400 km·h-1高速道岔号码选型与结构优化

基于中国高速铁路进一步提升运营速度的需求，系统研究了400 km·h^-1高速道岔号码选型与结构优化方法；基于车辆-道岔耦合动力学仿真，分析了道岔号码与平顺性的关系，并给出了号码选型建议；研究了道岔线型对动力学性能的影响，并考虑既有岔枕通用原则，提出了线型优化方案；建立了客专线18号道岔尖轨转换原型试验平台，研究了尖轨不足位移的影响因素与影响机制，提出了尖轨不足位移的控制方法；基于有限元理论，建立了道岔区轨道刚度计算模型，结合岔区钢轨动位移现场实测数据，提出了岔区轨道刚度目标取值与均匀化方案。研究结果表明：在现有车站布置方案条件下，400 km·h^-1高速道岔仍建议选择18号道岔；将400 km·h^-1高速道岔相离值增大至28 mm,可显著提升耐磨性能与使用寿命，也可实现岔枕通用；综合考虑系统匹配设计、制造工艺、工电结合要求等多方面因素，建议将第三牵引点至固定端距离减小600 mm,可减小尖轨不足位移，同时最小轮缘槽和第三牵引点牵引力符合规范要求；建议改进高速道岔辙叉结构设计方法，根据实际受力确定心轨弹性变形状态，在此基础...     

高速道岔转换锁闭结构力学特性

为指导高速道岔转换锁闭结构的优化设计,根据道岔区轮轨系统耦合动力学理论和有限元方法,建立了转换锁闭结构动态受力计算模型;以60 kg/m钢轨客运专线18号单开道岔转辙器外锁闭装置为例,研究了列车过岔速度、尖轨不足位移和顶铁离缝等对转换锁闭结构力学特性的影响.研究结果表明:列车过岔速度对转换锁闭结构力学特性有显著影响,当过岔速度为250 km/h时,其受力及变形到达最大;存在一定的尖轨转换不足位移,有利于改善转换锁闭结构的受力状态;顶铁离缝的增加使转换锁闭结构的受力几乎呈线性增加,在道岔运营过程中应尽量避免顶铁离缝出现.      

复式交分道岔力学特性及无缝化研究

利用商业有限元软件,建立有砟轨道复式交分道岔的纵横垂向空间耦合有限元模型,根据东北地区某车站的轨温变化条件及道岔无缝化改造方案,对复式交分道岔无缝化后的主要力学特性与尖轨横向变形进行了计算分析.结果表明：在温度荷载作用下,道岔基本轨承受一定附加力作用,钢轨最大温度力出现在尖轨跟端的基本轨处;尖轨尖端纵向位移最大,基本轨纵向变形很小;基本轨与尖轨之间的轨距、轨向变化量最大值均位于尖轨尖端,密贴变化量最大值位于两牵引点之间;当岔外线路采用U75V钢轨时,复式交分道岔无缝化改造可行.     

高速车辆与道岔空间耦合振动特性

为给高速道岔结构设计提供理论依据,运用高速列车-道岔空间耦合振动理论,以道岔结构不平顺为激励,分析了高速列车通过道岔时的轮轨作用力、车辆和道岔的振动特性．结果表明：辙叉处轮轨冲击比转辙器处剧烈,轮轨力和车辆系统的加速度存在4个峰值;尖轨和心轨的振动加速度比基本轨大,而衰减比基本轨慢;间隔铁传递的垂向力大于枕上压力．     

高速道岔辙叉区轮轨接触不平顺

为揭示高速道岔辙叉区不平顺特性,通过分析心轨、翼轨的结构特点,采用最小距离搜索法,建立了辙叉区轮轨接触计算模型,并以350 km/h客运专线42号高速道岔为例,分析了不同藏尖结构和车轮踏面的轮轨接触不平顺规律.结果表明：不平顺最大值出现在轨距测量点由翼轨向心轨转移处和轮轨接触点由翼轨向心轨转移处;同一种藏尖结构和车轮踏面,横向不平顺远大于竖向不平顺;采用水平藏尖结构并分别在心轨顶宽10.0,15.0,35.0 mm处降低10.0,3.0,0.0 mm,能有效控制不平顺;随着列车运行和车轮磨耗,不平顺会出现横向增大、竖向减小的现象.     

市域快轨无砟轨道18号无缝道岔设计参数研究

跨区间无缝线路是与市域快轨相适应的轨道结构,是我国铁路建设必须采用的关键技术。道岔基本轨的焊接接头位置和道岔区扣件阻力参数的选择直接影响到市域快轨无缝道岔的铺设质量。建立市域快轨无砟轨道18号无缝道岔有限元仿真模型,对选取不同的道岔基本轨焊接接头位置及扣件阻力参数条件下的主要计算结果进行计算分析。结果表明:目前设计方案中采用的基本轨焊接位置与尖轨跟端位置相同基本为最合理位置;在条件允许时,增大里轨扣件阻力,有利于控制无缝道岔的受力与变形。     

高速道岔尖轨矫直的有限元分析

采用三维实体有限单元法,建立了高速道岔尖轨矫直有限元模型,为高速道岔尖轨矫直提供理论指导.分析了加载支距、加载方式和加载量对尖轨矫直塑性变形、应力及尖轨线形的影响.结果表明：在加载量相同的情况下,随加载支距增大,尖轨产生的塑性变形减小,尖轨矫直从过量逐渐变为不足;在加载支距相同的情况下,随加载量增大,尖轨产生的塑性变形增大,尖轨矫直从不足逐渐变为过量;采用竖向加载并水平约束轨底两侧的矫直方式能明显改善尖轨的线形.最后,建议尖轨矫直采用大支距、小加载量并约束轨底两侧的方式.     

制动力作用下桥上道岔区纵连无砟轨道受力与位移

为系统分析纵连无砟轨道与桥上无缝道岔在制动力作用下的受力与变形规律,以武汉—广州客运专线雷大桥铺设博格纵连式无砟道岔为例,将客专18号渡线、纵连式无砟轨道、桥梁和墩台视为整体,建立了岔-板-梁-墩一体化计算模型,分析制动力作用下道岔、道床板、桥墩的受力和变形规律.分析结果表明:在制动力作用下,基本轨制动附加力及位移随道床板伸缩刚度的减小而增大,但板轨相对位移未超过1 mm;限位器和间隔铁的纵向力及心轨、尖轨处板轨相对位移受无砟轨道结构的影响较小,限位器未贴靠,间隔铁力最大未超过13 kN;道床板制动附加力随伸缩刚度的降低而减小,减小量最大达到3 832.9 kN,位移则增大,最多达到17.4 mm;道床板伸缩刚度和滑动层摩擦因数减小对桥墩受力不利;当滑动层摩擦因数μ≤0.2时,取消固结机构,桥墩纵向力减小值接近500 kN.     

提速道岔转换力计算机模拟研究

建立了道岔区轨道结构空间双层弹性叠合交叉梁系力学模型，并着重以60kg/m钢轨12号可动心轨提速道岔（混凝土岔枕）为例，对道岔转换力计算进行了计算机模拟。     

轨道参数对高速道岔轮轨接触行为的影响

为研究60N钢轨350 km/h 18号高速道岔合理的轨距和轨底坡,利用60N钢轨高速道岔关键断面和实测LMA磨耗车轮,基于迹线法原理和Kalker三维非赫兹滚动接触理论,分析不同轨距和轨底坡参数下的轮轨接触几何和力学特性,并与CHN60钢轨高速道岔计算结果进行对比. 结果表明:在保证安全的前提下适当将轨距加宽可改善轮轨匹配关系,提升列车过岔平稳性,减小轮对横移量大于8 mm时的轮轨接触应力和表面滚动接触疲劳因子,延长尖轨使用寿命;轨底坡为1/30、1/40和1/50时,轮轨接触参数相差较小,匹配性能较优;轨底坡为1/10和1/20时,横向不平顺和轮轨滚动接触疲劳因子普遍较大,且1/10轨底坡对车轮磨耗的适应性较差;与CHN60钢轨高速道岔相比,60N钢轨高速道岔的等效锥度普遍更小,列车过岔平稳性更优;车轮磨耗易导致车轮在轮轨过渡区段空转,引起尖轨伤损.      

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...     

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。      

42号高速道岔转辙器区钢轨磨耗规律的预测分析

为了弥补42号高速道岔钢轨磨耗规律理论研究的不足，建立了高速道岔钢轨磨耗发展的理论预测模型. 基于Archard材料磨损理论和车辆-道岔耦合动力学仿真分析进行钢轨磨耗深度分布计算；采用了一种自适应步长算法对岔区各特征位置钢轨型面进行更新，可有效减少误差累积、改善数值模型稳定性；基于理论预测模型研究了42号高速道岔尖轨和基本轨的磨耗分布和发展规律. 研究的主要结论如下:1） 直向过岔时，轮载过渡发生于35.0～50.0 mm断面之间；在轮载过渡前磨耗发展缓慢加快，轮载过渡区段磨耗发展迅速加剧，轮载过渡完成后磨耗发展有所减缓. 2） 侧向过岔时，列车进岔后很快就开始贴靠曲尖轨运行，9.1 mm断面即出现侧磨；随着曲尖轨逐渐加宽，尖轨轨肩始终存在较严重磨耗，直基本轨虽主要承担轮载，但磨耗相对曲尖轨要小得多；轮载过渡开始后曲尖轨磨耗分布变宽，轨肩磨耗显著减小，至全断面后曲尖轨磨耗再次显著减小；曲基本轨磨耗均主要分布于轨头中部，轮载过渡前磨耗发展逐渐加快，过渡开始后磨耗发展减缓.      

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.      

重载车辆-道岔耦合动力特性及岔区加强研究

为了保障车辆过岔的安全性并延长道岔使用寿命,基于刚柔耦合方法建立了精细化的车辆-道岔动力分析模型,研究了过岔方式、行车速度对车岔系统动力特性的影响规律,并对岔区设置轨距拉杆、改变岔区轨底坡、加宽尖轨及心轨断面3种措施的效果进行了评估.研究表明:设置轨距拉杆最大可以降低43.0%的轮轨横向力及5.1%的轮轨垂向力;当岔区轨底坡从1:40增加至1:20,直股线路 可降低10.7%的轮轨横向力及4.0%的轮轨垂向力,侧股线路轨可降低16.7%的轮轨横向力及14.8%的轮轨垂向力;尖轨、心轨断面宽度增加2 mm时引起的轮轨相互作用增幅最大为8.3%,但可降低18.8%的钢轨动弯应力.      

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。     

道岔转辙器部分轮载分布规律的研究

提出了求解道岔转辙器部分尖轨与基本轨密贴区域内轮载在两钢轨上分布规律的力学模型与计算方法。并以６０ｋｇ／ｍ轨１２号提速道岔为例，分析了轮载在过渡范围内的变化规律，提出了设置轨底坡、优化尖轨顶面坡度等改善尖轨受力的有效措施。     

高速铁路道岔系统理论与工程实践研究综述

为了促进高速道岔行业的发展,系统梳理了各国高速铁路道岔领域(包括部件选型与结构设计理念、高速列车/道岔耦合动力分析理论、不同线下基础道岔无缝化设计方法、合理刚度及均匀化设计方法、长大轨件转换计算理论、关键联结部件动静力强度分析、动力学性能测试技术、道岔侧股平面线型与结构设计、制造与铺设、维护与管理等)的学术研究现状、存在问题、具体对策及发展趋势.要适应未来轨道交通技术的发展,高速道岔仍面临着严峻的技术挑战,例如,更高速度的下一代高速道岔在复杂环境下的适应性、全寿命周期设计、轮轨匹配与车/岔动态性能优化、新材料和结构的研发与应用、状态实时获取与性能评估、健康管理及故障预测、能效保持等问题,需要深度融合先进材料与制造、智能与自动化、大数据与云计算、精密测控与效能提升等前沿技术,着力提升我国高速铁路道岔技术领域的原始创新能力.通过现状剖析、问题导向,以期为铁道工程学科的学术研究与技术创新提供新的视角和基础资料.