冲击式人工捣固装置对有砟道床作用效应及质量状态影响研究

人工捣固作业是实现小区段线路日常养护维修的重要方式之一,可有效改善轨道几何形位、缓和线路不平顺、保证列车运行安全性。然而目前人工捣固装置进行养护维修作业主要依赖现场工人的工程实践经验,缺乏相关理论研究。为研究有砟道床人工捣固装置作业工作机理,借助离散元素法(DEM)-多体动力学(MBD)耦合方法,建立人工捣固装置-轨枕-有砟道床耦合仿真模型,并在现场开展人工捣固作业前后横向阻力试验,验证了模型的可靠性,分析人工捣固作业对道砟颗粒接触力及道床密实度的影响。结果表明：人工捣固作业会使道床横向阻力降低19.51%,道床横向稳定性减弱;捣入阶段会使道砟间接触力分布发生明显变化,其中,水平平面接触力分布由近似圆形向椭圆形变化分布,纵向平面接触力则由半圆形向花束形变化分布,颗粒间接触关系不断变化,逐步建立新的稳定传递关系;捣固作业会使道砟颗粒受迫运动,使枕盒及砟肩处密实度降低。因此,在人工进行捣固作业后应及时补填枕盒处道砟颗粒,并对砟肩处道砟进行拍实。     

三枕捣固装置激扰下有砟轨道振动传递及衰减特性试验研究

大机非稳态捣固作业是新建铁路开通运营前的必备工序,目前尚无研究涉及三枕捣固装置激扰下有砟轨道的振动传递特性。针对此不足,选取某典型新建铁路,开展捣固作业过程中有砟轨道动力响应的现场大型原位试验,并在散体道床内部不同位置埋设自制的双轴振动加速度传感器,实现道床内部振动水平演变的实时监测。采用小波分析和快速傅里叶变换方法,从时域-频域角度探究了捣固作业过程中轨枕和道床的振动传递及衰减特征,对比分析不同捣固作业次数影响下有砟轨道的吸振能力和耗能特性。研究结果表明：捣固作业过程中存在典型的振动逆向传递现象,会降低道床的承载能力及稳定性;夹持阶段轨枕的主要响应频率为68.7 Hz,约为35 Hz捣镐固定振动频率的2倍;捣固作业过程中轨枕对不同方向振动的敏感程度存在显著差异,捣镐的横向振动分量会激发道床内部更加丰富的振动响应;第三次捣固作业过程中道床的振动水平较低,道砟颗粒破碎概率最小。因此建议在不改变捣固作业时间和其他捣固作业参数的条件下现场进行多次连续捣固作业时,作业次数不宜超过3次,以保证最佳捣固效果。     

大型养路机械捣固作业参数对捣固效果影响规律的研究

有砟轨道大型养路机械维修作业中,捣固的主要动作是向枕底推送道砟并使道床密实。研究捣固镐插入的深度、速度、振动频率等捣固参数对大型养路机械作业效果的影响,对于提高大型养路机械作业效率、延长有砟道床服役年限具有重要意义。基于大型养路机械捣固镐结构和轨道结构建立了精细化捣固作业离散元仿真模型,采用多体动力学几何外形和离散单元分别对捣固镐与道砟颗粒的运动状态进行模拟,并通过试验对模型进行了验证。在不同的插镐速度和深度工况下模拟捣固作业过程,以道砟受到的压力、总动能、平均角速度和增加数量作为捣固效果的评价因素,研究了各工况的捣固作业效果。研究结果表明:在其他作业参数相同的工况下,插镐速度最优值为0.5 m/s,插镐深度最优值为90 mm。     

液压机械手捣固机的研制

介绍一种新式小型线路养护机械一液压机械手捣固机,它将道砟捣固作业分成两个步骤,一是机械手捣撑在垂面的弧线振动以实现进砟,二是依靠捣撑张开的压力定向将道砟拨到轨枕下,完成拨砟预紧和压实捣固.介绍了液压机械手捣固机的机械结构、理论计算和性能特点.     

吹砟车维修机理离散元仿真与应用

研究目的:吹砟车维修在轨枕下方补充硬质小道砟,避免捣固道砟和破损,工程实践上能消除道砟记忆效应。但在微观力学层面缺少对吹砟维修作业方式和效果应用研究,为微观力学层面研究吹砟车工作原理与养护效果,采用颗粒流离散元方法建立道砟-轨枕三维箱体模型,其中采用与道砟颗粒大小一致不规则球体组合代替道砟,借以更加真实模拟道砟颗粒之间咬合力,在轨枕单调加载下研究吹砟养护前后道床力学特性。研究结论:吹砟维修作业前后微观力学分析表明,吹砟车维修能降低轨枕-道砟接触层作用力,对轨枕-道砟沉降影响不大,从数值原理上定量揭示吹砟车维修作业力学原理;与捣固维修作业相比,吹砟维修是一种效率高、成本低、开通速度快、环保维修方法。     

重载铁路有砟道床捣固作业参数的合理取值

根据朔黄铁路（朔州—黄骅）大型养路机械捣固作业实际情况,建立捣镐群和有砟道床的耦合模型,模拟大型养路机械捣固作业,分析捣固参数（捣镐振动频率、插镐速度、插镐深度）对道床密实度、道砟配位数、道床垂向刚度的影响,进而确定捣固参数的合理取值。结果表明：与捣固前相比,捣固后道床状态参数有所增加,道床密实度增幅在11.34%～13.21%,道砟配位数增幅在0.72%～4.34%,道床垂向刚度增幅在6.56%～64.27%,说明在一定范围内改变捣固参数对道床密实度和道床垂向刚度的影响比较明显,而对道砟配位数的影响不大;捣镐振动频率、插镐速度、插镐深度均主要影响道床垂向刚度;朔黄铁路捣固作业参数的合理取值为捣镐振动频率35 Hz,插镐速度1.0 m/s,插镐深度25 mm。     

基于离散元法的列车运行速度对有砟道床工作性能影响的研究

不同的列车运行速度会使轨道结构产生不同的响应,列车运行速度越快,产生的振动和空气动力响应越大,会加剧道砟颗粒的磨耗、粉化,甚至道砟飞溅,进一步影响道床的稳定性和列车运行的安全性.为了更好地了解列车运行速度对道床工作性能的影响,采用离散元法对道床进行模拟,通过道床纵横向阻力试验数据验证模型的可靠性,并在此基础上分析和研究动力荷载作用下道砟位移、颗粒振动加速度随列车速度、道床深度、道床不同横向位置的变化趋势,从微细观层面了解道砟颗粒在不同工况下的工作性能.研究结果表明:道砟加速度和道砟颗粒位移在不同轴重和行车速度下的变化趋势相同,均是在轨下位置的道砟加速度最大、道床砟肩的位移值最大;在动荷载作用下,道砟颗粒均有向外运动的趋势,轨枕附近的道砟位移扰动较大,外围道砟在墙体约束作用下位移较小.     

基于离散元法的轨枕空吊整治作业参数优化

为了更好地对轨枕空吊进行整治，采用离散元法建立模型，研究捣固、稳定作业参数对轨枕单侧空吊道床整治效果的影响，对各作业参数进行优化设计。结果表明：捣固作业能够有效地将道砟填充至空吊区域，同时会使原本稳固的道床变得松散，而稳定作业能使松散道床更加密实，提高道床稳定性；对轨枕单侧空吊道床进行捣固作业时，建议捣镐振幅采用7 mm，捣镐频率采用25 Hz，插镐深度采用35 mm，插镐速度采用1.6 m/s；捣固作业完成后，对轨枕单侧空吊道床进行稳定作业时，建议垂直下压力采用25 kN，水平激振频率采用30 Hz。     

道砟压实质量与颗粒运动关联特征及内在机制研究

级配较为均匀的道砟其捣固(压实)质量对铁路有砟道床的服役性能起着至关重要的作用.然而,目前尚无统一的标准或规范可用于指导和控制道砟捣固(压实)参数选择,传统的路基填料压实也未能考虑散体颗粒的自组织行为和细观运动特征等.基于正交设计方案开展缩放道砟级配的室内旋转压实试验,在试样的不同位置预置了新型智能颗粒传感器用于监测旋转压实过程中颗粒的运动参数,揭示道砟压实质量与颗粒运动参数的关联特征,从颗粒细观运动角度探究压实机理,提出考虑颗粒细观运动特征的压实度控制新指标.研究结果表明:智能颗粒传感器可用于测量旋转压实过程中粗颗粒的细观运动参数;3个方向的相对旋转模式与旋转压实过程中试样干密度和高度的变化直接相关,据此可将压实过程分为初始压实、旋转压密和稳定压密等3个阶段;试样上部位置处智能颗粒传感器的相对转角可作为新的压实度控制指标.研究成果有望为铁路道砟的室内外压实技术选取和压实质量控制提供技术参考和指导.     

道砟胶在道床过渡段的应用与施工

为明确道砟胶在改变道床过渡段刚度方面的作用,进行了室内试验,测试了不同用胶量时的道床支承刚度,并对其施工方法及方式进行研究.结果表明,通过改变枕底道砟胶的用量达到调整道床刚度的目的,可以将其作为一种新的施工方式.道砟胶的手动施工和机械施工各有所长,施工中可将二者结合使用.     

神朔铁路线路捣固作业决策方法

基于轨道不平顺指标与线路捣固作业维修质量的相关性分析结果,设计神朔铁路线路捣固作业决策方法。为说明该决策方法的有效性,利用神朔铁路河西运输段2014年9月—2016年12月共计31次的轨检车检测数据以及该时段内相应的捣固作业维修数据进行实例研究,并与神朔铁路传统的捣固作业决策方法进行对比。结果表明:基于该决策方法的捣固作业策略对神朔铁路捣固作业量和捣固成本的降低效果显著,能改进神朔铁路线路捣固作业计划的编制方法。     

新建高速铁路有砟轨道线路平顺性控制技术

基于高速铁路有砟轨道设备的记忆性及维修天窗资源的有限性,在施工建设阶段开展高速铁路有砟轨道平顺性控制,提高线路开通运营品质具有重要的意义。通过对比分析两条有砟轨道开通后平顺性自然衰减规律,发现有砟道床稳定性是线路开通后维持轨道平顺性的核心要素,而捣固作业后的稳定作业是提高道床密实度和稳定性的主要手段。为此以杭黄铁路有砟轨道建设为载体,提出"先轨距调整、后大机整道、再扣件调整"的精调流程,"少捣多稳、低速重稳"的大机作业模式。实践证明,采用上述做法,杭黄铁路拉通试验中正线轨道几何尺寸均值指标TQI为2.5 mm,峰值指标偏差扣分为0,成效显著。     

有砟高铁大机捣固质量相关性及敏感波长研究

研究目的:我国设计速度为250 km/h的新建高速铁路以有砟轨道为主,在联调联试前通过精捣作业能够有效改善线路几何形位,满足轨道平顺度要求。本文通过分析某新建高速有砟高铁精捣作业数据,研究精捣作业下大机捣固各捣次作业质量的相关性规律,在此基础上借助带通滤波及中点弦测法分析不同波段下的作业质量相关性,揭示波长对精捣作业质量相关性的影响。研究结论:(1)在大机捣固过程中,每次捣固的方案作业量与实际调整量间均呈现出一定的线性相关性,可通过线性回归模型进行近似拟合,以指导工程实践;(2)在一捣至五捣作业中,大机作业质量相关系数呈下降趋势,一捣作业相关系数变化范围最小,且一捣实际调整量数值最大,其作业效果最为稳定;(3)随着不平顺波长的增加,在长波范围内线形调整与大机作业质量相关性较强,可通过起拨量来控制长波不平顺。     

道岔区聚氨酯固化道床烘干装置的研发

针对道岔区聚氨酯固化道床施工提出一种道床烘干技术。通过高精度、智能化的道床温湿度检测,实时监控烘干效果。本文首先介绍了道床烘干装置的总体设计,然后对道床烘干数值模拟结果和试验线上实测结果进行了分析。结果表明:当密封罩内分风结构导流角为100°时,密封罩的7个出风口风速均匀;烘干约10 min时道床烘干深度可达350 mm,道床相对湿度约20%,满足聚氨酯施工要求;与现有设备相比,该道床烘干装置具有小型化、快捷化的特点,可实现对道岔区等复杂线路区段的道床烘干作业。     

考虑波长因素的提速线路捣固作业质量评价方法研究

捣固作业质量直接关系到线路轨道服役状态,多维度研究捣固作业后轨道几何形位的变化规律是有效提升线路捣固作业效率的关键。以某160 km/h提速干线改造工程为例,提出考虑波长因素的捣固方案,针对捣固作业后的轨道几何形位的变化,分析轨道静态不平顺数据及动态不平顺数据,研究70 m弦矢高、轨道质量指数、功率谱密度、小波变换、小波能量谱等时频分布特征,确定捣固作业前后轨道不平顺波长及幅值的变化规律。研究结果表明:考虑波长因素的捣固作业方法可以有效地改善线路的长波不平顺状态,高低不平顺的改善效果优于轨向不平顺;曲线区段改善率大于直线区段且曲线轨道质量改善率随圆曲线半径的增大而降低;线路线形得到基本控制后不能通过盲目地增加捣固作业次数来达到改善轨道质量的目的。     

现代齿轨铁路有砟道床阻力及轨道力学特性

齿轨铁路具备优越的爬坡性能,国外多铺设于山区旅游线路,我国尚无应用。针对齿轨铁路线路坡度大的特点,基于离散单元法建立大坡度有砟道床离散元模型,研究道床纵向阻力随坡度变化规律,并以所得结论为基础,建立齿轨铁路空间耦合有限元模型,对Strub模式齿轨铁路轨排稳定性及结构受力变形进行计算分析。研究结果表明:(1)道床纵向阻力随轨道坡度的增大而呈现余弦规律衰减,对齿轨铁路进行设计时,应对其进行重点考虑;(2)当5节车编组、轨道坡度25%时,轨枕弯矩最大值1.53 kN·m,不会对轨枕造成破坏;(3)轨枕最大位移量为0.79 mm,轨排结构不会失稳;(4)齿轨纵向位移峰值0.82 mm,齿轨最大应力位于齿根部位,峰值为75.8 MPa,齿轨满足要求强度。     

捣固车前端轨道偏差自动测量技术研究

提出了一种适用于临时维修作业捣固车的前端轨道偏差自动测量技术方案,测量系统采用惯性导航系统测量原理,结合智能化、集成化测控技术,搭载于捣固车上同步进出作业区间。利用测量系统在捣固车作业前后对施工区段进行轨道几何参数测量与数据处理,指导捣固车精细化作业的同时,保证捣固与测量同步,有效解决传统模式存在的人工上道频繁、效率低、劳动强度大等问题。选取试验线进行快速且多次测量,自动计算获取轨向、高低、轨距、超高、高程等轨道几何参数,且各参数重复性偏差均达到指标要求。     

不同含泥量与含水率下铁路板结道床的冻胀特性

洁净的道床不产生冻胀,但如果道床中混入粉黏土颗粒大于12％～15％时也能产生冻胀.本文通过室内板结道床道砟中粉黏粒含量的测试,以及对不同含泥量、不同含水率下室内冻胀试验的分析,找出板结道床的冻胀特征.研究结论:通过室内板结道床道砟中粉黏粒含量的测试,以及不同含泥量、不同含水率下室内冻胀试验分析,指出了道砟中由于粉黏粒含量超标引起的冻胀率一般小于4％,道床冻胀是道砟含泥量和道床内含水率共同作用的结果,在做好防排水的同时还要注意到含泥量对道床冻胀的影响,道床的弱冻胀性对铁路线性工程措施危害性大于普通建筑物,应引起足够的重视.