30t轴重重载铁路轨道结构技术创新与发展

论述国内外重载铁路总体现状和国内外重载铁路轨道结构现状及发展,以及新建山西中南部铁路通道概况。从有砟轨道、无砟轨道和重载道岔方面阐述和分析30 t轴重重载铁路轨道结构技术创新,提出我国30 t轴重重载铁路轨道结构技术发展思考。根据对30 t轴重重载铁路轨道结构体系的技术创新实践,提出加强对科研成果的总结和凝练,通过优化形成完善的30 t轴重重载铁路轨道结构技术标准体系等建议。     

山西中南部铁路通道试验段无砟轨道设计

结合30 t轴重无砟轨道结构设计原则,通过不同的试验数据、理论计算等,得到30 t轴重重载无砟轨道设计参数,提出适用于山西中南部铁路通道工程30 t轴重重载铁路隧道内无砟轨道设计方案,并结合既有无砟轨道调研病害情况,提出具体的优化建议措施;优化后的重载无砟轨道试验及开通后运营良好,为试验段重载无砟轨道结构在山西中南部铁路通道隧道内及其他重载铁路的扩大试用奠定了基础。     

我国铁路重载运输技术体系的现状与发展

中国重载铁路自20世纪80年代起,经过几十年的发展,构建起了以大秦铁路为代表的25t轴重重载运输技术体系;采用以25t轴重和谐HXD1和HXD2型交流传动八轴9 600kW为主的重载货运电力机车和C80系列运煤专用敞车,以及分布式无线同步控制等技术,创造了单条铁路年运量达4.45亿t的世界纪录。在此基础上,中国铁路近年来又开展了30t轴重重载铁路运输相关技术和开行3万t重载组合列车成套技术的研究,新研制出30t轴重的和谐HXD1F和HXD2F型交流传动货运电力机车以及C96和C96H型专用运煤敞车,在中南铁路采用了我国近年来研发的30t轴重重载工务工程技术和设备;通过进行3万t重载组合列车不同编组方式的仿真计算、列车静置试验和运行试验,基本确定采用1+1+1+1(推)编组方式开行3万t列车的方案是可行的;增大轴重和加大列车牵引重量是我国铁路重载运输技术的发展方向。     

30t轴重条件下隧道技术标准研究

研究目的:货运重载是铁路发展的趋势之一,目前我国重载列车的轴重是25 t,近期的发展目标是轴重达到30 t.轴重增加将使轨道和轨下基础承受较大的荷载,也将增加隧道基底病害的发生几率.因此需要深入研究轴重增加对隧道基底结构的影响,研究30 t轴重下隧道的技术标准.研究结论:以客货混跑的太行山隧道为基础进行重载铁路隧道的断面设计基本上是可行的;重载铁路隧道应取消单纯的铺底结构,在Ⅲ级以上围岩设置仰拱,且仰拱的矢跨比和厚度应不低于客运专线隧道标准;由于重载列车荷载的复杂性和围岩的千差万别,在制定30 t轴重条件下隧道技术标准时需要结合目前重载线路进行大量现场测试.     

我国重载铁路技术取得新突破

<正>自2014年7月开始,铁路部门在新建山西中南部铁路通道长子南至平顺站间,成功开展30 t轴重重载铁路综合试验,标志着我国重载铁路技术取得新突破。重载运输是国际公认的铁路货运发展方向,而货车轴重代表着重载铁路发展水平。目前,我国铁路货车普遍采用23 t轴重。近年来,为了加快发展重载运输,铁路部门通过自主创新,成功研发了     

重载铁路C96型30t轴重车辆段工艺适应性设计研究

通过对重载铁路运行的C96型30t轴重新型车辆与25 t轴重以下通用型敞车部件组成、尺寸、材质等方面的对比分析、研究,结合最新检修工艺流程、工装设备配置情况,论述日照南车辆段作为重载铁路车辆段,应以C96型30 t轴重车辆的检修为主,兼顾25 t轴重以下车型的检修。确定新建30 t轴重车辆段总平面布局及检修工艺方案,在工艺设计、工装设备配置上充分考虑30 t轴重车辆检修工艺的适应性,以满足各种车型的检修需求。     

40 t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕设计研究

我国具有25 t和30 t轴重重载铁路预应力混凝土轨枕的设计和运营经验,但对于40 t轴重重载铁路混凝土轨枕仍缺乏相关技术储备。为配合我国重载铁路"走出去"战略,本文基于对国内外混凝土轨枕设计标准的对比分析,开展了40 t轴重重载轨枕的设计研究。研究结果表明:对于40 t轴重重载铁路典型工况,按照北美地区混凝土轨枕的设计标准计算出的轨下截面正弯矩显著高于按照欧洲和中国标准的计算结果;按照中国混凝土轨枕的设计标准设计完成的40 t轴重重载轨枕轨下截面正弯矩和枕中截面负弯矩承载能力分别为35.6,22.3 kN·m,与适用于25,30 t轴重重载铁路的Ⅲa型、Ⅳa型轨枕相比,该轨枕在质量提高相对不大的情况下,满足设计承载要求。然后按照北美地区轨枕标准的规定进行了一系列室内试验验证,试验结果均满足标准要求。     

重载铁路路基动荷载特征

通过朔黄铁路30 t轴重列车试验,分析重载铁路路基基床动荷载幅值和分布特征,研究重载列车与普通列车作用下路基动荷载的区别。研究结果表明:重载铁路路基动荷载与轴重基本呈线性关系,30 t轴重下平均值为59 kPa,最大值达到123 kPa,轴重从25 t提高至30 t,路基动荷载增大约20%;动荷载的影响分析须考虑前后车厢相邻转向架叠加的影响,重载列车邻轴距小,相邻转向架的四轴之间相互融合,路基动荷载纵向剖面基本上呈"矩形波"形态分布,普通车邻轴距较大,相邻转向架之间的叠加不明显。重载铁路路基动荷载特征的分析为重载铁路路基基床结构的设计和评估提供了重要技术支撑。     

35.7t轴重重载铁路轨道关键设计参数研究

我国面临着发展重载铁路和承担海外重载铁路的设计任务,美国、加拿大、澳大利亚等国重载铁路的轴重普遍达到35.7 t,结合海外项目,以35.7 t轴重货车为例,对此轴重条件下的轨道结构主要设计参数进行研究。轴重的提高对重载铁路轨道部件提出更高的要求。采用商业有限元软件ANSYS,建立轨道-路基系统有限元模型,主要研究钢轨类型、轨下垫板刚度、道床状态、路基基床参数对35.7 t轴重货车的轨道结构静力学特性的影响,为轴重35.7 t轨道结构的关键参数选取提供建议。     

30t轴重12号重载道岔交叉渡线轮轨力学行为及安全性研究

30 t轴重重载道岔已在山西中南部通道正线上投入使用,但对配套重载交叉渡线的研究尚属空白。基于车辆-道岔耦合动力学,采用多体动力学分析软件SIMPACK建立30 t重载货车-12号交叉渡线动力仿真模型,分析重载列车过岔方式、过岔速度及轨底坡设计对行车安全性的影响,为30 t轴重重载铁路交叉渡线的设计提供合理建议。     

重载货车轴重与速度匹配关系研究

基于重载货车轨道耦合动力学模型,采用机车车辆与线路最佳匹配设计方法,进行货车轴重与速度的匹配研究.结果表明:25,27,30和40t轴重重载货车容许通过轨道低接头的速度应分别小于110,100,90和60km·h-1;40t轴重重载货车以60km·h-1速度在直线线路上运行时,其轮轨垂向力为249.6kN,非常接近英国铁路250kN轮轨垂向力的限值;在我国现有以60kg·m-1轨为主的干线铁路上开行30和40t轴重重载货车,对轨道结构的破坏比现有低轴重货车严重得多,但开行27t轴重重载货车是可行的;40t轴重重载货车在600m半径的曲线轨道上以40～120km·h-1速度运行时,轮轨垂向力最大值超过了英国铁路的250kN轮轨垂向力限值,轮轨横向力最大值非常接近我国《铁道车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》所规定的77.80kN容许限值,另外轮轨磨耗功非常大,因此40t轴重重载货车还不能直接应用于我国现有60kg·m-1钢轨的轨道.     

大轴重机车车体纵向载荷及钩缓系统性能参数的探讨

文章通过对国内外机车车体纵向载荷标准的分析,给合我国重载运输的实际情况和试验结果,参照GE公司生产的AC6000CW大轴重内燃机车,提出了基于轴重30~35 t机车车体的纵向载荷以及与之匹配的钩缓系统性能参数的建议。     

40t轴重专用铁路列车荷载图式的制定研究

针对40 t轴重专用铁路制定设计列车荷载图式,研究首先从列车荷载图式和安全储备系数的角度,对重载专用铁路与一般线路的差别进行探讨分析,提出重载专用铁路列车荷载图式的型式以及合理安全储备系数;以现有40 t轴重矿石车为原型,按荷载效应等效的原则将其概化为图式的型式,根据安全储备系数取值建议,将概化图式轴重参数提高10%,形成40 t轴重矿石车列车荷载图式。该图式对于列车的储备在不同跨度范围内较为均衡。同时通过比较荷载效应,掌握图式与国内外现行重载铁路列车荷载图式的差异。     

山西中南部铁路通道发鸠山隧道改线方案动力学优化

依托山西中南部铁路通道工程,建立车线系统动力学模型,选取典型区段线路设计方案进行全面的动力学评估。以发鸠山隧道改线方案原设计和优化后设计的线路平纵断面参数作为线路条件,对比30 t货车和客车通过时的动力学性能指标,给出适用于30 t大轴重的重载铁路圆曲线半径建议值,可供未来重载铁路线路设计参考。     

国外重载货车转向架的技术发展现状及发展我国铁路重载货车转向架的若干思考

介绍了国外重载货车典型转向架的技术特点和相应的技术措施,回顾了我国货车转向架的发展历程以及成熟的关键技术,总结了我国铁路货车转向架的技术现状。针对发展我国大轴重货车转向架的轴重、速度、车轮直径、设计原则和评价准则进行了讨论,并阐述了研发大轴重货车转向架应当关注的噪声、径向性能、模态及轮轨磨耗动态分析等研究热点问题。     

重载车桥耦合作用下48 m钢桁梁桥动力性能

研究目的:随着社会经济发展和人们需求的提高,铁路货运能力亟待进一步提高,在既有铁路网基础上加大铁路列车轴重是有效提高铁路运能的主要途径之一。列车轴重增大后车桥振动效应将增加,既有铁路网中的钢桥能否适应铁路轴重的提高成为列车轴重能否增加的关键问题。本文为分析重载列车作用下钢桥动力性能,选取既有线中常用跨度48 m钢桁梁桥为研究对象,通过轮对与轨道接触处的力与位移相互关系建立空间重载铁路车-桥系统耦合振动分析模型,在与实测结果对比基础上,对影响重载铁路钢桁梁桥动力性能的轨道不平顺、列车轴重和列车速度等因素进行系统分析。研究结论:(1)轨道不平顺功率谱、列车轴重和列车速度均对重载列车作用下的钢桁梁桥的动力性能有着重要影响;(2)美国六级轨道不平顺与桥上实际线路不平顺更加接近;(3)重载铁路运输中27 t轴重列车通过48 m钢桁梁桥时建议对列车运行速度进行限制。     

30 t轴重60 kg/m钢轨18号重载道岔设计

随着国内客运专线的大规模建设,重载运输也必将得到普遍的推广使用。根据30 t大轴重的特殊要求,结合山西中南部重载铁路的使用条件,在大秦线经过大量现场调研,研究开发了专用的重载道岔产品,从道岔平面、结构设计、轨下基础及转换设备等各个方面,有针对性地进行研究,分别从尖轨尖端加厚、辙叉采用多种合金钢钢轨组合型式、护轨采用新型轨撑垫板结构、岔枕采用预埋铁座联结方式等方面进行设计创新。并在既有线上道试验,目前使用状况良好,根据测试结果反馈的问题,优化了道岔结构及材料性能指标,从而建立了国内重载道岔技术体系。     

轴重40 t重载铁路路基基床结构设计技术探讨

针对大轴重货运车辆轴距小的技术特点,分析重载铁路路基承受列车荷载的空间分布规律;基于列车荷载引起路基累积变形效应区沿深度的变化机制,讨论主要承受列车荷载的基床结构与路基填料之间的相互影响关系;根据工程设计的强度、变形、长期稳定性控制要求,探讨40 t超大轴重下基床结构的设计方法。研究表明:提出的“4Z1800/2400”四轴标准轴型荷载模式能较好反映超大轴重列车荷载的路基应力叠加效应;建立的路基累积变形效应不超过基床厚度的设计方法,综合考虑了荷载与填料多因素的影响,是对单因素应力比值法的完善。以累积变形处于缓慢收敛状态的长期稳定性为主控因素,提出轴重40 t重载铁路路基基床层状结构设计指标建议:基床厚度3.5 m,对应基床以下路基K30不低于110 MPa/m;基床表层采用级配碎石强化,厚度0.7 m,要求基床底层K30大于等于130 MPa/m。