60kg／m钢轨12号固定辙叉无缝道岔铺设的理论计算分析

利用当量阻力计算理论,分析计算了目前使用的６０ｋｇ／ｍ钢轨、１２号固定辙叉无缝道岔在不同铺设条件下的里轨伸缩位移、基本轨附加温度力、尖轨尖端位移、限位器螺栓剪力等,为该类型提速道岔在跨区间无缝线路的铺设和养护维修提供一些理论依据。     

道岔区轮轨系统空间耦合振动模型及其应用

基于道岔结构主要特点，并将其理想化，建立了道岔区内轮轨相互作用的空间耦合振动模型，以我国１２号提速道岔为例，分析了可动心轨式道岔与固定辙叉式道岔动力性能的差别，探讨了客货车对可动心轨道岔的适应性以及尖轨冲击角对轮轨间横向动力作用的影响。     

不同结构无缝道岔的纵向力传递机理

分析、比较了固定辙叉、长翼轨可动心轨和短翼轨可动心轨3种辙叉型式、限位器及间隔铁2种辙跟型式的无缝道岔纵向力传递机理及其对无缝道岔各部件受力和变形的影响．研究表明，辙叉采用长翼轨可动心轨、辙跟采用限位器是一种较合理的无缝道岔结构．     

线路爬行对无缝道岔受力与变形的影响分析

无缝道岔辙叉及辙跟结构不同，则纵向力的传递机理不同，致使不同结构的无缝道岔受力与变形规律不同。分析比较了固定辙叉、长翼轨可动心轨、短翼轨可动心轨三种辙叉型式、限位器及间隔铁两种辙跟型式的无缝道岔纵向力传递机理及无缝道岔各部件受力及变形的影响。分析结果表明：提高线路阻力，控制无缝道岔前后线路的爬行量，有利于提高无缝道岔的铺设轨温范围。     

无缝道岔温度力及变形的有限元分析

本文建立了无缝道岔有限元分析模型.该模型考虑了各种阻力的非线性特性,以12#固定辙叉式无缝道岔为例,经过编程计算,得到了在不同轨温时,道岔上各钢轨的位移和纵向力;并讨论了扣件阻力、间隔铁阻力和道床阻力对钢轨位移的影响,计算发现三者对无缝道岔稳定性影响较大,并且均应取较大值对钢轨稳定性更为有利.通过与相关文献的对比,证实了本文结果的正确性.     

提速道岔辙叉翼轨的加高值方案优化

为研究固定辙叉结构不平顺对列车过岔动力特性的影响,基于岔区轮轨系统动力学及轮轨接触关系理论,以12号提速道岔固定辙叉为例,分别建立了翼轨不同加高设计方案下的辙叉模型以及CRH2型车车辆模型,在此基础上,深入分析了翼轨加高设计对列车过岔动力特性、过岔速度以及行车平稳性的影响规律. 结果表明:列车过岔时,随着翼轨向外弯折,其轮轨接触区域开始外移,并由此造成辙叉区轮对质心垂向位置的降低;通过设置合理的翼轨加高值,可有效降低辙叉区轨道的竖向结构不平顺,进而抑制轮对质心垂向位置的降低,提高列车过岔的平稳性及旅客乘车舒适度;固定辙叉翼轨加高设计,可有效改善列车直向过岔动力特性,但对侧向过岔效果有限;当加高值设置为3 mm时,翼轨加高优化的效果最佳,与无加高设计相比,加高后列车直向过岔第一轮对横向和垂向轮轨力最大幅值分别降低了45.8%和30.3%,车体横向及垂向加速度则分别降低了42.2%和26.1%;随着列车运行速度的提高,过岔时的轮轨动力响应也开始逐渐加剧,合理的翼轨加高设计将有利于提高列车的过岔速度. 研究成果可为我国铁路线路道岔固定辙叉的结构优化设计提供理论参考.      

固定辙叉心轨轨顶降低值优化

为合理选取固定辙叉心轨轨顶降低值,基于车轮踏面在翼轨和心轨间过渡时的轮轨接触几何关系和动力相互作用,提出了心轨关键断面降低值的选取及评价方法.以LMA型车轮踏面列车直逆向通过60 kg/m钢轨12号固定辙叉式道岔为例,用该方法对心轨轨顶降低值进行了优化.结果表明:心轨关键断面降低值的确定,在满足固定辙叉区轮载过渡的安全性和心轨承载断面强度要求的同时,应提高列车运行的稳定性;断面降低值越小,产生的轮轨相互作用越小,有利于提高行车性能,但需考虑此时轮轨作用位置是否超出心轨结构承载能力范围;60 kg/m钢轨12号固定辙叉心轨顶宽20和50 mm断面处,可分别取3和0 mm降低值作为优选方案.      

无碴道岔轨道刚度分布规律及均匀化

为了揭示道岔铺设在无碴轨道上的刚度分布规律,建立了道岔轨道刚度有限元计算模型.模型中考虑了钢轨抗弯刚度、扣件刚度、基础刚度、滑床台、护轨及间隔铁等因素的影响.以12号提速道岔为例,计算了道岔铺设在无碴轨道上的整体刚度.结果表明：轨道刚度在纵向和横向都存在严重不平顺,里轨与基本轨的整体刚度比最大约为2.418,里轨整体刚度纵向变化率最大约为242%.此外,为了消除道岔铺设在无碴轨道上的刚度不平顺,运用所建立的模型,探讨了均匀道岔轨道刚度分布的扣件刚度设置方式.     

不同磨耗阶段货车车轮与固定辙叉的接触分析

针对重载铁路固定辙叉心轨磨耗严重问题,且不同车轮型面对其影响不同,对一个镟修周期内的重载货车车轮进行跟踪测试,选出5条有代表性的车轮型面,应用其与标准75 kg/m钢轨12号道岔距离理论尖端360与480 mm位置处的固定辙叉型面建立轮叉弹塑性接触有限元模型,计算分析轮叉之间的接触斑与等效应力情况,得出不同车轮型面通过固定辙叉的过渡位置不同,随着车轮的磨耗,轮叉之间的等效应力逐渐增大,且均超过了材料的屈服极限,使车轮与辙叉进入塑性变形阶段.     

侧向过岔护轨横向冲击力模拟计算

利用轮缘槽和动态轮轨间隙量,给出了计算道岔护轨横冲击力的方法,在车辆－道岔空间耦合振动模型的基础上,模拟计算出了车辆侧向通过１２号单开提速道岔时护轨的冲击力响应情况。     

铺设锁定轨温差对无缝道岔受力与变形的影响

为了更好地指导无缝道岔的设计、施工和维护，探讨了不同线路间存在铺设锁定轨温差时，铺设锁定轨温差对无缝道岔受力和变形的影响以及与道岔联结型式、道岔号码、辙叉型式和道床纵向阻力的关系．结果表明，当无缝道岔与相邻线路或相邻道岔间存在铺设锁定轨温差时，传递至无缝道岔上的纵向力增大，导致无缝道岔受力与变形增大．     

高速铁路道岔尖轨不足位移控制方法

为模拟运营条件下高速铁路道岔转辙器的转换过程，根据高速铁路道岔转辙器的转换特点，在道岔生产车间内建立了客专线18号道岔转辙器转换原型试验平台，采用轴销式称重传感器测量转辙器扳动力，以直、曲尖轨支距实际值与理论值之差为尖轨不足位移；通过转辙器转换试验探索了尖轨预弯、尖轨可动段长度、尖轨固定端扣件支距、滑床板摩擦因数、辊轮高度等因素对尖轨不足位移的影响机制和特征。试验结果表明:现有设计尖轨预弯可使尖轨不足位移下降30%以上；缩短尖轨可动段长度可减小尖轨不足位移，但同时会减小转辙器最小轮缘槽宽，并增大第3牵引点扳动力，尖轨最小轮缘槽宽和最后一个牵引点扳动力是缩短尖轨可动段长度的控制因素；小范围调整固定端所有扣件支距后，尖轨不足位移变化较小，仅减小固定端第1组扣件支距时，尖轨靠近固定端1.2 m范围内不足位移略有降低，其余部分不足位移变化较小；在滑床板上安装辊轮或涂覆润滑剂等减小尖轨与滑床板摩擦因数的措施可有效降低尖轨扳动力和不足位移，实施减摩措施后，扳动力减幅约为30%，不足位移减幅超过20%；改变辊轮高度对尖轨不足位移的影响并不明显，但辊轮高度不宜过低，以防转换过程中辊轮失效导致扳动力和不足位移激增。研究结果可为高速铁路道岔转辙器结构优化和新一代400 km·h-1高速铁路道岔的研发提供参考。      

列车在道岔中的运行稳定性分析

考虑道岔结构引起的竖向与横向不平顺以及轮轨接触关系的变化,将道岔区内轮轨系统空间耦合振动分析模型进一步完善。该模型用以模拟列车经过道岔时的蛇行运动,并分析了列车的平稳性与安全性。     

Occasional Forces and Displacements of Longitudinally Coupled Ballastless Jointless Turnout on Bridges

For the longitudinally coupled ballastless turnout on Leida bridge on Wuhan-Guangzhou passenger dedicated line (PDL) in China, a turnout (cross over)-track slab-bridge deck-pier integrated finite element model was established, in which two No.18 jointless turnouts with movable frogs in form of crossover, longitudinally coupled ballastless track, bridges and piers were regarded as one system. Based on this model, the additional forces and displacement regularities of turnouts, track slab, bridges and piers u...     

6号对称道岔区防脱轨装置的作用机理

为防止6号对称道岔脱轨事故发生,阐述了迎轮护轨和新型防脱轨装置的结构特征及工作原理,并建立了车辆-道岔动力学模型,分析了迎轮护轨和防脱轨装置对道岔区动力学响应的影响规律.研究结果表明:迎轮护轨和新型防脱装置均可明显有效约束轮对通过道岔时的横移量,改变轮对运动轨迹,分别使轮缘在距尖轨尖端0.493 m和0.705 m处接...     

连续梁桥上无缝道岔伸缩力与位移计算

将钢轨和梁体视为杆单元,轨枕视为梁单元,扣件阻力、道床阻力和桥墩刚度视为弹簧单元,建立了计算连续梁桥上无缝道岔伸缩力与位移的有限元力学模型,根据变分原理和“对号入座”法则建立了模型求解的非线性方程组,分析了道岔设计参数对桥上无缝道岔伸缩力和位移的影响。研究结果表明:伸缩调节器布置在道岔的后端,连续梁固定墩的纵向力可降低43.2%;增加连续梁固定墩纵向刚度有利于减小钢轨位移;连续梁固定支座的位置对系统的受力与变形有双重影响,实际设计时应综合考虑。     

铁道车辆通过辙叉时的垂向动力模拟计算

在车辆－轨道垂向系统统一模型的基础上，提出铁道车辆－辙叉相互模型。对道岔结构作一定的简化处理，针对道岔垂向几何不平顺，运用轮轨系统耦合动力学理论，模拟计算得到车辆通过道岔辙叉时的轮轨冲击力以及车体、辙叉、岔枕和道床等振动响应。模拟结果显示：辙叉叉心处的不平顺空间，是直接影响轮轨冲击力的部位，它可以引起较大的轮轨冲击力，并引起车辆与轨下基础结构振动。     

基于统一公式的无缝道岔稳定性分析

基于普通无缝线路稳定性分析的统一公式，探讨了无缝道岔转辙器稳定性的计算方法．以秦沈客运专线18号道岔为例，分析了安全系数与波长、原始塑性变形矢度及容许变形矢度的关系，并给出了全焊情况下无缝道岔稳定性的简化计算公式．分析表明，无缝道岔辙跟处是发生失稳的薄弱部位，建议取原始弹塑性弯曲矢度2mm，容许变形矢度1mm作为无缝道岔稳定性的检算条件．