敬 霖,韩亮亮,周彭滔

(西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川 成都 610031)

车轴是铁路机车、车辆走行部轮轴系统的重要组成部分，主要承受旋转弯曲载荷和扭转载荷作用。高速列车运行过程中，轨道上的道砟容易被卷起导致车轴轴身表面的冲击损伤，尤其是在雪季、隧道中和隧道重修后车轴可能遭受轨道之间的离散道砟和道床上的堆积道砟或其他尖锐硬物的撞击损伤[1-2]。这些损伤不断积累和演化，可能导致车轴上疲劳裂纹的萌生和扩展，从而给列车的运行安全带来极大的隐患，严重时会造成车轴的疲劳断裂(冷切轴断裂)导致灾难性的重大倾覆事故[3-4]。

目前，大多研究主要集中在铁路车轴的疲劳强度、裂纹检测及扩展寿命等方面[2-6]，而针对车轴撞击损伤的研究较少。但是，铁路车轴抵抗撞击载荷的能力却是车轴早期设计中的一个主要考虑因素。由于当时还没有计及动态行为的车轴设计理论基础，一些铁路公司制定了自己的车轴撞击实验方法，最常用的方法是简支车轴跨中位置的落锤冲击实验[7]。Andrews[8]于1879年汇总了1870～1879年间的铸铁车轴撞击实验结果，实验中落锤的质量介于816.48～1 074.58 kg之间，下落高度位于5.334～9.144 m之间，冲击能量介于46.4～91.1 k J之间。McQuaid等[7]基于Andrews整理的车轴撞击实验结果[8]，将车轴简化为等截面的简支梁，给出了撞击载荷下车轴的最大残余变形的理论预测公式。然而，铁路车轴在服役过程中更容易遭受道砟等外物的撞击作用而产生撞击损伤，这些损伤与车轴材料的疲劳损伤、固有缺陷以及恶劣服役环境等因素相互耦合，势必会加剧裂纹的萌生和扩展。……