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。     

Ⅲ型弹条断裂原因分析

针对一地铁线DT-Ⅲ型扣件弹条断裂情况进行统计和分析,发现弹条断裂主要集中在曲线地段钢轨波磨处。利用有限元方法建立数值模型,分析了弹条安装状态下的模态特征,对弹条在实际工作状态下的振动特性进行了测试分析,并与现场动力学试验结果进行了对比。研究结果表明,当轮轨力激励频率与弹条固有频率接近或一致时,将会引起弹条的共振效应,从而导致弹条断裂。     

钢轨波磨对地铁车辆振动噪声的影响

以国内某地铁线路为研究对象,调查并测试了钢轨波磨不平顺,分析了钢轨波磨特征;对实际运行中的地铁车辆进行了振动与车内噪声测试,从时域和频域信号重点分析了分别安装普通扣件和先锋扣件钢轨波磨对车辆振动噪声水平及频谱特性的影响。结果表明,采用先锋扣件的轨道容易产生短波长钢轨波磨;钢轨波磨是导致车辆振动和车内噪声过大的关键因素。研究结果可为地铁线路波磨治理及车辆振动噪声控制提供参考。     

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。     

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。     

地铁波磨下胶垫频变对轮轨高频振动的影响

研究目的:为研究地铁钢轨波磨条件下扣件胶垫频变特性对轮轨系统振动响应的影响规律,本文首先测试并表征地铁扣件橡胶垫板的频变力学特性,然后建立地铁车辆-轨道垂向耦合动力学频域分析模型,并以某地铁实测钢轨波磨数据作为激励输入,计算和分析地铁扣件胶垫频变特性对轮轨系统高频动力响应的影响。研究结论:(1)在双对数坐标系下,扣件胶垫刚度(阻尼系数)随激振频率呈近似线性正相关(负相关);(2)考虑胶垫频变特性后,除钢轨振动加速度外,轮轨系统在波磨诱发频率范围内的动力响应均显著减小,但钢轨振动响应主频仍然在波磨诱发频带;(3)胶垫频变特性会增大轮轨系统在35～90 Hz以及700 Hz以上频段的振动响应,因此在预测地铁环境振动和高频轮轨噪声等问题时应考虑扣件胶垫频变特性;(4)本研究结论可为地铁钢轨波磨条件下轮轨系统的准确动力评估提供理论与试验依据。     

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。     

轮轨振动对高铁扣件伤损的影响分析

高速铁路在长期运营中会出现钢轨波浪形周期性磨耗和动车组车轮多边形周期性磨耗,轮轨发生周期性磨耗后,轮轨间动力作用增大,且产生高频激励。分析高速铁路钢轨波磨和动车组车轮多边形磨耗引起的轮轨间高频激励,揭示了轮轨高频激励与扣件弹条固有频率接近时导致弹条产生共振,从而造成弹条伤损的重要机理,并在多个现场案例中得到验证。     

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。     

地铁高架线曲线段DTⅦ_2型扣件T型螺栓异常断裂研究

针对某地铁高架线曲线段DTⅦ2型扣件T型螺栓(简称T栓)出现异常断裂问题,通过对断裂T栓的金相分析,以及对钢轨动位移、轮轨力、T栓应力、钢轨表面不平顺、钢轨和T栓振动加速度的测试,进行DTⅦ2型扣件T型螺栓断裂研究。结果表明:T栓裂纹位于螺栓一侧的头部与杆部过渡位置,裂纹沿45°向螺栓头芯部扩展,T栓断裂为疲劳断裂;T栓断裂扣件的钢轨—T栓的振动加速度响应传递比在700~800Hz频率处存在振动放大与相位不同步现象;曲线内股钢轨存在较为严重的28mm短波波磨,当车速为75km·h-1时,钢轨振动加速度主频在700~800Hz之间,与T栓振动放大频率耦合。T栓断裂的主要原因为:部分T栓断裂扣件系统匹配状况不良,导致在700~800Hz频率处T栓振动放大,钢轨与T栓振动不同步;钢轨短波波磨诱发钢轨700~800Hz高频振动,T栓振动量级超过钢轨,造成T栓根部应力集中部位疲劳断裂。     

地铁小半径曲线轨道扣件参数对钢轨波磨的影响

针对地铁曲线线路中出现的钢轨波磨现象,基于地铁小半径曲线轨道上轮轨间蠕滑力饱和引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致钢轨波浪形磨耗的理论,借助有限元方法,建立不同扣件类型的轮轨系统接触模型,并采用复特征值方法研究在车辆通过小半径曲线线路时轮轨系统的稳定性,研究不同扣件模拟方式及刚度对钢轨波磨的影响。对比计算结果可以发现:相比于使用弹簧阻尼单元,采用实体单元模拟扣件的模型结果更贴近现场数据;在轨下垫板与钢轨分别设置接触和固定连接的模型中,接触模型的仿真结果更加理想。由此可见,研究钢轨波磨时,接触模型是一种较为可取的仿真方式;一定范围内改变扣件的刚度对摩擦自激振动产生时对应频率的大小影响甚微,但扣件的垂向刚度值过小会使波磨现象更加严重。     

城市轨道交通振动和噪声的控制

介绍了城市轨道交通振动和噪声控制的研究和工程进展。着重介绍了浮置板、弹性支撑快、道碴垫、弹性扣件、钢轨下橡胶垫板、铁垫板下橡胶垫板、钢轨和车轮的处理、车辆弹性悬挂系统等减振降噪措施。     

WJ-7型扣件横向阻力试验研究

为确定轨条碎弯时WJ-7型扣件的横向刚度取值,在实验室条件下,对一段安装了一组扣件的短钢轨加载横向力,测量扣件铁垫板和钢轨截面轨头、轨腰、轨底的横向位移,考虑到试验误差,只取均匀性较好5组数据分析横向力与位移之间的关系。试验结果表明:铁垫板位移随横向力的加载呈线性增加;以铁垫板产生单位位移所需施加的横向力表征横向刚度,常阻力扣件横向刚度在143.7～162.1 kN/mm,小阻力扣件横向刚度在130.2～138.9 kN/mm;钢轨截面各位置横向位移曲线由二次抛物线和直线两部分组成。     

地铁基础减振地段钢轨异常波磨 治理方案研究

针对地铁线路产生的钢轨异常波磨问题,调研了某地铁线路的钢轨波磨情况以及基本特征,对轨道刚度、 钢轨廓形、轨距以及轨道动力特征进行测试,提出钢轨异常波磨的治理思路,并对波磨治理效果进行跟踪测试, 提出既有线以及新建地铁线路钢轨波磨的治理以及预防方案。研究表明：地铁钢轨波磨较为严重,波长在 25～ 100 mm 之间;轨道垂向刚度、横向刚度整体较弱,钢轨位移大,保持轨距能力差,轮轨关系恶化,在特定频段 范围内轮轨振动加剧,从而引起钢轨波磨的产生和发展。通过更换扣件及垫板、轨道精测精调、钢轨打磨措施可 以使车内噪声降低 5～10 dB,轨面不平顺显著降低,打磨周期延长至 1 倍以上;既有线路可通过“细调查、调参 数、精维修、动态检查”治理钢轨波磨,新建地铁线路应在规划、设计、运营维护、动态验收阶段严格把关,合 理采用减振轨道,避免钢轨异常波磨的产生和发展。     

60Si2Mn材质弹条疲劳断裂原因分析

通过对城市轨道交通钢轨扣件中60Si2Mn弹条在现场实际使用过程中发生断裂现象的理论定性和有限元定量分析研究,确定了影响弹条断裂的原因。通过研究60Si2Mn弹条在钢轨扣件中的受力情况可知,其最大等效应力集中点与弹条现场使用实际破坏点相吻合,这是弹条断裂的主要原因之一,而弹条长期处于强度极限条件下工作,最终发生疲劳破坏,为弹条断裂的根本原因。经过现场对比试验,提出了相应的优化措施和60Si2Mn弹条在设计和维修养护过程中应把控的关键点。     

轨道系统钢轨振动衰减率动力测试研究

研究目的:钢轨振动衰减率是轨道结构动力分析的重要内容,可反映振动沿钢轨纵向传播的特性。本文采用试验的方法,对比分析剪切型减振器、DTVI_2扣件两种轨道结构型式下的钢轨振动衰减率,并进一步分析北京地铁特殊钢轨波磨的成因及整治措施。研究结论:(1)在大于400 Hz频率范围内,剪切型减振器扣件比DTVI_2扣件具有更大的振动衰减率;(2)剪切型减振器扣件在160~250 Hz频段的振动衰减率较低,大部分低于0.1 dB/m,在该频段不能提供足够的阻尼抑制轮轨相互作用引起的剧烈振动,这是钢轨异常波磨快速发展的主要原因之一;(3)针对性地调节轨道系统振动频率特性以避开轨道共振峰值点,并提高系统动态阻尼抑制钢轨振动,是有效整治异常波磨发展的重要改进措施;(4)本研究成果可为整治北京地铁异常钢轨波磨提供依据。     

北京地铁钢轨波磨测试分析

针对北京地铁钢轨异常波磨问题,对地铁5号线各种轨道结构形式进行钢轨振动加速度测试,对地铁4、5号线全线进行车厢内噪声测试,在地铁5号线选择4种扣件形式进行钢轨模态测试.结果表明:对于剪切型减振器扣件,在300Hz左右轮轨的共振效应,是该扣件区段产生钢轨波磨的主要原因;钢轨波磨引起的轮轨接触面不平顺,是产生车内异常噪声的...     

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。     

扣件DI弹条非正常部位断裂原因分析及结构优化

通过对DI弹条非正常部位断裂的研究,发现扣件安装时弹条与铁垫板安装孔发生接触,致使弹条在中肢与尾部圆弧过渡区域产生应力集中,发生早期疲劳断裂。本文在研究弹条结构及安装方式的基础上,在弹条的中肢与尾部圆弧过渡区域引入"凹面"结构,对弹条进行结构优化,并通过扣压力和疲劳性能检测、实验室疲劳断裂检验、现场试铺检验等对带有优化"凹面"结构的DI弹条性能进行检测。结果表明:优化后的弹条扣压力和疲劳性能均合格,且能有效抑制因接触产生的非正常部位断裂,提高弹条性能。     

北京地铁4号线钢轨异常波磨调查及整治措施

通过对北京地铁4号线钢轨异常波磨情况的全线调查,得到全线钢轨异常波磨出现的主要特征;针对波磨情况最为严重的轨道减振器扣件区段,进行钢轨原始不平顺评估、钢轨硬度测试以及减振器扣件轨距保持能力的测试分析,初步明确轨道减振器扣件产生钢轨波磨的原因,并针对具体情况给出整治措施。