铁路客运专线无碴轨道扣件探讨

研究目的研究无碴轨道扣件结构型式和关键技术,提出我国客运专线扣件技术发展思路和具体设计建议。研究方法结合遂渝铁路无碴轨道综合试验段扣件试验成果和我国客运专线线路和运营条件,总结分析国内外铁路无碴轨道扣件结构型式和技术特点。研究结果提出了无碴轨道宜优先采用带铁垫板的分开式、弹条有螺栓扣压钢轨和铁垫板、单层或双层弹性垫层、轨下基础不设挡肩扣件的建议。研究结论影响无碴轨道扣件设计的主要因素是合理刚度、绝缘性能和钢轨高低、轨距调整能力,可按节点静刚度25~50kN/mm,钢轨高低调整量不小于30mm,轨距调整量-10~ 10mm,道床电阻不小于3Ω·km进行扣件设计。同时在坚持自主创新的原则下,应积极引进Vossloh和Pandrol等扣件先进技术,促进我国铁路技术发展。     

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。     

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。     

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。     

重载条件下60 kg/m钢轨12号单开道岔的改造与应用

针对60 kg/m钢轨12号单开道岔在重载条件下发生的病害进行分析,采用弹条Ⅱ型扣件系统替代弹条Ⅲ型无螺栓无挡肩扣件系统,在保证轨距、钢轨中心线、孔距、偏心距等不变的情况下,对转辙器的滑床板、转辙器的辙后垫板、辙叉的两端垫板3部分进行设计改造。现场应用表明,道岔改造后可保证道岔框架稳定,几何尺寸达标,联结零件紧固,轨道结构均衡,有效解决了道岔零部件病害所引起的基本轨纵横向位移、轨向变化、轨距扩张等问题,减少了养护维修工作量,确保行车安全。     

某线震后轨道设计方案研究

2022年1月8日门源发生6.9级地震,造成某线隧道二衬坍塌、桥梁梁体移位、接触网脱落等基础、设备严重损坏,并伴随钢轨折断、扣件脱落、道床倾斜等轨道震害,是我国高速铁路首次遭遇的强震作用下严重受灾事件。结合震后预测余滑变形量水平150～300 mm,垂向100 mm条件下,在设防区段提出一种“三孔连体套管承轨台可调式WJ-8型扣件+长枕埋入式单层道床预留切割孔”新型大调整量无砟轨道结构方案。其中,三孔连体套管承轨台可调式WJ-8型扣件在既有WJ-8型扣件基础上通过增设铁承轨台、调距块和三联套管等部件可满足单股钢轨左右位置调整量达152 mm,长枕埋入式单层道床中预留切割孔,便于在基础变形超出扣件调整范围后切割纠偏;通过对余滑变形后线路拟合获得拨距包络图,确定了大调整量无砟轨道铺设范围。     

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。     

43 kg/m钢轨混凝土枕弹条扣件扣压力保持性能的研究

43 kg/m钢轨混凝土枕采用70型扣板式扣件，普遍存在着扣压力保持能力差、不易调整轨距、养护困难等诸多问题。通过分析病害产生的原因，研发采用了弹条Ⅰ型扣件的A型弹条、挡板座、平垫圈、螺母等部件，及配套的23号、29号轨距挡板替代既有43 kg/m钢轨70型扣板式扣件，提高扣压力保持能力，适用于曲线半径300 m及以上43 kg/m钢轨混凝土轨枕既有线路的扣件改造。经过铺设对比，病害明显减少。     

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...     

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。     

地铁钢轨波磨引起的扣件病害分析与治理

地铁钢轨波磨引起轮轨关系恶化,导致扣件系统损伤,缩短车辆构架和钢轨使用寿命,危及运营安全。针对钢轨波磨引发的扣件弹条断裂问题,选取半径650 m曲线段进行测试。结果表明:该曲线段钢轨存在63 mm典型波长波磨,导致外部能量输入增大,弹条的振动能量及振动幅值过大;弹条与铁垫板在外部激励下接触挤压,长期高能量振动导致弹条损伤并滋生疲劳裂纹,最终导致弹条与铁垫板接触点应力集中以致脆性断裂。根据弹条断裂原因制定了合理的整治措施,并给出了钢轨波磨治理建议。     

山地轨道交通齿轨扣件系统研究北大核心

针对山区山地轨道交通爬坡坡度大、地段展线设计施工困难等特点,本文研究设计了一种安全性好、易于施工调整且具有较大纵向阻力的齿轨扣件系统。该扣件通过摩擦力提供齿轨纵向阻力,无须在齿轨轨腰处打孔,便于齿轨的安装调整。该扣件可使齿轨左右位置调整量达到±10 mm的连续无极调整;同时齿轨高低位置调整量为-7~+15 mm,填补了无孔式齿轨扣件的技术空白。对山地轨道交通齿轨扣件进行了试制及组装性能试验。结果表明:单组齿轨扣件最大可实现29.6 kN的纵向阻力,满足山地轨道交通运行的要求。     

成段更换Ⅲa型预应力混凝土枕轨距缩小原因分析

近几年来线路大修中成段更换Ⅲa型预应力混凝土枕（专线3393）,安装Ⅱ型或Ⅰ型弹条扣件线路轨距调整量普遍缩小4～8mm左右,通过研究、分析找出了Ⅲa型混凝土枕不同于以往旧型轨枕的设计：一个影响轨距的关键设计尺寸的改变;同时对铁道行业标准TB/T3065.1-2002中弹条Ⅱ型扣件轨距挡板和挡板座号码配置表的适用范围提出补充修改建议,并对配置表中的一处错误提出改正建议。     

地铁扣件轨下调高对T型螺栓的影响分析

针对一地铁路段的螺栓弹条扣件系统调高后的适应性问题,基于非线性有限元理论建立Ⅱ型弹条扣件系统关键零部件的三维实体有限元模型,计算不同地段下扣件系统的动态荷载,分析不同轨下调高量下T型螺栓的受力规律。研究结果表明:在动态荷载作用下,T型螺栓主要受螺母拧紧力矩和轨下调高量的影响;随着轨下调高量的增加,T型螺栓根部最大等效应力显著增加;应尽量避免T型螺栓出现塑性变形,且须保证一定安全余量。在正常螺母拧紧力矩条件下,建议轨下最大调高量在半径小于600 m的曲线地段不超过15 mm,一般地段不超过30 mm。     

山地轨道交通钢轨扣件研究与设计

结合都江堰至四姑娘山线路情况,分析了山地轨道交通扣件的性能需求及设计原则,并据此设计了一套适用于山地轨道交通的钢轨扣件,以期实现扣件较大的钢轨纵向阻力及轨距调整量,使扣件的钢轨纵向阻力≥12 kN,轨距调整量达到(-8～+16)mm.经理论分析及室内试验验证结果表明,扣件的各项组装性能均满足山地轨道线路运营要求.     

客货共线铁路道岔区扣件系统的研究与设计

结合新建天水至平凉客货共线铁路工程,从兼顾动车组和货车对扣件系统的舒适性和长寿命需求出发,研发了道岔区预埋铁座式的弹性分开式扣件系统。为实现扣件系统高弹性,经比选采用W1型弹条扣压铁垫板,Ⅱ型弹条扣压钢轨。扣件系统节点静刚度确定为40 k N/mm,并按扣件系统功能进行分段设计以满足轨道刚度均匀化需求。经室内试验验证和现场铺设考核,扣件系统能够满足旅客列车舒适性要求,同时能够减少岔区轨道结构养护维修工作量,延长扣件系统使用寿命。     

沪宁城际轨道交通娄蕴特大桥112m提篮拱桥梁端扣件受力分析

沪宁城际轨道交通设计采用CRTSI型板式无砟轨道结构,配套WJ-7B型扣件,扣件是轨道结构的重要组成部分,其结构的强度、耐久性和弹性直接关系到高速列车运行的安全及舒适性,桥梁因挠曲、徐变等因素引起的梁端变形使梁缝两侧一定范围内扣件产生上拔力和下压力,当扣件上拔力和下压力超过一定限值时,将影响扣件系统的正常使用。对沪宁城际轨道交通娄蕴特大桥112 m提篮拱梁端扣件受力按3种布置方式进行计算分析,计算结果表明:梁缝处梁端第1组扣件采用W 1型弹条,其余扣件采用X2型弹条方案对桥墩的附加作用力最小,推荐采用该方案;梁端转角及竖向位移产生较大的扣件上拔力,设计应充分考虑其影响;相同梁端转角及竖向位移变形作用下,全桥采用W 1型弹条比采用X2型弹条扣件引起的扣件上拔力大。     

市域铁路大调整量扣件系统设计研发

我国运营的市域铁路线路中，部分无砟轨道地段由于施工控制不佳或线路沉降超标，使用垫板将扣件调整至最大调高状态，钢轨线形仍无法达到运营要求。结合市域铁路现场实际需求，研发一种新型大调整量扣件系统，扣件系统调高量提升至60 mm。通过对扣件系统关键参数及零部件理论计算分析，验证扣件系统的强度性能；开展扣件系统试制和室内试验，证明扣件系统各项指标满足规范要求，安全可靠，调高快捷方便。该研究可为解决市域铁路土建结构不均匀沉降较大问题提供参考。     

WJ-7型无砟轨道扣件扣压力损失的室温蠕变试验研究

为了探讨室温(常温)蠕变对无砟轨道扣件扣压力损失的影响,通过试验研究分析室温蠕变对WJ-7型扣件扣压力的损失。分别进行保持扣件变形不变与保持初始扣压力不变的2组(各5套扣件)试验,在组装好的扣件相应位置埋设压应力传感器以测量扣件扣压力,在保持一定扣压力情况下,用T形螺栓螺母位移的变化表示弹条的蠕变变形量,对比分析2种情况下扣件蠕变规律及其对扣压力的影响。试验表明:在初始扣压力为10 kN,分别保持扣件弹条变形不变和保持扣件扣压力不变情况下,弹条蠕变分别为1.45mm和2.12mm,若都转化成扣压力的损失,则分别为1.00 kN和1.46 kN,且二者蠕变都是前期快后期慢,但后者蠕变时间更长,且蠕变量更大;在无车辆荷载作用下,轨下垫板变形是弹条变形的1/50~1/80,对弹条蠕变变形的影响可以忽略。     

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。