CN114295508B - 铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，属于及轨道交通技术领域。主要包括材料摩擦试验过程，材料磨损性能评定过程，设计结构摩擦试验过程，设计结构磨损性能评定过程。本申请方法利用扣件垫板试样以及轨枕试样组成销盘式摩擦副进行相对旋转摩擦测试，而非实际的轨枕和扣件垫板开展试验，使得能够对影响扣件垫板和轨枕磨损性能的垫板材料和垫板设计结构这两种因素进行分别评估，并且能够缩短试验评估周期，提高定量评估的可操作性，提高试验评估效率。

Description

铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法

技术领域

本申请涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法。

背景技术

在重载铁路和客货共线铁路中，列车轴重大、运量高，轮轨动力作用相应增强，扣件和轨枕作为轨道系统中的关键部件，承受的载荷随之增加。尤其是在小半径曲线路段和大坡度路段，轨枕和扣件的受力状态更为恶劣，扣件垫板与轨枕承轨面在轮轨动力作用下会发生相对移动，如图1所示。当扣件垫板自身硬度大，且与轨枕接触应力较高时，扣件垫板会在与轨枕承轨面发生相对移动的过程中造成轨枕承轨面的磨损如图2所示。不仅会导致轨枕的结构损伤，降低其使用寿命，还会改变轨枕承轨面预设的轨底坡，造成相应线路轨距扩大以及轮轨的廓形匹配位置变换，影响列车的运行状态。同时，扣件垫板自身也会发生磨损导致扣件垫板失效，如图3所示。

现有技术在评定扣件垫板对轨枕的磨损性能时，采用实际的轨枕与扣件垫板开展试验，只能对成品扣件垫板进行整体的磨损性能评估，无法分别对影响扣件垫板和轨枕磨损性能的垫板材料和垫板设计结构这两种因素进行分别评估。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本申请主要提供一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，利用扣件垫板试样以及轨枕试样，而非实际的轨枕和扣件垫板开展磨损性能试验，使得能够对影响扣件垫板磨损性能的结构和材料这两种因素进行分别评估。

为了实现上述目的，本申请采用的一个技术方案是：提供一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其包括：

材料摩擦试验过程，利用预制的轨枕试样以及试制的平板结构的扣件垫板试样组成第一摩擦副，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第一摩擦副并对第一摩擦副施加预定的第一压力，使得扣件垫板试样与轨枕试样的接触压强与实际使用场景中平板结构的扣件垫板与轨枕的接触压强相等，之后进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样；材料磨损性能评定过程，根据第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的材料对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，得到材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样；设计结构摩擦试验过程，利用轨枕试样以及材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样组成第二摩擦副，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第二摩擦副并对第二摩擦副施加第二压力，使得扣件垫板试样与轨枕试样的接触压强与实际使用场景中设计扣件垫板结构与轨枕的接触压强相等，之后继续进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样；以及，设计结构磨损性能评定过程，根据第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的结构对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，得到满足磨损性能要求的设计扣件垫板结构；其中，轨枕试样与实际轨枕的材料相同。

本申请的技术方案可以达到的有益效果是：提供一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法。本申请方法利用扣件垫板试样以及轨枕试样组成销盘式摩擦副进行相对旋转摩擦试验，而非实际的轨枕和扣件垫板开展磨损性能试验试验，使得能够对影响扣件垫板和轨枕磨损性能的垫板材料和垫板设计结构这两种因素进行分别评估，并且能够缩短试验评估周期，提高定量评估的可操作性，提高试验评估效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实际环境中扣件垫板和轨枕发生相对位移的示意图；

图2是实际环境中轨枕承轨面磨损示意图；

图3是实际环境中扣件垫板磨损示意图；

图4是现有技术利用实际扣件垫板和实际轨枕进行磨损性能试验的示意图；

图5是本申请一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法一个具体实施方式的流程示意图；

图6是本申请一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法的一个具体实例中轨枕试样示意图；

图7是本申请一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法的一个具体实例中扣件垫板示意图；

图8是本申请一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法的一个具体实施例中扣件垫板试样和轨枕试样的安装示意图；

图9是本申请一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法的一个具体实施例中得到的摩擦力和摩擦系数示意图。

通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的较佳实施例进行详细阐述，以使本申请的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本申请的保护范围做出更为清楚明确的界定。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在重载铁路和客货共线铁路中，列车轴重大、运量高，轮轨动力作用相应增强，扣件和轨枕作为轨道系统中的关键部件，承受的载荷随之增加。尤其是在小半径曲线路段和大坡度路段，轨枕和扣件的受力状态更为恶劣，扣件垫板与轨枕承轨面在轮轨动力作用下会发生相对移动，如图1所示。当扣件垫板自身硬度大，且与轨枕接触应力较高时，扣件垫板会在与轨枕承轨面发生相对移动的过程中造成轨枕承轨面的磨损如图2所示。不仅会导致轨枕的结构损伤，降低其使用寿命，还会改变轨枕承轨面预设的轨底坡，造成相应线路轨距扩大以及轮轨的廓形匹配位置变换，影响列车的运行状态。同时，扣件垫板自身也会发生磨损导致扣件垫板失效，如图3所示。

现有技术，例如美国铁路工程与道路养护协会(AREMA)提出的方法，包括，(1)试验荷载与垂直方向呈27.5°角施加到钢轨轨头，如图4所示，可实现向钢轨同时施加一定比例的垂向和横向荷载分量，本试验中垂向荷载为32500磅(约144.6kN)，横向荷载为16900磅(约75.2kN)；(2)组装试验工装前，清理试验用轨枕承轨面，确保扣件组装时无杂物；(3)测量每块垫板内外侧各两个位置的厚度及垫板静刚度；(4)承轨面撒上洁净的干砂，组装扣件，安装完成后测量轨距；(5)轨头和轨底布置位移传感器，测量其相对于轨枕的垂向和横向位移；(6)在轨下截面周围设置干冰盒和滴水槽，保证垫板维持温度恒定，并使垫板与轨枕接触面保持潮湿状态；(7)在2.5Hz的加载频率下至少进行300万次疲劳或者直到失效；(8)在伤损试验完成前，应检查钢轨扣件的装配情况并拍照记录；(9)试验完成后，拆除扣件系统，复测轨下垫板厚度、静刚度和轨距扩大量，并检查承轨面和各扣件部件伤损情况。现有技术在评定扣件垫板对轨枕的磨损性能时，采用实际的轨枕与扣件垫板开展试验，只能对成品扣件垫板进行整体的磨损性能评估，无法分别对影响扣件垫板磨损性能的结构和材料这两种因素进行分别评估，并且不仅工装复杂、体积巨大造成了操作不便。此外，试验以2.5Hz的频率进行，进行300万次试验需14天左右的时间。并且此试验方法中轨枕与扣件垫板的相对位移小，在300万次加载后，轨枕磨损程度较小，称重等常规磨损测试手段很难对轨枕的磨损量进行测量和评价。如果按典型重载铁路的年运量计算，一年内通过车轮数量在1500万以上，增大加载次数尽管可以增大磨耗量，但同时会大大延长试验周期，测试效率低下。

本申请使用轨枕和垫板材料试样代替原有方法中的成品样品开展试验，可将垫板的结构属性和材料属性分开评估，指导扣件垫板的材料与结构选型；使用销盘式旋转加载代替原有的往复加载，加快磨损速率，缩短了试验周期；定量描述垫板和轨枕的磨耗量，并提出了相应的磨损评定标准，从垫板磨损和轨枕磨损两个角度评价铁路扣件垫板对轨枕摩擦磨损性能。

下面以具体地实施例结合附图对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图5示出了本申请一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法的一个具体实施方式。

在图5示出的具体实施例中，本申请铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法包括，材料摩擦试验过程S501，利用预制的轨枕试样以及试制的平板结构的扣件垫板试样组成第一摩擦副，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第一摩擦副并对第一摩擦副施加预定的第一压力，使得扣件垫板试样与轨枕试样的接触压强与实际使用场景中的平板结构的扣件垫板与轨枕的接触压强相等，之后进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样；材料磨损性能评定过程S502，根据第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的材料对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，得到材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样；设计结构摩擦试验过程S503，利用轨枕试样以及材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样组成第二摩擦副，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第二摩擦副并对第二摩擦副施加第二压力，使得扣件垫板试样与轨枕试样的接触压强与实际使用场景中设计扣件垫板结构与轨枕的接触压强相等，之后继续进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样；以及，设计结构磨损性能评定过程504，根据第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的结构对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，得到满足磨损性能要求的设计扣件垫板结构；其中，轨枕试样与实际轨枕的材料相同。

本申请方法利用扣件垫板试样以及轨枕试样组成销盘式摩擦副进行相对旋转摩擦测试，而非实际的轨枕和扣件垫板开展试验，使得能够对影响扣件垫板磨损性能的结构和材料这两种因素进行分别评估，并且能够缩短试验评估周期，提高定量评估的可操作性，提高试验评估效率。

材料摩擦试验过程S501表示的利用预制的轨枕试样以及试制的平板结构的扣件垫板试样组成第一摩擦副，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第一摩擦副并对第一摩擦副施加预定的第一压力，使得扣件垫板试样与轨枕试样的接触压强与实际使用场景中的平板结构的扣件垫板与轨枕的接触压强相等，之后进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的过程，能够对扣件垫板材料的摩擦性能进行试验，便于对扣件垫板的材料是否满足磨损性能要求进行评定。具体的，上述轨枕试样与实际轨枕的材料相同。

在本申请的可选具体实施例中，通过试样制备过程得到上述轨枕试样，利用与所述实际轨枕相同的混凝土配合比和钢筋配置制备得到与所述实际轨枕强度相同的所述轨枕试样。具体的，上述轨枕试样要能够防止在旋转摩擦试验过程中出现开裂、无气孔、沾皮、麻面等表面缺陷。

可选的，上述轨枕试样可以为正八边形的平板，便于将轨枕试样固定装载在销盘式摩擦磨损试验机上，结构如图6所示。

在本申请的可选具体实施例中，上述试样制备过程还包括，试制得到上述扣件垫板试样。可选的，上述扣件垫板试样试制成六面体的长销，宽度方向尺寸与垫板厚度保持一致，例如宽度方向和厚度方向尺寸为10mm*10mm，结构如图7所示。

在本申请的可选具体实施例中，上述利用销盘式摩擦磨损试验机装载第一摩擦副的过程包括，分别将上述扣件垫板试样以及轨枕试样固定在销盘式摩擦磨损试验机的上方旋转盘上以及下方固定盘上。

在本申请的可选具体实施例中，上述第一摩擦副包括多个扣件垫板试样，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第一摩擦副后，每个所述扣件垫板试样能够沿相同的轨迹相对于所述轨枕试样进行旋转摩擦运动。利用多个扣件垫板试样相对于轨枕试样进行旋转摩擦一次，等效于一个轨枕试样进行旋转摩擦多次，增加扣件垫板试样对轨枕试样造成的磨损量，提高定量评估的可操作性行。

在本申请的可选具体实例中，上述第一摩擦副包括3个扣件垫板试样，利用销盘式摩擦磨损试验机装载后，3个扣件垫板试样自呈120°均匀分布，如图8所示。

在本申请的可选具体实施例中，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第一摩擦副后，扣件垫板试样的中心点能够相对于轨枕试样进行旋转半径不大于第一预设半径的旋转摩擦运动。优选的，上述旋转半径不大于30mm。

具体的，扣件垫板试样的中心点相对于轨枕试样进行旋转摩擦的旋转半径越大，对电机的要求越高，因此旋转半径不宜过大。

在本申请的可选具体实施例中，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第一摩擦副后，扣件垫板试样的中心点能够相对于轨枕试样进行旋转半径不小于第二预设半径的旋转摩擦运动。优选的，上述旋转半径不小于15mm。具体的，当扣件垫板试样的个数为多个，旋转半径过小时，就无法实现上述多个扣件垫板试样的装载。

在本申请的可选具体实施例中，上述进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的过程包括，第一垫板摩擦试验过程，利用销盘式摩擦磨损试验机带动扣件垫板试样以预设转速相对于轨枕试样旋转第一预设次数得到第一磨损扣件垫板试样；第一轨枕摩擦试验过程，继续利用销盘式摩擦磨损试验机带动第一磨损扣件垫板试样以预设转速相对于轨枕试样旋转第二预设次数得到第一磨损轨枕试样。

优选的，上述进行旋转摩擦试验的旋转半径为21mm，上述第一预设次数为5万次，上述第二预设次数为800万次。具体的，在典型高运量的重载铁路线路中，垫板与轨枕上线服役半年后即会发生较大程度的轨枕磨损，取典型高运量重载铁路线路半年内的通过车轮总量作为滑移运动的最大次数，即800万次。根据现场的实测结果可知，列车经过时，垫板与轨枕承轨面之间的相对位移最大约为0.8mm，根据本试验方案中垫板试样的旋转半径计算，垫板试样每旋转一圈相当于进行了约160次。因此实际应用中扣件垫板的800万次滑移的距离相当于进行上述旋转摩擦试验5万次相对位移的距离，本申请可以大大减少测试所需要的时间。

在本申请的可选具体实施例中，在所述第一垫板摩擦试验过程中所述扣件垫板试样与所述轨枕试样的接触面为干摩擦状态环境；在所述第一轨枕摩擦试验过程中所述扣件垫板试样与所述轨枕试样的接触面为水冷环境。为使垫板达到最恶劣的磨损效果，试验时摩擦副界面为干摩擦状态，为使轨枕达到最恶劣的磨损效果，在摩擦作用中形成水压开裂和水钻的效果，试验在水冷却环境下进行。并且水冷环境能够冷却垫板试样，避免软化的作用造成的过度磨损。

在本申请的可选具体实施例中，在进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的过程中，根据下方固定盘承受的扭矩以及回转半径，计算得到相应扣件垫板试样与轨枕试样之间的相应摩擦力，并根据相应摩擦力以及相应压力得到相应扣件垫板试样与轨枕试样之间的相应摩擦系数，如图9所示，以便于利用摩擦系数对扣件垫板试样的材料是否能通过相应磨损性能评定。

在本申请的可选具体实施例中，在进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的过程中，对扣件垫板试样进行温度监控，若扣件垫板试样的温度不低于预设的第一温度阈值，则停止相应旋转摩擦试验，待扣件垫板试样的温度降低至不高于预设的第二温度阈值时，再继续相应旋转摩擦试验。这样就能够防止温度过高时，扣件垫板软化造成试验结果偏差。

可选的，上述第一温度阈值为扣件垫板材料软化温度之下10摄氏度；上述第二温度阈值为室温。

在本申请的可选具体实施例中，上述进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样过程中的旋转速度可调整。将旋转速度设置为可调整，就能够根据实际测试场景，选择合适的转速。

可选的，上旋转盘的转速可在0.1～3000r/min范围内进行调整，调整依据为保证试验过程中扣件垫板试样温度稳定在-40～70℃区间内的基础上，尽量加快试验转速，从而缩短试验周期。

在本申请的可选具体实例中，上述第一摩擦副设置，3个垫板材料试样，相应的轨枕磨损频次也变为了原来的3倍，假设上旋转盘的转速为3000r/min时，对应的轨枕磨损加载频率为150Hz，是现有技术加载频率2.5Hz的60倍，能够大大减少试验所需要的时间。

材料磨损性能评定过程S502表示的根据第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的材料对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，得到材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样过程，能够高效准确的对扣件垫板试样材料是否能够对轨枕试样的磨损性能满足要求进行判断。

在本申请的可选具体实施例中，上述根据第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的材料对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断的过程包括，在材料摩擦试验过程前，分别对扣件垫板试样以及轨枕试样进行称重得到第一磨损前扣件垫板试样重量以及第一磨损前轨枕试样重量；分别对第一磨损垫板试样以及第一磨损轨枕试样进行称重得到第一磨损扣件垫板试样重量以及第一磨损轨枕试样重量，并分别利用第一磨损前扣件垫板试样重量以及第一磨损前轨枕试样重量减去第一磨损扣件垫板试样重量以及第一磨损轨枕试样重量，得到第一重量差值和第二重量差值；若第一重量差值不大于预设的第一质量损耗阈值，并且第二重量差值不大于预设的第二质量损耗阈值，则判定扣件垫板试样的材料对轨枕试样的磨损性能满足要求。通过对试验前后的扣件垫板试样以及轨枕试样进行称重并计算重量差值得到损耗质量，将损耗质量与相应的质量损耗阈值相比，就能够判断扣件垫板试样材料的磨损性能是否能够通过评定，定量描述垫板和轨枕的磨耗量，从垫板磨损和轨枕磨损两个角度评价铁路扣件垫板对轨枕摩擦磨损性能。

可选的，每次称重前需对摩擦副进行清洗及干燥处理。

在本申请的可选具体实施例中，上述根据第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的材料对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断的过程包括，分别对磨损扣件垫板试样的磨损深度以及磨损轨枕试样的磨损深度进行测量得到第一磨损深度以及第二磨损深度；若第一磨损深度不大于预设的第一磨损深度阈值，并且第二磨损深度不大于预设的第二磨损深度阈值，判定扣件垫板试样的材料对轨枕试样的磨损性能满足要求。具体的，由于混凝土质量具有不均匀性，引入磨损深度作为磨损量大小的另一参量。

优选的，上述第一磨损深度阈值为1mm，上述第二磨损深度阈值位2mm，提出了磨损评定的标准。

在本申请的可选具体实施例中，上述材料磨损性能评定过程进一步包括，根据相应摩擦系数以及预设的摩擦系数阈值对扣件垫板试样的材料对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，能够便于提高对扣件垫板材料磨损性能评价的准确性。

设计结构摩擦试验过程S503表示的利用轨枕试样以及材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样组成第二摩擦副，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第二摩擦副并对第二摩擦副施加第二压力，使得扣件垫板试样与轨枕试样的接触压强与实际使用场景中设计扣件垫板结构与轨枕的接触压强相等，之后继续进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样。

具体的，在设计扣件垫板的结构的时候，需要对相应结构的磨损性能进行评定。通过材料属性评定后，才可进行结构属性测试评定工作，利用扣件垫板试样施加第二压力，使得扣件垫板试样与轨枕试样的接触压强与实际使用场景中设计扣件垫板结构与轨枕的接触压强相等，就可以对设计扣件垫板的结构是否能够符合磨损性能要求进行评定，从而对扣件垫板结构的设计过程进行相应指导。

在本申请的可选具体实施例中，上述利用销盘式摩擦磨损试验机装载第二摩擦副的过程包括，分别将上述材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样以及轨枕试样固定在销盘式摩擦磨损试验机的上方旋转盘上以及下方固定盘上。

在本申请的可选具体实施例中，上述第二摩擦副包括多个扣件垫板试样，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第二摩擦副后，每个所述扣件垫板试样能够沿相同的轨迹相对于所述轨枕试样进行旋转摩擦运动。利用多个扣件垫板试样相对于轨枕试样进行旋转摩擦一次，等效于一个轨枕试样进行旋转摩擦多次，增加扣件垫板试样对轨枕试样造成的磨损量，提高定量评估的可操作性行。

在本申请的可选具体实例中，上述第二摩擦副包括3个扣件垫板试样，利用销盘式摩擦磨损试验机装载后，3个扣件垫板试样自呈120°均匀分布，如图8所示。

在本申请的可选具体实施例中，利用销盘式摩擦磨损试验机装载第二摩擦副后，扣件垫板试样的中心点能够相对于轨枕试样进行旋转半径不大于第一预设半径的旋转摩擦运动。优选的，上述旋转半径不大于30mm。

具体的，扣件垫板试样的中心点相对于轨枕试样进行旋转摩擦的旋转半径越大，对电机的要求越高，因此旋转半径不宜过大。

在本申请的可选具体实施例中，利用销盘式摩擦磨损试验机装第二摩擦副后，扣件垫板试样的中心点能够相对于轨枕试样进行旋转半径不小于第二预设半径的旋转摩擦运动。优选的，上述旋转半径不小于15mm。具体的，当扣件垫板试样的个数为多个，旋转半径过小时，就无法实现上述多个扣件垫板试样的装载。

在本申请的可选具体实施例中，上述进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的过程包括，第二垫板摩擦试验过程，利用销盘式摩擦磨损试验机带动扣件垫板试样以预设转速相对于轨枕试样旋转第一预设次数得到第二磨损扣件垫板试样；第二轨枕摩擦试验过程，继续利用销盘式摩擦磨损试验机带动第二磨损扣件垫板试样以预设转速相对于轨枕试样旋转第二预设次数得到第二磨损轨枕试样。

优选的，上述进行旋转摩擦试验的旋转半径为21mm，上述第一预设次数为5万次，上述第二预设次数为800万次。具体的，在典型高运量的重载铁路线路中，垫板与轨枕上线服役半年后即会发生较大程度的轨枕磨损，取典型高运量重载铁路线路半年内的通过车轮总量作为滑移运动的最大次数，即800万次。根据现场的实测结果可知，列车经过时，垫板与轨枕承轨面之间的相对位移最大约为0.8mm，根据本试验方案中垫板试样的旋转半径计算，垫板试样每旋转一圈相当于进行了约160次。因此实际应用中扣件垫板的800万次滑移的距离相当于进行上述旋转摩擦试验5万次相对位移的距离，本申请可以大大减少测试所需要的时间。

在本申请的可选具体实施例中，在所述第二垫板摩擦试验过程中所述扣件垫板试样与所述轨枕试样的接触面为干摩擦状态环境；在所述第二轨枕摩擦试验过程中所述扣件垫板试样与所述轨枕试样的接触面为水冷环境。为使垫板达到最恶劣的磨损效果，试验时摩擦副界面为干摩擦状态，为使轨枕达到最恶劣的磨损效果，在摩擦作用中形成水压开裂和水钻的效果，试验在水冷却环境下进行。并且水冷环境能够冷却垫板试样，避免软化的作用。

在本申请的可选具体实施例中，在进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的过程中，根据下方固定盘承受的扭矩以及回转半径，计算得到相应扣件垫板试样与轨枕试样之间的相应摩擦力，并根据相应摩擦力以及相应压力得到相应扣件垫板试样与轨枕试样之间的相应摩擦系数，如图9所示，以便于利用摩擦系数对扣件垫板试样的结构是否通过相应磨损性能评定。

在本申请的可选具体实施例中，在进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的过程中，对扣件垫板试样进行温度监控，若扣件垫板试样的温度不低于预设的第一温度阈值，则停止相应旋转摩擦试验，待扣件垫板试样的温度降低至不高于预设的第二温度阈值时，再继续相应旋转摩擦试验。这样就能够防止温度过高时，扣件垫板软化造成试验结果偏差。

可选的，上述第一温度阈值为扣件垫板材料软化温度之下10摄氏度；上述第二温度阈值为室温。

在本申请的可选具体实施例中，上述继续进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样过程中的旋转速度可调整。可选的，上旋转盘的转速可在0.1～3000r/min范围内进行调整，调整依据为保证试验过程中扣件垫板试样温度稳定在-40～70℃区间内的基础上，尽量加快试验转速，从而缩短试验周期。

在本申请的可选具体实例中，上述第二摩擦副设置3个扣件垫板试样，相应的轨枕磨损频次也变为了原来的3倍，假设上旋转盘的转速为3000r/min时，对应的轨枕磨损加载频率为150Hz，是现有技术加载频率2.5Hz的60倍，能够大大减少测试所需要的时间。

设计结构磨损性能评定过程504，根据第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的结构对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，得到满足磨损性能要求的设计扣件垫板结构，能够高效准确的对扣件垫板试样结构是否能够对轨枕试样的磨损性能满足要求进行判断。

在本申请的可选具体实施例中，上述根据第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的结构对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断的过程包括，在设计结构摩擦试验过程前，分别对扣件垫板试样以及轨枕试样进行称重得到第二磨损前扣件垫板试样重量以及第二磨损前轨枕试样重量；分别对第二磨损垫板试样以及第二磨损轨枕试样进行称重得到第二磨损扣件垫板试样重量以及第二磨损轨枕试样重量，并分别利用第二磨损前扣件垫板试样重量以及第二磨损前轨枕试样重量减去第二磨损扣件垫板试样重量以及第二磨损轨枕试样重量，得到第三重量差值和第四重量差值；若第三重量差值不大于预设的第一质量损耗阈值，并且第四重量差值不大于预设的第二质量损耗阈值，则判定扣件垫板试样的结构对轨枕试样的磨损性能满足要求。通过对试验前后的扣件垫板试样以及轨枕试样进行称重并计算重量差值得到损耗质量，将损耗质量与相应的质量损耗阈值相比，就能够判断扣件垫板试样结构的磨损性能是否能够通过评定。定量描述垫板和轨枕的磨耗量，从垫板磨损和轨枕磨损两个角度评价铁路扣件垫板对轨枕摩擦磨损性能。

可选的，每次称重前需对摩擦副进行清洗及干燥处理。

在本申请的可选具体实施例中，上述根据第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的损耗质量，和/或第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的磨损深度，对扣件垫板试样的结构对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断的过程包括，分别对磨损扣件垫板试样的磨损深度以及磨损轨枕试样的磨损深度进行测量得到第三磨损深度以及第四磨损深度；若第三磨损深度不大于预设的第一磨损深度阈值，并且第四磨损深度不大于预设的第二磨损深度阈值，判定扣件垫板试样的结构对轨枕试样的磨损性能满足要求。具体的，由于混凝土质量具有不均匀性，引入磨损深度作为磨损量大小的另一参量。

优选的，上述第一磨损深度阈值为1mm，上述第二磨损深度阈值位2mm。

在本申请的可选具体实施例中，设计结构磨损性能评定过程进一步包括，根据相应摩擦系数以及预设的摩擦系数阈值对扣件垫板试样的结构对轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，能够便于提高对扣件垫板结构磨损性能评价的准确性。

在本申请的可选具体实施例中，本申请的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法还包括，根据实际使用场景中设计扣件垫板结构与轨枕的接触几何特征计算得到第二压力。

具体的，扣件垫板结构对轨枕摩擦磨损性能的影响主要体现在接触几何特征上，因此根据实际使用场景中设计扣件垫板结构与轨枕的接触几何特征调整得到上述第二压力，就能够利用扣件垫板试样对设计垫板结构的磨损性能是否符合要求进行评定。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，包括，

材料摩擦试验过程，利用一个预制的轨枕试样以及至少一个试制的平板结构的扣件垫板试样组成第一摩擦副，利用销盘式摩擦磨损试验机装载所述第一摩擦副并对所述第一摩擦副施加预定的第一压力，使得所述扣件垫板试样与所述轨枕试样的接触压强与实际使用场景中的平板结构的扣件垫板与轨枕的接触压强相等，之后进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样；

材料磨损性能评定过程，根据所述第一磨损扣件垫板试样以及所述第一磨损轨枕试样的损耗质量，和/或所述第一磨损扣件垫板试样以及所述第一磨损轨枕试样的磨损深度，对所述扣件垫板试样的材料对所述轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，得到材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样；

设计结构摩擦试验过程，利用所述轨枕试样以及至少一个所述材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样组成第二摩擦副，利用所述销盘式摩擦磨损试验机装载所述第二摩擦副并对所述第二摩擦副施加第二压力，使得所述扣件垫板试样与所述轨枕试样的接触压强与实际使用场景中设计扣件垫板结构与轨枕的接触压强相等，之后继续进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样；以及，

设计结构磨损性能评定过程，根据所述第二磨损扣件垫板试样以及所述第二磨损轨枕试样的损耗质量，和/或所述第二磨损扣件垫板试样以及所述第二磨损轨枕试样的磨损深度，对所述扣件垫板试样的结构对所述轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断，得到满足磨损性能要求的设计扣件垫板结构；

其中，所述轨枕试样与实际轨枕的材料相同。

2.根据权利要求1所述的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，还包括，

根据在实际使用场景中所述设计扣件垫板结构与轨枕的接触几何特征，计算得到所述第二压力。

3.根据权利要求1所述的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，所述材料摩擦试验过程包括：

第一垫板摩擦试验过程，利用所述销盘式摩擦磨损试验机带动所述扣件垫板试样以预设转速相对于所述轨枕试样旋转第一预设次数得到所述第一磨损扣件垫板试样；以及，

第一轨枕摩擦试验过程，继续利用所述销盘式摩擦磨损试验机带动所述第一磨损扣件垫板试样以所述预设转速相对于所述轨枕试样旋转第二预设次数得到所述第一磨损轨枕试样；

所述设计结构摩擦试验过程包括：

第二垫板摩擦试验过程，利用所述销盘式摩擦磨损试验机带动所述材料满足磨损性能要求的扣件垫板试样以所述预设转速相对于所述轨枕试样旋转所述第一预设次数得到所述第二磨损扣件垫板试样；

第二轨枕摩擦试验过程，继续利用所述销盘式摩擦磨损试验机带动所述第二磨损扣件垫板试样以所述预设转速相对于所述轨枕试样旋转第二预设次数得到所述第二磨损轨枕试样。

4.根据权利要求3所述的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，

在所述第一垫板摩擦试验过程以及所述第二垫板摩擦试验过程中，所述扣件垫板试样与所述轨枕试样的接触面为干摩擦状态环境；

在所述第一轨枕摩擦试验过程以及所述第二轨枕摩擦试验过程，所述扣件垫板试样与所述轨枕试样的接触面为水冷环境。

5.根据权利要求3所述的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，

在所述进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样，以及所述继续进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的过程中，根据下方固定盘承受的扭矩以及旋转半径，计算得到相应扣件垫板试样与所述轨枕试样之间的相应摩擦力，并根据所述相应摩擦力以及相应压力得到所述相应扣件垫板试样与所述轨枕试样之间的相应摩擦系数；

所述材料磨损性能评定过程进一步包括，

根据所述相应摩擦系数以及预设的摩擦系数阈值对所述扣件垫板试样的材料对所述轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断；

所述设计结构磨损性能评定过程进一步包括，

根据所述相应摩擦系数以及预设的摩擦系数阈值对所述扣件垫板试样的结构对所述轨枕试样的磨损性能是否满足要求进行判断。

6.根据权利要求1所述的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，在所述进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样，以及所述继续进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样的过程中，对所述扣件垫板试样进行温度监控，若所述扣件垫板试样的温度不低于预设的第一温度阈值，则停止相应旋转摩擦试验，待所述扣件垫板试样的温度降低至不高于预设的第二温度阈值时，再继续所述相应旋转摩擦试验。

7.根据权利要求1所述的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，还包括，

试样制备过程，利用与所述实际轨枕相同的混凝土配合比和钢筋配置制备得到与所述实际轨枕强度相同的所述轨枕试样。

8.根据权利要求1所述的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，

所述第一摩擦副以及所述第二摩擦副分别包括多个所述扣件垫板试样，利用所述销盘式摩擦磨损试验机装载所述第一摩擦副或者所述第二摩擦副后，每个所述扣件垫板试样能够沿相同的轨迹相对于所述轨枕试样进行旋转摩擦运动。

9.根据权利要求8所述的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，利用所述销盘式摩擦磨损试验机装载所述第一摩擦副或者所述第二摩擦副后，所述扣件垫板试样的中心点能够相对于所述轨枕试样进行旋转半径不大于第一预设半径并且不小于第二预设半径的旋转摩擦运动。

10.根据权利要求1所述的铁路扣件垫板材料及结构分别对轨枕的磨损性能评定方法，其特征在于，所述进行旋转摩擦试验得到第一磨损扣件垫板试样以及第一磨损轨枕试样过程，以及所述继续进行旋转摩擦试验得到第二磨损扣件垫板试样以及第二磨损轨枕试样过程中的旋转速度可调整。