轮轨摩擦副在列车车辆行驶过程中起着导向、牵引、制动等作用,是铁路系统中极其重要的摩擦副。当代高速、重载列车的快速发展,为轮轨摩擦的研究带来了新的机遇和挑战。由于轮轨摩擦机理是一个十分复杂的过程,在列车行驶过程中温度、载荷、速度的变化会直接影响到轮轨材料组织性能,进而引起轮轨摩擦系数的改变,可能造成列车运行安全隐患,所以开展温度、载荷、速度与轮轨钢摩擦系数的关系研究就显得尤为重要。本文先是总结分析了其他学者的相关研究成果,得到了轮轨材料和摩擦系数受温度、载荷、速度的影响下的变化规律,特别是总结推导了温度与摩擦系数关系的理论公式计算,并设计了实验台和实验方案来验证理论公式的可靠性与合理性。最终得到如下的研究成果:(1)通过借鉴汇总李龙、Popov等人研究成果,发现摩擦系数随温度的变化比较复杂,大体上有三个阶段,分别为低温阶段的上升期(25℃~300℃),中高温阶段的急速下降期(300℃~700℃),高温阶段的缓慢下降期(700℃~925℃)。(2)温度对轮轨钢摩擦系数影响的实验结果表明,在数值上实验结果与理论估算结果相差不大,实验结果的数值稍微有点偏高。但是温度低于400℃时,实验结果和理论结果的变化规律不尽相同。理论估算的最大值出现在300℃左右,而实验结果却出现两个极大值。摩擦系数出现转折的温度点是400℃,温度高于400℃后,理论估算和实验结果的变化规律是一致的,都呈下降的趋势。(3)在100℃~400℃这一温度范围内,随着温度的升高摩擦系数的变化过程经历一个特殊的阶段,当实验的温度加热到200℃时,摩擦盘和摩擦销就开始变蓝,随着温度的继续增加,颜色开始变深,这种情况一直持续到400℃,这种现象也叫做轮轨钢材料(珠光体钢)的蓝脆现象。正是由于这种蓝脆现象使得摩擦系数的变化规律有所不同,蓝脆现象使得材料的硬度和抗拉强度有所升高,使得材料的脆性降低,再加上载荷与速度的冲击,使得摩擦系数在这一温度范围的变化规律有别于理论估算的结果。(4)滑动速度对轮轨钢摩擦系数影响的实验结果表明,随着滑动速度的增加,轮轨钢的摩擦系数是呈现逐渐降低的趋势,但是由于目前对滑动速度的工作量较小,并没有出现别的变化趋势,这也是下一步实验研究的一个方向。(5)载荷对轮轨钢摩擦系数影响的实验结果表明,随着载荷的增加,在不同的温度下,轮轨钢摩擦系数的变化趋势略有不同,但是大多数情况下摩擦系数是随载荷的增加而逐渐降低的,尤其是载荷由250 N(接触应力为8.84 MPa)升高到300 N(接触应力为8.84 MPa)时,摩擦系数都是降低的。当然有个别的情况下表现不同,如在200℃这个温度条件下,摩擦系数随着载荷的增加是呈现先降低再升高后降低的趋势,在载荷为200 N(接触应力为8.84 MPa)处取得极小值,而200℃正好也是蓝脆现象的开始,也能反映出蓝脆现象对摩擦系数的影响。(6)摩擦必伴随着磨损消耗,从多次的实验结果来看,在温度低于600℃时,摩擦磨损损耗不大,损耗主要发生在摩擦阶段的磨粒磨损阶段。但温度高于600℃时,便会出现渗碳现象,摩擦磨损损耗加剧,且摩擦平稳状态持续时间不长。