地铁扣件e型弹条受载特征分析

为了科学探究地铁扣件e型弹条真实受载情况下的受载特征,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型,结合金属材料塑性变形和断裂机理研究中的应力状态参数概念,计算分析正常安装状态与共振状态下弹条的断裂危险位置和断裂类型.研究结果表明:弹条现场断裂位置普遍出现在小圆弧与中肢连接处,弹条在正常安装状态下其等效应力最大...     

扣件DI弹条非正常部位断裂原因分析及结构优化

通过对DI弹条非正常部位断裂的研究,发现扣件安装时弹条与铁垫板安装孔发生接触,致使弹条在中肢与尾部圆弧过渡区域产生应力集中,发生早期疲劳断裂。本文在研究弹条结构及安装方式的基础上,在弹条的中肢与尾部圆弧过渡区域引入"凹面"结构,对弹条进行结构优化,并通过扣压力和疲劳性能检测、实验室疲劳断裂检验、现场试铺检验等对带有优化"凹面"结构的DI弹条性能进行检测。结果表明:优化后的弹条扣压力和疲劳性能均合格,且能有效抑制因接触产生的非正常部位断裂,提高弹条性能。     

地铁扣件DI弹条安装受力分析及工艺优化改进研究

为了整治地铁扣件DI弹条扣压力不足、疲劳断裂、锈蚀等病害,通过建立DI弹条扣件系统有限元模型进行安装状态受力特性分析,同时对弹条生产的原材料、工艺参数、表面处理方式等进行优化改进,最后对采用新工艺生产的DI弹条进行扣压力、疲劳试验和盐雾试验,验证了优化措施的有效性。研究结果表明:弹程为10. 5 mm时,弹条最大等效应力值为1 400 MPa,发生在弹条后拱小圆弧内侧,此区域为弹条关键受力区;相比60Si2Mn,采用60Si2MnA弹簧钢为原材料的弹条扣压力从8. 17 k N提高至8. 79 k N,疲劳次数从503万次提高至541万次。最优的弹条生产工艺参数为:加热温度应为930～1 020℃,淬火温度应≥830℃,淬火介质应为32号机油,淬火介质温度应为60℃±20℃,回火设备应为网带式连续回火炉,回火温度为500～550℃。弹条表面经多元合金共渗处理后的综合性能最好。     

弹条偏转和扣件松动对弹条扣压力的影响

为了研究螺栓松动、弹条偏转对弹条扣压力的影响,以应用于高速铁路的Vossloh300-1型扣件系统为研究对象,建立扣件系统完整有限元模型,通过扣压力与弹条弹程曲线的实验值和仿真值,验证扣件系统有限元模型的有效性;在此基础上建立不同损伤工况的螺栓松动、弹条偏转的模型,重点研究弹条安装过程中螺栓松动、弹条偏转两种工况对弹条扣压力的影响。结果表明:螺栓松动、弹条偏转会造成弹条扣压力不足,同时加剧螺栓应力波动。安装过程中若出现这些失效工况,将严重影响扣件系统正常工作,研究结果为300-1型扣件系统弹条安装及后续研究提供思路和参考。     

地铁弹条Ⅱ型分开式扣件力学特性研究

为完善优化地铁扣件的设计理论,针对弹条Ⅱ型分开式扣件的伤损特性,参考深圳地铁一期采用的WJ-3弹条Ⅱ型分开式扣件的结构形式,简化建立扣件系统静力学模型。基于有限单元法,计算分析弹性模量对扣压力的影响以及列车横向力、列车荷载作用下的垂向振动、压紧位移对弹条内部应力分布的影响。结果表明:压紧位移对弹条中的应力分布和最大应力的影响更为显著,当压紧位移超过10 mm时,弹条后肢弯位置可能折断。依据计算结果得出3种荷载下的弹条应力分布规律,同时从弹条强度出发,初步提出弹条的预压缩量和压紧位移限值,预压缩量不超过5 mm,压紧位移应小于9 mm。     

WJ-7型无砟轨道扣件弹条强度分析

为了分析WJ-7型扣件弹条成型后的强度和工作时的受力状态,首先通过拉伸试验得到成型后弹条材料的抗拉强度;然后采用MIDAS有限元软件进行数值模拟,得到弹条在不同扣压力下的等效应力分布规律;最后通过应变电测方法,得到弹条在不同扣压力下各测点的等效应力。结果表明:不同扣压力作用下弹条最大等效应力均在弹条跟端位置,且在扣压力为12 k N时弹条跟端等效应力超过弹条的抗拉强度,但由于预压和抛丸工艺对弹条表面的强化作用,不会导致弹条失效。     

60Si2Mn材质弹条疲劳断裂原因分析

通过对城市轨道交通钢轨扣件中60Si2Mn弹条在现场实际使用过程中发生断裂现象的理论定性和有限元定量分析研究,确定了影响弹条断裂的原因。通过研究60Si2Mn弹条在钢轨扣件中的受力情况可知,其最大等效应力集中点与弹条现场使用实际破坏点相吻合,这是弹条断裂的主要原因之一,而弹条长期处于强度极限条件下工作,最终发生疲劳破坏,为弹条断裂的根本原因。经过现场对比试验,提出了相应的优化措施和60Si2Mn弹条在设计和维修养护过程中应把控的关键点。     

Ⅲ型弹条断裂原因分析

针对一地铁线DT-Ⅲ型扣件弹条断裂情况进行统计和分析,发现弹条断裂主要集中在曲线地段钢轨波磨处。利用有限元方法建立数值模型,分析了弹条安装状态下的模态特征,对弹条在实际工作状态下的振动特性进行了测试分析,并与现场动力学试验结果进行了对比。研究结果表明,当轮轨力激励频率与弹条固有频率接近或一致时,将会引起弹条的共振效应,从而导致弹条断裂。     

高速铁路减振型无砟轨道扣件弹条疲劳损伤差异性研究

为研究高速铁路减振型无砟轨道扣件弹条疲劳损伤的差异性,以减振型双块式无砟轨道为例,建立车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算168块单元式道床板板端、板中与板尾扣件弹条的疲劳损伤,并对其进行概率统计分析。结论为:(1)板端扣件弹条最大应力较板中扣件增加12 MPa,弹条最小应力较板中扣件减小6 MPa;(2)弹条应力循环中存在两个幅值较大的循环、两个幅值中等的循环和数量较大而幅值较小的循环,板端错台使得板端扣件弹条大循环的应力幅值较板中扣件增加18%,除此之外,还增加一些幅值在10～40 MPa的应力循环;(3)板中扣件弹条疲劳损伤平均值为1.3×10~(-8),板端扣件弹条疲劳损伤平均值为2.0×10~(-7),约为板中扣件的15.4倍,板尾扣件弹条疲劳损伤平均值为4.3×10~(-8),约为板中扣件的3.3倍,需采取措施减小板端、板中和板尾扣件弹条疲劳损伤的差异性。     

地铁轨道刚度变化处的e型弹条应力变化研究

为了确定地铁e型弹条在轨道刚度突变处应力的变化情况,分别建立了浮置板轨道和普通整体道床轨道刚度突变有限元模型和三维弹条有限元模型,采用数值模拟的方法,求解得到所有72种工况下弹条的最大应力值及位置,并总结得出e型弹条在轨道刚度突变处的应力变化规律。结果表明：应力最大位置总是发生在弹条后拱内侧;轮轨冲击作用和钢轨的折弯变形均会影响弹条应力大小;建议当列车从浮置板轨道行驶至普通轨道时,两段轨道的位移差应控制在2 mm以内;反向行驶时位移差应控制在3 mm以内。     

基于弹条与T型螺栓受力安全的WJ-7型扣件安装扭矩最大限值分析

为了合理确定高速铁路无砟轨道WJ-7型扣件安装扭矩最大限值,建立高速车辆-轨道耦合动力学模型,计算分析钢轨垂向动位移变化特征,进而构建WJ-7型扣件系统有限元模型.以钢轨位移和扣件安装扭矩最大限值为输入荷载,分析扣件安装扭矩对弹条及T型螺栓应力状态的影响,提出扣件安装扭矩最大限值的取值建议.结果表明:WJ-7型扣件弹条...     

基于Ⅱ型弹条的小半径曲线扣件设计研究

通过对既有普通线路小半径曲线扣件系统存在的弹条扣压力衰减快、轨距块断裂、垫板裂化等问题展开小半径曲线用扣件系统优化研究。在II型扣件系统基础上,增设12 mm厚铁垫板和4 mm厚的尼龙垫片,将挡板座与铁垫板一体化设计,共同承担钢轨传来的横向力,改进后的扣件系统与Ⅲa型轨枕配套使用,轨距调整量可达18mm,满足小半径曲线轨距加宽15 mm的使用要求。并用有限元软件计算弹条采用不同半径时的各项技术指标,结果表明:弹条直径选用14 mm时,扣压力较大,最大等效应力和弹程适当,各项性能最优。将设计优化后的扣件系统在某编组站溜放线进行试装,接近1年的使用表明该扣件系统应用状况良好,未出现弹条松动、轨距扩大现象,Ⅲa型轨枕的病害也大大减少。     

高速铁路钢轨波磨对弹条疲劳寿命的影响

为研究高速铁路钢轨波磨对扣件弹条寿命的影响，建立了车辆-轨道耦合动力学模型、扣件弹条瞬态有限元模型、扣件弹条疲劳寿命预测模型，仿真计算了列车高速通过波磨波长60～160 mm、波深20～160μm的钢轨波磨区段时扣件弹条的动态响应及疲劳寿命。结果表明：列车通过波磨钢轨时，钢轨对扣件的作用力及钢轨垂向位移变化曲线均发生明显的高频波动，其波动频率与钢轨波磨引起的激励频率一致，导致弹条动应力大幅增加；当波磨波深相同、波长在80 mm和130 mm时，波磨通过频率与扣件弹条固有频率接近，从而产生共振，导致扣件弹条动应力明显增大而疲劳寿命明显降低；同一波长下，随着波磨波深增加，扣件弹条动态响应加剧，疲劳寿命大幅降低。     

高速铁路用WJ-8型扣件弹条模态特征试验研究

高速铁路无砟轨道在钢轨波浪形磨耗或车轮多边形磨耗等影响下扣件产生共振导致弹条断裂的情况时有发生。WJ-8型扣件是我国高速铁路无砟轨道结构常用扣件,为了分析其弹条断裂损伤机理,采用锤击激励法对扣件弹条的模态特征进行了试验研究。结果表明:标准安装状态下WJ-8型扣件配套使用的W1型弹条在0～1 000 Hz频率范围内具有2阶模态,第1阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点反对称外翻振动,两侧肢的振动方向相反,第2阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点对称外翻振动,两侧肢的振动方向相同;弹条固有频率波动与安装状态有关,可通过调整弹条安装状态,避免弹条在轮轨的高频激励下产生共振,从而减轻弹条伤损。     

地下线及高架线通用无螺栓e型弹条的研制

根据地铁扣件弹条的技术应用及发展趋势,以国内应用成熟的两种无螺栓e型弹条为基础,采用有限元分析方法,设计一种可同时用于地铁工程地下线及高架线的16无螺栓e型小阻力弹条。结果表明,不仅可减少地铁工程的扣件设备类型,而且弹条的材料用量及最大应力水平比现有产品均有所降低。目前该弹条已进行试制,并通过500万次疲劳试验的检验。     

基于Ⅲ型弹条的新型地铁扣件设计研究

基于弹条Ⅲ型弹性分开式扣件设计了一种新型地铁扣件,从主要参数及结构设计方面将其与弹条Ⅲ型扣件作了较全面的对比,并对新型扣件系统的主要部件——铁垫板及螺栓的受力与变形进行了分析。新型扣件的设计关键点为:优化了铁垫板设计,增加其宽度和厚度,改善了传力性能;增大了螺栓孔处圆角半径,且在边缘设置小段切线;将挡肩与铁垫板下部连接处的直角连接改为圆弧过渡连接,并增设圆弧过渡区,减缓了突变处的应力集中,使得在最不利荷载作用下铁垫板的强度能够满足使用要求,有足够强度富余且其横向和垂向位移很小;减小螺杆长度,增大螺纹段的长度,使其在60 k N抗拔力和30 k N横向力荷载分别作用和共同作用下的受力更加合理,螺栓强度与套管强度均能满足使用要求,强度得到充分利用。新型扣件系统结构在使用寿命、养护维修方面具有一定优越性。     

基于Ⅲ型弹条的新型地铁扣件设计研究北大核心

基于弹条Ⅲ型弹性分开式扣件设计了一种新型地铁扣件,从主要参数及结构设计方面将其与弹条Ⅲ型扣件作了较全面的对比,并对新型扣件系统的主要部件——铁垫板及螺栓的受力与变形进行了分析。新型扣件的设计关键点为:优化了铁垫板设计,增加其宽度和厚度,改善了传力性能;增大了螺栓孔处圆角半径,且在边缘设置小段切线;将挡肩与铁垫板下部连接处的直角连接改为圆弧过渡连接,并增设圆弧过渡区,减缓了突变处的应力集中,使得在最不利荷载作用下铁垫板的强度能够满足使用要求,有足够强度富余且其横向和垂向位移很小;减小螺杆长度,增大螺纹段的长度,使其在60 k N抗拔力和30 k N横向力荷载分别作用和共同作用下的受力更加合理,螺栓强度与套管强度均能满足使用要求,强度得到充分利用。新型扣件系统结构在使用寿命、养护维修方面具有一定优越性。     

基于模态分析的扣件弹条扣压力测试方法

为了提出一种方便高效的扣件弹条服役状态下扣压力的测试方法,首先建立扣件系统精细化的三维实体有限元模型,分析得到扣件弹条扣压力与其固有频率的对应关系,进而提出通过测试弹条工作振动模态从而推测出弹条扣压力的间接测试方法。研究结果表明:扣件弹条扣压力与弹程基本呈线性关系,其对应关系不随轨下胶垫刚度变化而改变,就Ⅲ型弹条而言,其扣压力同弹程之比约为1. 0 kN/mm;服役状态下弹条第1阶固有频率随扣压力变化近似呈线性变化,根据Ⅲ型弹条正常服役状态设计要求以及考虑最大残余变形的安全扣压力,可得在有效扣压力范围内弹条对应的第1阶固有频率为800～1 040 Hz;通过测试服役状态下扣件弹条工作模态频率,即可间接得到服役状态下扣件弹条的实际扣压力,为辨别扣件是否失效提供科学依据和有效便捷的测试方法。     

高速铁路扣件系统弹条疲劳性能研究

高速铁路扣件长期在动载作用下工作,为保证其正常使用,对扣件系统中的弹条进行疲劳性能研究是非常有必要的。本文通过考虑弹条与扣件系统其他部分之间的接触作用,对X2型弹条在不同扣压力作用下的静力及疲劳性能进行了研究,获得了弹条在不同扣压力下的应力特征,重点研究了疲劳荷载作用下弹条的疲劳寿命及疲劳破坏危险点位置。考虑钢轨横向力的作用,计算分析了考虑水平力作用下的弹条疲劳寿命,并对荷载频率对弹条性能的影响进行了讨论。     

弹条Ⅱ型扣件组装配置方式分析

《弹条Ⅱ型扣件第1部分:组装与配置》(TB/T 3065.1—2002)对60 kg/m钢轨配套Ⅲa型轨枕时不同轨距下弹条Ⅱ型扣件组装配置方式有详细规定,但未规定其他工况如60 kg/m钢轨配套Ⅱ型轨枕、75 kg/m钢轨配套Ⅱ型轨枕、75 kg/m钢轨配套Ⅲa型轨枕等条件下弹条Ⅱ型扣件的组装配置方式。本文对影响轨距的轨枕形式、钢轨尺寸、轨底坡等关键因素进行了分析,通过计算得出了60 kg/m钢轨配套Ⅱ型枕、Ⅲa型枕和新Ⅱ型枕时不同轨距下弹条Ⅱ型扣件的组装配置方式,以及75 kg/m钢轨配套Ⅱ型枕、Ⅲa型枕和新Ⅱ型枕时不同轨距下弹条Ⅱ型扣件的组装配置方式,并对TB/T 3065.1—2002中弹条Ⅱ型扣件轨距挡板和挡板座配置表中轨距调整量-2 mm时的配置方式提出了修改建议。