,控製雜物的形態;采用淬火鋼軌,發展優質重軌,改進軌鋼力學性質;改革舊軌再用製度,合理使用鋼軌;鋼軌打磨;按軌鋼材質分類鋪軌等。

鋼軌打磨分類及我國鋼軌維護現狀

1 鋼軌打磨分類

目前,鋼軌打磨分類方法較多,許多研究機構、學者按照打磨目的或者打磨區域的不同,對鋼軌打磨做出了不同的歸納。例如:根據打磨目的,可以將鋼軌打磨分為預備性打磨、預防性打磨和修複性打磨;根據打磨區域可以將鋼軌打磨分為表麵打磨和外形打磨。但究其根本,黑龍江礦用鋼認為鋼軌打磨可以分為2大類:(1)病害發生前的保養打磨;(2)病害發生後的校正打磨。校正打磨打磨量通常為1~1.5 mm,而保養打磨打磨量僅為0.05~0.2 mm。

校正打磨即在發現鋼軌產生病害後,使用各種維護手段對鋼軌進行修複,是我國最早使用的鋼軌維護理念和維護方式。然而這種維護方式打磨周期長、對鋼軌去除量大,為此在鋼軌病害發生前的保養打磨應運而生。保養打磨既可以對開通運行前的新鋼軌進行脫碳層和廓型修整,又可以對已投入運營的鋼軌進行固定周期打磨,把即將發生的鋼軌病害消除於萌芽狀態。實踐證明,保養打磨可以大大減少鋼軌病害的發生、延長鋼軌的使用壽命。

2 我國鋼軌維護現況

至2019年底,我國總計擁有16條鐵路運營總線,線路延展長度近15萬公裏,其中高速鐵路3.5萬公裏,位居世界首位。隨著運營車次和高速列車數量的不斷增加,鐵道維護窗口期也在不斷地縮短,高速、高效、高質量的打磨已經成為發展的必然趨勢。

裂紋和波磨是常見鋼軌病害,車輪與鋼軌接觸麵的多次擠壓與振動會導致鋼軌的接觸疲勞與磨損。每當列車車輪通過這些軌麵缺陷時均會產生一次衝擊,日積月累的使用負載使這些缺陷發展成病害。現階段國內使用的打磨設備普遍以銑磨、砂帶磨和端麵磨為主,這類設備適用於校正打磨,存在打磨速度慢、效率低等問題,已逐漸無法適應發展需求。

鋼軌軌麵波磨

在磨具方麵,傳統工藝的重負荷磨鋼軌砂輪或砂帶也同樣存在耐磨性差、壽命低、材料強度不足、易燒傷鋼軌、高含硫、高粉塵等問題。以96頭鋼軌打磨車用端麵磨砂輪為例,常規打磨後砂輪極易出現裂紋與燒傷鋼軌等問題,如圖4所示。這不僅會降低鋼軌打磨效率,影響鋼軌養護質量,嚴重情況下砂輪一旦碎裂還會引起安全問題。為此,提升鋼軌打磨技術與磨具製造技術迫在眉睫。


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