整体道床60kg/m钢轨12号5m间距交叉渡线道岔刚度均匀化探讨

介绍整体道床交叉渡线道岔刚度均匀化的研究意义。交叉渡线道岔和单开道岔相比结构更为复杂,为了研究其轨道刚度分布规律,以整体道床60 kg/m钢轨12号5 m间距交叉渡线道岔为例,建立交叉渡线道岔的轨道刚度有限元计算模型。通过计算分析得到刚度均匀化之前轨道刚度分布规律,表明道岔横向和纵向均存在较大的刚度不平顺。探讨刚度均匀化的原则和措施,提出交叉渡线道岔刚度均匀化的实现方法。刚度均匀化之后,直向和侧向过岔的轨道整体刚度沿线路纵向基本呈均匀分布,可以满足高速铁路和城际铁路在站线或折返线的运输组织需要。     

高速道岔关键技术试验研究

对岔区轨道刚度合理取值及均匀化技术、尖轨降低值优化技术、转辙器运动学轨距优化技术、侧线线型设计技术对动车组高速直、侧向过岔平稳性的影响进行了试验研究。研究结论如下:为保证旅客乘坐舒适性,必须结合采用的扣件特点选择合适的岔区轨道刚度,刚度均匀化在理论上可以实现,实际上受施工质量以及道岔精调状态等因素影响;尖轨相对于基本轨的降低值决定了轮轨垂直力在尖轨和基本轨间的过渡范围及过渡比例,并直接影响列车过岔平稳性,降低值过大会严重影响道岔平顺性及降低行车平稳性;是否采用运动学轨距优化技术对道岔平顺性无显著影响,客专线道岔不采用运动学轨距优化技术是有试验数据支撑的;动车组侧向通过42号和62号道岔的车体水平加速度实测最大值小于1.5m/s2,符合技术条件要求,和设计预期一致。     

重载铁路道岔区轨道刚度的分布及均匀化

针对重载铁路道岔区因轨道刚度分布不均匀而造成的轮轨动力冲击作用过大的问题,运用MIDAS软件建立75kg·m~(-1)钢轨12号固定辙叉道岔全长范围内的三维全尺寸有限元模型,研究道岔区全长范围内轨道整体刚度的分布。结果表明:道岔区里轨刚度的最大值为285kN·mm~(-1),较区间线路轨道刚度最大相差165kN·mm~(-1);道岔区基本轨刚度最大值为178kN·mm~(-1),较区间线路轨道刚度最大相差57kN·mm~(-1)。为实现岔区轨道刚度的均匀化,提出调整铁垫板下长大胶垫刚度的技术解决方案。现场试验表明,该方案可以使道岔区的里轨刚度最大降低约17%,基本轨刚度最大降低约16%,实现岔区的轨道刚度基本与区间线路的轨道刚度在同一水平上,基本消除了道岔区的轨道固有刚度不平顺,有效减少了轮轨动力作用。     

75kg/m钢轨12号高锰钢固定辙叉单开道岔刚度均匀化设计研究

重载铁路道岔的不均匀刚度势必加剧轮轨相互作用,影响列车运行稳定性的同时引发严重的道岔部件伤损。在充分考虑扣压件、铁垫板及板下胶垫、钢轨类型、滑床台等影响因素的基础上,应用有限元法建立了75 kg/m钢轨12号固定辙叉单开道岔的轨道刚度计算模型。轨道刚度分布规律的分析结果表明,道岔横向和纵向均存在较大的刚度不平顺。为消除这种不平顺,探讨了均匀道岔轨道刚度分布的扣件刚度设置方式,在采取相应均匀化措施后,直、曲基本轨下整体刚度沿线路纵向基本呈水平分布。运用超弹性有限元方法对固定辙叉重载道岔的板下胶垫进行设计,优化方案既保证了胶垫强度又便于刚度调整的实现。     

重载铁路12号固定辙叉道岔轨道刚度变化分布研究

本文通过建立重载12号固定辙叉道岔整体有限元分析模型,计算了岔区轨道刚度的分布特征。研究结果表明:道岔区轨道刚度不平顺问题较为严重,基本轨刚度转辙器区要大于连接部分和辙叉区,里轨刚度辙叉区最大,转辙器次之,连接部分最小。     

道岔轨下刚度不均匀对轮轨系统动力特性的影响分析

本文应用刚柔多体混合建模理论,建立道岔区车辆和钢轨动态空间仿真模型,在模型中考虑了道岔区尖轨和心轨部位轨道的几何不平顺,考虑了由于道岔区钢轨断面分布不均匀、道岔结构特征产生的结构不均匀以及轨枕长度的变化、轨下基础弹性分布等参数变化引起的轨道竖向刚度不均匀,研究了这种轨道竖向刚度不均匀和几何不平顺对列车不同速度下的轨道结构系统动态刚度的影响,以及在不同的速度下对列车通过道岔时车辆的振动响应、轮轨作用力和道岔区轨道结构各部分振动的影响,并分析竖向刚度不均匀对列车运行通过道岔区平稳性变化的影响规律,为研究道岔区轨道结构刚度优化提供理论依据.     

尖轨轨下采用弹性滑床板对轮轨动力性能影响

通过建立道岔垂向几何不平顺及刚度不均匀激扰模型 ,运用车辆 轨道耦合动力学理论 ,模拟计算了提速列车对提速道岔的动力影响。详细比较了提速道岔尖轨轨下采用弹性滑床板后提速列车对提速道岔的动力作用性能 ,并进行了实验验证。结果表明 ,提速道岔尖轨轨下采用弹性滑床板后可大大减轻基本轨至尖轨区过渡段轮 /岔垂向相互作用 ,有效地改善道岔的动力性能 ,延长滑床板及道岔的使用寿命。     

时速250km级18号道岔设计理论与试验研究

为确保客运专线建设成功,铁道部组织进行了客运专线道岔的自主研发。本文以系统集成设计方法,建立了250km/h客运专线道岔动力强度、无缝道岔设计理论、转换计算理论、轨道刚度设计理论等设计理论体系,优化了道岔平面线型,研发了新型扣件系统及心轨一动处工电结构,实现了岔区轨道刚度的合理设置与均匀化。对所研制的250km/h客运专线有砟轨道18号道岔在胶济线进行试铺和动测试验,CRH动车组、提速客车及货车直、侧向过岔时的动力测试结果表明,该道岔具有较高的安全性和列车运行平稳性,证明了客运专线道岔设计理论体系的科学性及道岔结构设计的合理性。     

增加道岔尖轨轨下弹性对轮—岔动力性能的影响

通过建立道岔垂向几何及刚度不平顺激扰模型,运用车辆—轨道耦合动力学理论,模拟计算了提速列车对提速道岔的动力影响。比较了提速道岔尖轨轨下增加弹性后提速列车对道岔的动力作用,并进行了现场测试。结果表明提速道岔尖轨轨下增加弹性后能减轻基本轨至尖轨区过渡段轮—岔垂向相互作用,有效地改善道岔的动力性能,延长滑床板及道岔的使用寿命     

增加道岔尖轨轨下弹性对轮-岔动力性能的影响

通过建立道岔垂向几何及刚度不平顺激扰模型，运用车辆一轨道耦合动力学理论，模拟计算了提速列车对提速道岔的动力影响。比较了提速道岔尖轨轨下增加弹性后提速列车对道岔的动力作用，并进行了现场测试。结果表明提速道岔尖轨轨下增加弹性后能减轻基本轨至尖轨区过渡段轮一岔垂向相互作用，有效地改善道岔的动力性能，延长滑床板及道岔的使用寿命。     

无砟轨道无缝道岔设计计算方法及受力与变形规律探讨

铺设在无砟轨道基础上的无缝道岔中纵向力的传递机理与有砟轨道明显不同,主要区别为岔枕在道岔里轨与基本轨间不传递纵向力,限位器成为里轨和基本轨之间唯一的传力部件。就无砟轨道基础上无缝道岔的纵向力传递机理、钢轨受力及变形规律等进行探讨,为无砟无缝道岔设计提供参考依据。     

基于刚柔结合建模技术的道岔区轮轨动力学仿真分析

采用刚柔结合建模技术,将轨道视作柔性体,车辆视作刚性体,结合有限元软件和多体动力学软件联合仿真,研究在动荷载作用下,轨道几何及刚度不平顺对道岔区轮轨动力特性的影响。结果表明,道岔区刚柔结合体模型基本反映了道岔轨道在车辆经过时产生的振动规律以及轨下不平顺对轮轨系统振动特性的影响;由计算得到的轨道动刚度分布规律也可为道岔区轨下刚度平顺化设计提供参考。     

轨道交通列车过岔振动特性研究

建立了列车过岔有限元模型,利用轨道振动微分方程原理,定性研究城市轨道交通中不同轨下刚度和列车速度在道岔辙叉区对轨道振动特性的影响.分析了心轨尖端、心轨跟端及辙叉区共用垫板中心等特殊部位处的轨道振动特性.结果表明:列车速度的变化对钢轨最大竖向加速度和岔枕最大竖向加速度的影响较大;而辙叉区轨下刚度的变化对钢轨最大竖向位移、岔枕最大竖向位移及岔枕最大竖向加速度有较大的影响.     

转辙器轨距加宽对高速道岔动力特性的影响

运用道岔系统动力学理论,考虑轨距加宽式转辙器的结构特性,建立列车/道岔耦合动力学模型,以350 km/h客运专线18号高速道岔为例,计算分析了列车以350 km/h直向及80 km/h侧向过岔时的动力特性.结果表明:转辙器轨距加宽可提高列车直、侧向过岔时的平稳性,降低直向过岔时尖轨的磨耗指数,减轻尖轨侧磨,增加尖轨开始受力截面的轨顶宽度;增大转辙器部位的动轮载、轮缘力及动应力,对尖轨受力不利;转辙器轨距加宽对列车侧向过岔的轮重减载率和脱轨系数有不利影响,对直向过岔的影响不大.因此,建议在我国350 km/h客运专线高速道岔设计中,暂不使用转辙器轨距加宽技术.     

城市轨道交通7号无砟道岔的无缝化设计研究

结合宁波地铁5号线前殷停车场的无缝线路设计方案,建立无砟轨道无缝道岔的空间耦合有限元仿真模型,对城市轨道交通7号无砟道岔无缝化后的钢轨强度、轨道稳定性、间隔铁受力及冻结接头受力等进行计算分析。研究结果表明:在温度荷载作用下,道岔基本轨承受一定的附加力作用,钢轨最大温度力出现在辙跟基本轨处;尖轨尖端纵向变形最大,基本轨纵向变形较小;冻结接头受力在岔头位置出现最大值;7号无砟道岔采用冻结接头的无缝化设计可行。     

道岔竖向刚度算法探究

采用解析解法计算道岔竖向刚度可清晰的反应力在结构上的传递过程。算法中钢轨及扣件系统刚度计算采用文克尔地基梁模型,铁垫板及板下胶垫刚度计算采用有限长梁初始参数法,然后串联两者,通过迭代求得道岔竖向刚度。以12号可动心轨道岔为例,对比解析解和数值解计算结果可得,两者刚度变化规律基本相同,尖轨前端在直向过岔时,里轨由于帮轨作用刚度增加约9.7%,基本轨由于铁垫板长度增加,刚度增加约1.2kN/mm;导曲线部分,由于共用垫板钢轨的距离变大,帮轨作用下降,轨道刚度减小。但由于解析解算法的不连续性,计算结果图不平滑,有平台和突变的情况。     

现代有轨电车59R2槽型钢轨6号单开道岔设计

道岔是线路的关键设备。有轨电车线路使用槽型钢轨,槽型轨道岔与普通道岔不同,槽型轨道岔就成了有轨电车项目中线路工程的关键。为了满足沈阳浑南新区现代有轨一期工程需求,在分析部分国内外有轨电车槽型轨道岔的基础上,根据国内现有钢轨的品种范围,进行现代有轨电车用59R2槽型钢轨6号单开道岔设计,选定拼装式转辙器、整体型高锰钢辙叉的典型结构,并进行厂内试制和试铺。该道岔已经投入使用,效果良好,并提出进一步的优化和改进措施。     

有轨电车侧向通过3号道岔的动力学性能分析

3号道岔侧股的曲线半径较小，受到的轮轨冲击力较大，这在一定程度上降低了有轨电车侧向过岔的安全性。为研究有轨电车侧向通过3号道岔时的动力学性能，选取了列车运行速度、摩擦系数、轨距和坡度4个参数作为影响因素。基于车辆动力学理论，对比分析了各影响因素不同取值下有轨电车侧逆向和侧顺向通过3号道岔时轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数及轮重减载率的变化规律。仿真结果表明，有轨电车侧顺向通过3号道岔的动力学性能总体优于侧逆向；在不同的速度、轨距和坡度工况下，侧顺向过岔的安全性优于侧逆向；在不同的摩擦系数工况下，侧逆向过岔的安全性优于侧顺向。4种影响因素对有轨电车侧向通过3号道岔时的轮重减载率影响最大。4种因素中，列车运行速度和摩擦系数对有轨电车侧向过岔的影响较为显著。     

无砟道岔结构横移影响分析及病害整治

无砟道岔结构横移是高速铁路轨道出现的典型病害之一,导致了多处列车限速运行。本文以客运专线18号可动心轨道岔为例,运用多体动力学软件建立车辆-道岔耦合动力学模型,分析了无砟道岔结构横移量对车辆动力特性的影响,并对横移病害整治方法进行了研究。结果表明:无砟道岔结构横移会产生方向不平顺,导致轮轨横向力、脱轨系数及车体横向振动加速度大幅增加;直、逆向过岔时,辙叉区横移对车辆动力特性的影响大于转辙器部分,而转辙器部分横移会持续影响车体通过辙叉区的横向加速度;采用抬升推移法对岔区无砟轨道结构进行调整时,底座板与基床表层之间的黏结力对顶推力的影响大于轨道结构刚度。     

高速道岔轨道几何状态评价与规律研究

高速道岔的轨道几何不平顺状态能够直观反映其服役性能,开展高速道岔区段轨道几何不平顺状态管理是道岔检养修体系中的重要一环。以高速综合检测列车2023年1月—5月采集得到的检测数据为研究对象,从道岔结构、管理速度、道岔型号、辙叉号角度进行分类,分析当前高速正线道岔铺设概况。以道岔区轨道质量指数为基础,提出能够量化一定检测周期内道岔区段轨道几何整体状态与变化情况的道岔轨道状态指标与波动率指标。最后,以铺设最广的1/18道岔为研究对象,分析主型1/18道岔的轨道几何不平顺状态规律。研究结果为后续应用TQI-T评价高速正线道岔动态轨道几何不平顺状态以及指导道岔区段养护维修等工作奠定基础。