钢轨扣件设计及其衍化过程研究

研究目的:钢轨扣件是轨道结构的重要组成部件,直接影响列车运行的安全与舒适。伴随铁路的发展,扣件系统不断变化以适应新的市场需求。本文通过研究钢轨扣件的衍化过程,结合专利技术分析,提出我国扣件发展的思路与建议。研究结论:(1)扣件系统设计选型时应根据设计荷载、设计参数、材料特性、动态响应等,合理选用不同类型的扣件,实现安全运营、经济合理、性能最优;(2)扣压件的形状由简单衍化为复杂,紧固件由施工养护困难、精度难以保证衍化为施工便捷、养护方便、精度高,弹性基板的弹性效果由较差衍化为较好,性能得到逐步提升;(3)国内外专利技术统计分析表明,我国钢轨扣件伴随高铁及城市轨道交通的发展,目前处于高速增长期,研究热点主要集中在检测装置、减振降噪、受力性能优化等领域;(4)钢轨扣件未来将向着适应性更强、系统性能更优、结构更多元化、可控性更强、安装养护更简单等方向发展;(5)本研究结果可为钢轨扣件结构创新设计和改进提供参考。     

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。     

弹性钢轨扣件轨道的轮轨作用力分析

采用弹性钢轨扣件是城市轨道交通轨道减振的最基本措施.为分析弹性钢轨扣件轨道的轮轨作用力,通过建立地铁车辆一弹性扣件动力分析模型,分析了扣件刚度、列车运行速度等对轮轨作用力的影响.对于弹性钢轨扣件的轨道结构,合理降低扣件刚度,可减小轮轨动力冲击和扣件支点反力,提高减振效果.通过现场测试获得弹性扣件轨道的钢轨垂直力,验证了理论分析结果.     

减振扣件与弹性道床垫组合减振关键参数研究

研究目的:减振扣件与弹性道床垫组合减振轨道的特点是在钢轨下和道床下同时设置减振层,轨道板厚度、扣件刚度、弹性道床垫刚度是影响列车运行品质和组合减振轨道减振性能的关键动力学参数。本文采用三维车辆-轨道耦合动力学计算模型,研究组合减振轨道关键动力学参数变化对车辆系统、轨道系统动力学性能及减振性能的影响规律。研究结论:(1)轨道板质量对各动力学指标的影响相对较小,轨道板的设计应以轨道基础预留空间和板自身的强度、耐久性要求作为控制指标;(2)与弹性道床垫配合使用的减振扣件系统的垂向刚度应大于15 k N/mm;(3)轨道板下垫层刚度取值应大于13 k N/mm3;(4)设计中宜适当提高扣件刚度,当弹性道床垫老化失去部分弹性功能后,可通过提高扣件弹性使其减振性能长期满足环保要求;(5)综合上述规律,提出了减振性能可达12 d B的扣件与弹性道床垫组合减振轨道的关键动力学参数取值方案,可为组合减振轨道的设计提供理论支持。     

一款新型非对称轨道减振扣件的设计

介绍了一种钢轨内外侧结构非对称设计的新型轨道减振扣件.该扣件由承轨板、橡胶圈和底座三部份组成.其中,承轨板用于安装固定钢轨,底座通过锚固螺栓固定在道床上,橡胶圈将承轨板和底座通过粘接硫化成一个整体.该设计的显著特点是在轨道的横向采取非对称结构,以提高轨道的横向稳定性.对该扣件进行有限元分析计算及静刚度试验,结果表明,减振扣件的垂向刚度与横向刚度达到和谐的统一,既保证轨道安全又能提高扣件的减振性能.     

广州地铁4号线轨道扣件设计

扣件是钢轨与轨下基础的重要联结部件,其功能是保持钢轨在轨下基础上的正确位置及可靠联结,抵抗钢轨传来的纵、横向力,并为轨道结构提供一定的弹性,因此应根据各种不同的结构进行设计和试验。直线电机运载系统要求扣件结构即要保证轨道结构稳定,又满足直线电机静态和动态的气隙要求,结合广州地铁4号线轨道扣件的实例,阐述直线电机运载系统轨道扣件的设计方法。     

城市轨道交通高架线减振扣件设计及现场应用

我国一些城市轨道交通高架线中采用的下锁式双层非线性减振扣件在运营一段时间后会出现钢轨空吊和轨距难以保持等情况,影响列车运行安全。设计一种既能保证列车运营安全,又能适应高架线不同的钢轨纵向阻力要求,且能够达到中等减振效果的减振扣件成为需要研究的一个重要问题。针对城轨高架线设计了一种减振扣件,根据现场使用条件确定扣件的主要技术参数;关键零部件弹性铁垫板采用橡胶硫化技术将带轨底坡的铁垫板和钢套硫化成一体,此结构可实现垂向低刚度并能提供一定的横向刚度,结合有限元分析软件校核铁垫板和硫化橡胶的强度;减振扣件在室内进行钢轨纵向阻力、组装疲劳性能和绝缘性能等一系列扣件组装性能试验,试验结果表明,减振扣件各项性能指标均满足设计要求。在宁波地铁1号线高架段进行试铺和实车测试,现场应用结果表明：试铺的减振扣件服役状态良好,能够满足列车运营和日常养护维修要求;减振扣件各项轨道结构动力学性能指标均满足规范要求,梁面Z振级最大值的插入损失为8.3 dB,梁面分频振级均方根差值为9.8 dB,梁面分频最大振级为72.1 dB,达到中等减振效果。     

钢轨的振动及其模态分析

通过对钢轨进行模态分析来研究钢轨的振动.对比分析了不同刚度扣件下钢轨的自振频率.通过研究钢轨自振情况下的应力分布来寻找更好的轨道减振措施.结果表明:扣件刚度越大钢轨的自振频率越大,但是变化不大;钢轨振动时其轨腰处应力较大,尤其是扣件位置.因此,研究通过在钢轨上采取措施来实现减少轨道振动这一方面的课题时,建议应将重点放在研究减少钢轨轨腰的振动上.     

高架线DTⅦ2型扣件的设计研究

一、概述 扣件是轨道结构中的重要部件,它把钢轨与轨下基础牢固地联结在一起.扣件应具有足够的强度、耐久性及一定的弹性,能长期地保证钢轨与轨枕的可靠连接、保持轨距,并在动力作用下充分发挥其缓冲及减振性能,以减少振动向基础的透入.扣件性能的好坏,直接影响到轨道结构整体的稳定性及养护维修工作量.     

凹形竖曲线上梯形轨道的稳定性研究

为了研究凹形竖曲线上梯形轨道的稳定性,以某城市轨道交通线为例,建立梯形轨道在凹形竖曲线上的叠合梁模型,计算分析在温度荷载、列车垂向荷载和制动力作用下,梯形轨道在凹形竖曲线上的力学特性以及扣件纵向阻力和缓冲垫刚度对轨道结构受力和变形的影响规律。计算表明:由于凸挡台的限位作用,轨道结构在竖曲线上较为稳定;扣件的纵向阻力对钢轨的纵向位移影响较大,为限制钢轨的纵向位移可适当增加扣件的纵向阻力;凸挡台缓冲垫刚度的提高能有效控制钢轨的纵向位移,但会减小缓冲作用,故应合理控制缓冲垫的刚度。     

高速铁路轨道振动与轨道临界速度的傅里叶变换法

将傅里叶变换法应用于轨道结构动力分析中。首先对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应。建立轨道结构连续弹性单层梁模型和双层梁模型,用傅里叶变换法求得列车通过时高速铁路的轨道临界速度,分析轨枕垫板和弹性扣件的刚度与阻尼、轨道基础刚度及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动的影响。研究表明:轨道基础刚度对轨道临界速度有着重要的影响,轨道临界速度随轨道基础刚度的增加而提高;轨枕垫板和扣件阻尼及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动非常敏感,阻尼的存在能极大地减小轨道强振动的发生。     

城轨交通新型轨道扣件研究与设计

研究目的:扣件是城轨交通工程轨道结构中的重要组成部件。目前国内应用于运营地铁地下线的一般减振扣件类型较多,近年来逐步发现存在着一些缺陷。为进一步优化适用于城轨交通60 kg/m钢轨地下线整体道床用的扣件,开展新型扣件的研制很有必要。研究结论:仿真计算分析、试制及室内试验结果表明,新型扣件具有较好的强度、耐久性、弹性及绝缘性能。优化弹条设计,加大了弹条尾部圆弧,增加与铁垫板的接触面积,提高弹条稳定性;减薄铁垫板、弹条插入孔改为长圆孔、优化锚固螺栓及轨距块等措施,使其结构、使用寿命、养护维修等方面较同类型扣件具有一定优越性。     

200km/h无砟轨道道岔扣件系统设计

以增加岔枕螺栓强度安全以及板下弹性垫层在有限空间内实现低刚度的两大技术关键为研究目的,通过吸收遂渝线结构形式和客运专线盖板形式结构优点,研究时速200 km无砟轨道道岔扣件系统设计原则、可供选择的方案以及采用的扣件各零件,使200 km/h无砟轨道道岔扣件系统充分利用Ⅱ型弹条的调距功能,轨下橡胶垫板和板下弹性垫板的缓冲功能,调高垫板对道床不均匀沉降的调整功能,结合高寿命的尼龙套管外预埋不锈钢外套结构和整体设计的复合定位套,将岔枕螺栓的薄弱部位远离受力点保证其强度安全。扣件系统既满足线路运营需要,也适当考虑制造成本。     

无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力测试方法研究

无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力既是轨道结构设计的重要参数,也是相关技术标准中一项必要的基础数据,需要采取科学准确的方法加以测定。通过对常用扣件钢轨纵向阻力测试方法的系统分析,提出以恒定位移速率方式施加拉力荷载作为测试无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力的改进方法,并通过具有代表性的WJ-8型和W300-1型无砟轨道小阻力扣件的测试验证,为《高速铁路扣件系统试验方法第1部分:钢轨纵向阻力的测定》等技术标准的编制提供支撑。     

长大混凝土桥梁无砟轨道温度跨度的研究

研究目的:大跨度混凝土桥上铺设无砟轨道和无缝线路是我国客运专线建设的关键技术之一,对桥梁和轨道工程都是一个严峻考验。对于长大混凝土桥上无缝线路,是否设置钢轨伸缩调节器是困扰长大混凝土桥上无缝线路设计的难题。本文对我国大跨度桥梁无砟轨道无缝线路设计进行研究分析。研究结论:通过对我国大跨度桥梁无砟轨道无缝线路设计研究分析和既有长大混凝土桥梁工点无砟轨道无缝线路运营情况现场调研发现;(1)铺设无砟轨道的大跨度混凝土桥梁温度跨度超过一定范围将引起轨道结构的病害;(2)通过在桥上采用小阻力扣件即减小桥上扣件的纵向阻力,可以降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力;(3)随着桥梁温差取值的增大,钢轨与桥墩受力及轨道和桥梁结构的变形都有明显增大;(4)必须加大大跨度桥上无缝线路监测的力度,加强无缝线路设计参数的试验研究。     

城市轨道交通轨道结构型式的选择

分析了无砟轨道与有砟轨道的特点,提出了城市轨道交通轨道结构的设计原则,并针对不同的轨道结构（钢轨、扣件、道床结构）进行了选型比较,同时对目前国内外常用的轨道结构减振降噪技术做了综合论述,为轨道结构选型设计提供参考.     

高速铁路长大桥梁CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道无缝线路影响因素分析

研究目的:当大跨度连续梁桥上铺设了CRTSⅠ型双块式无砟轨道结构之后,其梁轨相互作用机理更加复杂,原有的计算方法、计算模型及设计参数可能不再适用。针对既有研究的不足,本文基于有限元方法建立纵横垂向空间耦合模型,对道床板和底座板年温差、扣件纵向阻力、橡胶垫板弹性模量和隔离层摩擦系数等设计因素的影响规律进行计算与分析,为高速铁路长大桥梁CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路的设计参数的选择提供参考。研究结论:在进行设计与检算时,应根据不同地区的实际情况分别选取当地不同的年温差作为道床板和底座板的温差取值;通过在桥上采用小阻力扣件,可以明显降低钢轨最大纵向附加力及轨道结构的受力,但当扣件纵向阻力较小时,在长大桥梁的梁端处,扣件的爬行量较大,需要重点加以关注;在限位凹槽周围侧面应设置高弹橡胶垫板;道床板和底座板之间应尽量采用较小摩擦系数的隔离层。     

地铁振动传播的峰值和频率特征分析

采用2种不同刚度的扣件,对地铁振动传播途径各主要部位进行了振动测试,获得了各部位相应的振动加速度时程数据。首先,统计了时域振动加速度峰值及其变化情况;然后,通过傅里叶变换计算了各部位振动的频谱,对比分析了振动在传播过程的频谱变化规律;最后,计算分析了地表Z振级变化。结果表明,扣件刚度在一定范围内变化,对60 Hz附近的振动峰值影响有限,隧道壁和地表的竖向及横向振动振级分别在650 Hz和340 Hz附近迅速下降,之后趋于平缓。使用刚度较小的扣件有利于减小地表竖向振动,但不利于减小地面横向振动。     

广珠城际轨道交通梁端轨道结构受力变形分析

广珠城际轨道交通是我国第一条设计时速200km的城际铁路,全线基本以桥梁为主,桥上采用CRTSI型板式无砟轨道,因梁端转角及位移的存在,梁端轨道结构受力及变形均发生变化。通过梁端轨道结构受力变形分析,研究广珠城际梁端转角与梁端轨道结构的适应性,通过建立梁端位移与无砟轨道结构受力和变形相互影响的计算模型,对广珠城际梁端无砟轨道结构进行受力检算,对扣件系统进行受力分析,找出梁端转角对轨道结构形式的影响,为类似项目的设计提供经验。     

轨建合一新型轨道交通拉压支座的设计研究

通过对北斗星城观光线轨道支座的设计边界、使用要求和安装特点进行分析研究,介绍一种线路轨道修建于建筑楼体上轨建合一新型轨道交通拉压支座的研究设计,结合线路独特的结构特点制定支座设计应考虑的基本原则,其中就支座的降振减噪、自适应性重点对支撑组件、滑移转动副、紧固装置进行详细阐述。经过使用过程中实际检测验证,该支座为在轨建合一的轨道系统中首次成功应用,其理念和方法为轨道交通的纵向发展和横向拓展提供一些启示。