铁路有砟道床劣化研究进展综述

散体道床在列车循环荷载以及复杂环境长期耦合作用下会产生劣化现象,如道砟破碎、道床沉降等。如不及时进行养护维修,会诱发一系列线路结构病害,影响列车的平稳、安全运营。针对国内外关于有砟轨道劣化的已有研究及存在问题进行分析研究,主要包括道砟颗粒劣化、散体道床劣化等有砟道床劣化机理,有砟轨道结构设计主要影响因素及关键设计参数优化,以及大机养护维修、新型有砟轨道结构等延缓劣化措施。在此基础上,对散体道床劣化研究工作中所需要重视的问题进行探讨。     

吹砟车维修机理离散元仿真与应用

研究目的:吹砟车维修在轨枕下方补充硬质小道砟,避免捣固道砟和破损,工程实践上能消除道砟记忆效应。但在微观力学层面缺少对吹砟维修作业方式和效果应用研究,为微观力学层面研究吹砟车工作原理与养护效果,采用颗粒流离散元方法建立道砟-轨枕三维箱体模型,其中采用与道砟颗粒大小一致不规则球体组合代替道砟,借以更加真实模拟道砟颗粒之间咬合力,在轨枕单调加载下研究吹砟养护前后道床力学特性。研究结论:吹砟维修作业前后微观力学分析表明,吹砟车维修能降低轨枕-道砟接触层作用力,对轨枕-道砟沉降影响不大,从数值原理上定量揭示吹砟车维修作业力学原理;与捣固维修作业相比,吹砟维修是一种效率高、成本低、开通速度快、环保维修方法。     

高速列车作用下道床表面风场特性研究

道砟飞溅严重威胁高速铁路行车安全,其受道床表面风场特性影响明显。本文采用计算流体动力学方法,建立精确考虑轨道和车底外形的精细化仿真模型。基于验证后的模型,研究道床表面风速/风压空间分布规律,拟合分析行车速度、道床面高度和砟肩堆高对流场特性的影响,给出飞砟防治建议。研究结果表明:轨枕顶面和道心处风速/风压值较大,易发生道砟飞溅;轨道表面风压幅值与车速的平方成正比,与道床面高度、砟肩堆高成线性关系;若道床面高度、砟肩堆高均降低50mm,道床表面风压幅值将分别降低29.4Pa和9.7Pa,降低道床高度的效果更明显;道砟颗粒上、下表面压差是道砟飞溅发生的根本原因,可通过控制道床表面风压幅值、提高表层道砟稳定性等措施避免道砟飞溅。     

铁路道床振动特性的三维离散元分析

研究目的:铁路碎石道床是一种典型的散粒体结构,为突出考虑道砟颗粒的散体特性,运用离散元法建立轨枕-道床空间耦合的颗粒流模型.通过加载高速列车动荷载时域谱,研究铁路道床在高速行车条件下的振动特性和道砟颗粒的动态响应.研究结论:通过建模和计算,将计算结果与已有试验结果相对比,验证了模型的正确性;在此基础上对铁路道床的振动特性进行分析,结果表明:动荷载作用下道砟之间的接触力按近似45°角的规律传递;相邻轨枕下方道砟颗粒的振动加速度和道砟接触力存在振动叠加作用,道砟颗粒的振动加速度、道砟接触力及道砟颗粒动位移随道床深度的增加而递减.     

超高速有砟道床运营影响分析与解决措施

随着铁路速度的不断提高,超高速有砟道床的研究逐渐成为热点,但是超高速有砟道床存在飞砟现象多发,道床劣化、脏污严重,桥上有砟道床流化等诸多问题。分析国内外高速有砟道床研究情况,分类、总结有砟道床存在的问题及解决措施,为超高速有砟道床的设计奠定基础。研究得出:采取相应措施,可以避免高速有砟道床存在的问题,可满足超高速有砟道床运营要求;针对飞砟需从道砟材质、道床断面、轨枕结构、养护维修等多方面进行综合考虑;轨枕结构优化、新材料、新方法可增强道床纵横向阻力、减缓道砟劣化,是超高速有砟道床发展的重要突破方向。     

米轨混凝土枕道床横向阻力离散元数值模拟

研究目的:为分析米轨混凝土枕有砟道床横向阻力变化特征,本文首先通过圆筒堆底试验与离散元模拟对道砟的摩擦系数进行标定,然后采用离散元法研究匀速推动轨枕和变速推动轨枕两种情况下米轨道床横向阻力特性,同时用单根轨枕测试法开展米轨道床横向阻力试验以验证离散元模型的正确性,最后利用离散元模型探究道砟堆高和道床肩宽对米轨混凝土枕有砟道床横向阻力的影响。研究结论:(1)通过圆筒堆底试验与离散元模拟发现,道砟颗粒摩擦系数取0. 63时与试验结果相吻合;(2)与匀速推动轨枕相比,变速推动轨枕得到的道床横向阻力仿真值与实测值更吻合,因此变速推轨枕得到的道床横向阻力的仿真精度更高;(3)米轨混凝土枕有砟道床横向阻力随着砟肩堆高的增加而增大,砟肩堆高150 mm能显著提高米轨混凝土枕有砟道床横向阻力;(4)随着道床肩宽的增加,米轨混凝土枕有砟道床横向阻力不断增大,当道床肩宽在400～500 mm之间时对道床横向阻力的提高最经济有效;(5)本研究成果可为米轨铁路无缝线路设计理论和米轨铁路有砟道床设计理论提供参考。     

高速铁路有砟轨道横向阻力宏细观分析

研究目的:道床横向阻力是保持列车平稳安全运行的重要因素,砟肩部位是横向阻力重要组成部分,但高速铁路为防治飞砟采取降低砟肩堆高措施,导致道床横向阻力降低。为探究不同速度等级下高速铁路有砟道床横向阻力变化情况,本文进行了Ⅲc型轨枕在不同道床几何断面下横向阻力现场试验。同时,基于3D扫描与离散元法,以颗粒簇Clump和墙体单元分别模拟道砟颗粒和轨枕,细观分析阻力大小、分担、力键及接触特性。研究结论:(1)速度由200 km/h提升至250～300 km/h、300 km/h以上(350 km/h)道床断面条件下,试验结果分别相应降低6. 6%、11. 8%,数值研究分别降低12. 6%、24. 2%,建议300 km/h以上(350 km/h)应采取措施满足横向阻力要求;(2)轨枕底部及轨枕端部占约80%道床横向阻力,枕心部位道砟并未充分参与和作用,宜采取轨枕结构设计、密实和部分胶结方案;(3)轨枕底部-道砟在轨枕横向位移时接触数目较小,轨枕底部结构和纹理可进行优化以增大接触数目;(4)本文研究结果对不同时速下有砟道床断面选型具有一定指导意义。     

换枕机扒砟过程道砟阻力特性研究

根据散体力学原理分析换枕机扒砟过程扒齿受力情况,得出影响换枕机扒砟过程道砟阻力特性的主要因素为道砟密实度及扒砟速度;应用离散元软件EDEM建立道床离散元模型对换枕机扒砟过程进行仿真,仿真分析换枕机在不同扒砟速度下不同扒砟阶段的道砟阻力变化规律,得到扒砟速度与扒砟过程道砟阻力的关系,明确了换枕机扒砟过程道砟阻力特性,进而得出基于换枕机工作效率条件下的最大道砟阻力值,为换枕机结构强度设计及其液压系统稳定性研究奠定基础。     

米轨轨枕不同部位横向阻力分担比的数值模拟

研究目的:为了研究米轨混凝土枕和钢枕横向阻力分担情况,本文采用离散元法分别建立米轨混凝土枕和钢枕有砟道床模型,并通过单根轨枕横向阻力试验验证离散元模型的正确性,进一步研究米轨混凝土枕、钢枕横向阻力分担比例。同时在离散元模型不同部位建立测量圆监测道砟孔隙率,探究轨枕横向移动过程中不同部位道砟密实度变化规律。研究结论:(1)米轨混凝土枕枕端和枕底提供了约79%的道床横向阻力,与道砟颗粒接触面大的轨枕侧面道床阻力占比较小,可以采用密实和部分胶结等方式使枕心道砟充分参与作用;(2)米轨钢枕枕端提供了约60%的道床横向阻力,枕底提供了约30%的道床横向阻力;(3)米轨混凝土枕道床横向阻力主要来源于轨枕与底部道砟颗粒的摩擦作用和砟肩道砟的压力作用,而米轨钢枕道床横向阻力主要来源于枕腔内部道砟的挤压摩擦作用和砟肩部位道砟的压力作用;(4)本文结论可为米轨无缝线路的设计和养护维修提供参考和借鉴。     

重载铁路道砟清洁度对聚氨酯固化道床力学性能的影响北大核心

道砟颗粒表面清洁度分别取0.17%、0.50%、0.70%、1.00%,通过室内实尺模型疲劳试验,分析500万次疲劳荷载作用下聚氨酯固化道床沉降、道床静态模量的变化规律以及轨枕与道床的黏结性能。结果表明,当道砟清洁度超过0.50%后,聚氨酯固化道床沉降明显增大,道床静态模量无明显变化,轨枕与道床黏结性能变差。建议聚氨酯固化道床施工时,在道砟装载、运输过程中采取措施防止道砟二次污染,上砟整道时采取少捣多稳工艺,确保固化道床浇注前道砟清洁度在0.50%以内。     

青藏铁路道床质量状态参数试验研究

碎石道床是铁路有碴轨道结构的重要组成部分,其道床密实度、道床纵、横向阻力不仅是轨道结构分析的重要参数,并且与轨道几何形位劣化和轨道养护维修工作量有密切关系。在气候条件恶劣的青藏铁路,道床密实度、道床纵、横向阻力是否达到设计要求对于保持线路的稳定十分重要。介绍了青藏铁路无缝线路试验段道床密实度、道床纵、横向阻力的试验方法和数据整理分析过程,对道床密实度、道床纵、横向阻力的测定有一定的参考价值。测试结果表明,在青藏铁路,采用合理的施工工艺和方法,按基本作业流程进行施工,道床密实度、道床纵、横向阻力均满足规范要求。     

捣固作业对道砟破碎伤损影响规律的试验研究

通过原位捣固试验研究了捣固次数对道砟破碎的影响规律,并对道砟颗粒的典型破碎形式进行了分析.结果表明:捣固作业会引起道砟颗粒发生明显的破碎伤损,进而导致道砟整体级配发生显著变化,应在有砟道床的养护维修中予以重点关注.捣固作业最容易引起56～63 mm粒径的道砟颗粒发生破碎.对于运营期道床,捣固作业导致的道砟颗粒破碎会使2...     

既有曲线车站站线无缝化改造可行性研究

为完成既有川黔(重庆—贵阳)铁路转关口站和綦江站两座曲线车站站线的无缝化改造,采用原位测试的方法测试了其道床纵向、横向阻力,并据此进行无缝化改造可行性分析,进而提出曲线车站站线无缝化铺设和养护维修建议.结果表明:测试区段69型轨枕的道床纵向、横向分布阻力分别为22.69、12.15 N/mm,Ⅱ型轨枕的道床纵向、横向分...     

新建高速铁路有砟轨道线路平顺性控制技术

基于高速铁路有砟轨道设备的记忆性及维修天窗资源的有限性,在施工建设阶段开展高速铁路有砟轨道平顺性控制,提高线路开通运营品质具有重要的意义。通过对比分析两条有砟轨道开通后平顺性自然衰减规律,发现有砟道床稳定性是线路开通后维持轨道平顺性的核心要素,而捣固作业后的稳定作业是提高道床密实度和稳定性的主要手段。为此以杭黄铁路有砟轨道建设为载体,提出"先轨距调整、后大机整道、再扣件调整"的精调流程,"少捣多稳、低速重稳"的大机作业模式。实践证明,采用上述做法,杭黄铁路拉通试验中正线轨道几何尺寸均值指标TQI为2.5 mm,峰值指标偏差扣分为0,成效显著。     

冻土块石路基的保冷效果数值计算研究

应用有限体积法,对一块石路基内的温度与速度特性进行了数值计算分析。计算结果表明块石路基的热稳定性较好。在路基内,越远离地表,监测点的温度变化越滞后于地表。而且离地表越远,温度变化幅度越小。在对块石路基内的块石层计算中采用了"块石"与"多孔介质"模型。两种模型计算的块石层内空气速度场在冬季都呈现一个逆时针旋转的涡,在夏季则是顺时针旋转的涡。由于块石模型计算的速度更加直接地反映了块石空隙中空气的真实速度,所以其计算结果大于多孔介质模型计算的速度。采用块石模型计算出路基内的整体温度略低于采用多孔介质模型计算结果。本文认为采用块石模型计算块石路基的速度场与温度场优于多孔介质模型。     

道岔区聚氨酯固化道床烘干装置的研发

针对道岔区聚氨酯固化道床施工提出一种道床烘干技术。通过高精度、智能化的道床温湿度检测,实时监控烘干效果。本文首先介绍了道床烘干装置的总体设计,然后对道床烘干数值模拟结果和试验线上实测结果进行了分析。结果表明:当密封罩内分风结构导流角为100°时,密封罩的7个出风口风速均匀;烘干约10 min时道床烘干深度可达350 mm,道床相对湿度约20%,满足聚氨酯施工要求;与现有设备相比,该道床烘干装置具有小型化、快捷化的特点,可实现对道岔区等复杂线路区段的道床烘干作业。     

块石层对其下部路基土体温度的影响

块石调温路堤是多年冻土区铁路设计施工中采取的一项积极主动保护冻土的措施。本文根据野外观测资料 ,对两种不同粒径块石层下地温状况给予了初步的分析。结果表明 ,暖季粒径为 5～ 8cm的碎石层热屏蔽作用要好于片石层 ,而冷季粒径为 4 0～ 5 0 cm的片石层对流作用要强于碎石层。块石层阴阳面下地温分布具有不对称性 ,表现为阳面下地温高于阴面下的地温     

KZ70型石碴漏斗车操纵室结构的设计

介绍了KZ70型石碴漏斗车操纵室的结构特点,并且与以往的石碴漏斗车操纵室进行了比较。     

道碴清筛机挖掘阻力的试验研究

针对清筛机挖掘阻力的形成，对挖掘阻力中运碴阻力形成原因进行了分析．利用设计的试验装置对不同道碴条件下的道碴阻力进行了测试，并在测试数据的基础上，给出了修正挖掘阻力的计算公式