山西中南部铁路30t轴重75kg/m钢轨重载道岔设计研究

30 t轴重重载运输是货物运输的主要发展方向之一。结合山西中南部铁路的建设,前期研究开发了30 t轴重60 kg/m钢轨12号、18号重载道岔,经在既有线上道试验,总体使用效果良好。但根据目前的相关技术标准,30 t轴重重载线路应使用75 kg/m钢轨,为此有必要研究开发75 kg/m钢轨重载道岔。简要介绍75 kg/m钢轨12号、18号重载道岔的研究设计,包括平面线型及结构设计,通过增大导曲线半径、尖轨加宽技术,设置轨撑、采用镶嵌式合金钢组合辙叉和高锰钢组合辙叉(爆炸硬化)等优化道岔结构设计,经动力学仿真分析研究表明:75 kg/m钢轨重载道岔的结构部件位移及加速度均低于标准限值,并且能够满足行车安全性要求。     

30t轴重12号重载道岔交叉渡线轮轨力学行为及安全性研究

30 t轴重重载道岔已在山西中南部通道正线上投入使用,但对配套重载交叉渡线的研究尚属空白。基于车辆-道岔耦合动力学,采用多体动力学分析软件SIMPACK建立30 t重载货车-12号交叉渡线动力仿真模型,分析重载列车过岔方式、过岔速度及轨底坡设计对行车安全性的影响,为30 t轴重重载铁路交叉渡线的设计提供合理建议。     

重载铁路曲线几何参数对钢轨磨耗影响的研究

重载线路小半径曲线外股钢轨侧磨速率明显加快.采用仿真计算结合现场测试,分析我国重载铁路轨道几何参数(超高和轨底坡)对曲线钢轨磨耗速率的影响规律.采用多体动力学软件 NUCARS 建立我国重载货车—轨道模型,改变超高和轨底坡两项轨道几何参数,采用数值积分方法仿真计算车辆通过曲线的性能.分析结果表明,设置合理的曲线欠超高和非对称的轨底坡可改善车辆通过曲线时的轮轨接触状态,降低了轮对冲角、外轨横向力和磨耗指数,从而在一定程度上减小钢轨磨耗速率.现场试验段长期观测的数据表明,两种措施对改善小半径曲线钢轨侧磨起到积极的作用.     

30 t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究

论述国外重载铁路钢轨技术体系及标准,分析我国重载铁路钢轨使用现状,开展30t轴重铁路钢轨技术体系及标准研究.针对轨型/单重研究、轨头廓形优化及新廓形75N钢轨的研发、重载铁路用新钢种钢轨研究、维修养护策略研究、30t轴重钢轨的选用、重载铁路钢轨标准研究进行分析,提出30t轴重铁路钢轨使用单重75 kg/m钢轨,直线铺设钢轨强度等级为980 MPa或1080 MPa,曲线铺设钢轨强度等级为1300MPa及以上;钢轨廓形选用新廓形75N钢轨廓面.建议设置试验段,对技术体系进行试验验证.     

35.7t轴重重载铁路轨道关键设计参数研究

我国面临着发展重载铁路和承担海外重载铁路的设计任务,美国、加拿大、澳大利亚等国重载铁路的轴重普遍达到35.7 t,结合海外项目,以35.7 t轴重货车为例,对此轴重条件下的轨道结构主要设计参数进行研究。轴重的提高对重载铁路轨道部件提出更高的要求。采用商业有限元软件ANSYS,建立轨道-路基系统有限元模型,主要研究钢轨类型、轨下垫板刚度、道床状态、路基基床参数对35.7 t轴重货车的轨道结构静力学特性的影响,为轴重35.7 t轨道结构的关键参数选取提供建议。     

75kg/m钢轨12号重载道岔服役性能优化分析

应用有限元方法,针对尖轨侧磨、间隔铁处钢轨压溃、轨底坡设置的不同工况建立三维弹性轮轨接触模型进行轮轨接触应力计算分析,揭示了病害产生的主要机理,并提出改善重载道岔服役性能的优化方案.结果表明:轴重大、轮轨作用力大、尖轨承载能力偏弱是重载铁路道岔尖轨侧磨严重的根本原因;间隔铁处的轨道刚度偏大和间隔铁与轨头下颚紧密接触对钢...     

钢轨轨底坡对重载铁路轮轨关系影响的研究

为研究我国重载铁路钢轨轨底坡对轮轨关系的影响,计算分析不同轨底坡条件下,重型钢轨75kg/m(CHN75)与LM车轮踏面匹配时的静态轮轨接触参数.采用多体动力学软件SIMPACK建立我国重载货车模型,采用数值积分方法仿真计算两种轨底坡工况下车辆的曲线通过性能.分析结果表明,对于75 kg/m(CHN75)-LM接触副,与1/40轨底坡相比,采用1/20轨底坡时接触点的分布更为均匀、合理.当轨底坡由1/40增为1/20后,相同轮对横移量下的轮径差和接触角差均有所增大,改善了轮对重力刚度,提高了车辆的曲线通过能力;并使轮轨接触斑面积增大,降低了滚动接触疲劳发生的几率.为我国重载铁路轨底坡的取值提供参考.     

30t轴重重载铁路轨道结构技术创新与发展

论述国内外重载铁路总体现状和国内外重载铁路轨道结构现状及发展,以及新建山西中南部铁路通道概况。从有砟轨道、无砟轨道和重载道岔方面阐述和分析30 t轴重重载铁路轨道结构技术创新,提出我国30 t轴重重载铁路轨道结构技术发展思考。根据对30 t轴重重载铁路轨道结构体系的技术创新实践,提出加强对科研成果的总结和凝练,通过优化形成完善的30 t轴重重载铁路轨道结构技术标准体系等建议。     

40t轴重68kg/m钢轨18号道岔设计

提出了适用于40 t轴重铁路18号道岔的设计原则与技术指标。新型重载铁路道岔采用68 kg/m钢轨制造,道岔全长69 m,前长31 729 mm,后长37 971 mm。平面线型采用相离量24 mm、半径1 100 m的单圆曲线,仿真分析显示该线型动力学性能良好,曲线尖轨具有较好的耐磨性能;尖轨采用60AT1钢轨制造,曲线尖轨为"直曲组合型",直线段长度7 276 mm,直曲尖轨采用刨切基本轨加厚尖轨技术。辙叉采用可动心轨辙叉,翼轨采用TY钢轨、心轨采用60AT1钢轨制造,直向不设护轨,侧向增设一段护轨,用于保护叉跟尖轨的薄弱断面;尖轨、长心轨、翼轨通过锻压与68 kg/m钢轨顺接。     

重载铁路道岔的垫板制造工艺研究

垫板作为道岔结构的关键组成部分,主要固定钢轨件及高锰钢叉心的位置,并且承受车轮传递给钢轨的压力。由于设置位置及构造要求不同,垫板有许多种类。文章分析了30 t轴重重载铁路道岔垫板及零件的结构特点、制造工艺。根据传统垫板的特点,研究开发了专用重载道岔的垫板工装、组焊胎型。针对30 t轴重的重载轨道结构以及一些关键参数对重载轨道结构动力的影响规律,通过对垫板总长度、宽度、厚度极限偏差的确定,垫板底面平面度、机加工表面粗糙度、承轨槽平面度的确定,经现场试制、试铺和审核,研制设计出高品质的道岔垫板。为进一步提高垫板加工精度,通过优化垫板胎型的结构,提高垫板组焊胎的精度,使之完全达到行业技术标准,现已推广使用。     

30 t轴重60 kg/m钢轨18号重载道岔设计

随着国内客运专线的大规模建设,重载运输也必将得到普遍的推广使用。根据30 t大轴重的特殊要求,结合山西中南部重载铁路的使用条件,在大秦线经过大量现场调研,研究开发了专用的重载道岔产品,从道岔平面、结构设计、轨下基础及转换设备等各个方面,有针对性地进行研究,分别从尖轨尖端加厚、辙叉采用多种合金钢钢轨组合型式、护轨采用新型轨撑垫板结构、岔枕采用预埋铁座联结方式等方面进行设计创新。并在既有线上道试验,目前使用状况良好,根据测试结果反馈的问题,优化了道岔结构及材料性能指标,从而建立了国内重载道岔技术体系。     

新型重载道岔研制

重载道岔是重载铁路的关键设备,也是线路的薄弱环节,其尖轨、辙叉心轨的寿命是影响重载道岔寿命的决定因素。针对既有重载道岔调研情况,研究近年来我国重载道岔关键部件(尖轨、辙叉)的结构改进技术方案,并且结合上道试用验证。实际效果证明,改进后的方案能够适应我国重载铁路"大轴重、高密度和超大运量"的使用要求,且大大延长了主要部件的寿命,提高了重载铁路运能,减少了养护维修工作量。     

城市轨道交通60 kg/m钢轨12号单开道岔设计研究

北京新机场线是时速160 km的城市轨道交通线路,相较于普通城市轨道交通线路,具有列车轴重大、速度高、通过地段复杂多样等特点,有必要对其道岔系统进行专门研究。研究的重点为道岔平面线型、结构构造、轨下基础及工电结合部等几个方面。研究结果:采用60AT2尖轨并设置轨底坡或轨顶坡,提高了列车经过岔区时的平稳性和旅客的乘座舒适度;采用镶嵌翼轨式合金钢组合辙叉提高了辙叉使用寿命,减小了养护维修量;采用不同刚度的板下弹性垫层,实现了城市轨道交通道岔岔区的刚度均匀化及整体低刚度化,有效降低了岔区的振动噪声。     

40t轴重下曲线半径与轮轨磨耗及疲劳损伤的关系

轮轨磨耗及滚动接触疲劳损伤是影响大轴重列车运行安全的重要因素,本文基于多体动力学软件UM建立了40 t轴重重载货车动力学模型,从轮轨磨耗、疲劳损伤2个角度,研究曲线半径对40 t轴重货车通过曲线时动力性能的影响,给出最小曲线半径的建议取值。研究结果表明:货车在曲线上运行时,轮轨磨耗和疲劳损伤均在小半径曲线上更严重;与400 m曲线半径相比,曲线半径800 m时轮轨磨耗降低68%,轮轨间出现轮缘接触的频次得到有效控制;曲线半径1 200 m时轮轨磨耗和疲劳损伤分别降低80%,58%,滚动圆外侧10~30 mm内基本不再出现疲劳损伤。建议最小曲线半径一般情况下取1 200 m,困难情况下取800 m。     

30t轴重重载道岔合金钢组合辙叉应力分析

基于有限元法建立弹性基底约束条件下30 t轴重重载道岔合金钢组合辙叉结构的轮轨接触耦合计算模型,对重载铁路道岔中典型的12号和18号合金钢组合辙叉,分别取3个特征位置进行钢轨应力和轮轨接触应力计算分析。结果表明:模型中辙叉受力与实际情况一致;2种辙叉计算结果一致;翼轨、心轨上的应力最大值分别发生在咽喉区、心轨顶宽20 mm处;考虑到顶宽20 mm处心轨的钢轨应力超出合金钢强度极限,建议对该处进行适当加强,并调整翼轨与心轨相对位置以减小心轨承载比例;由于心轨顶宽不足,轮轨接触面积过小导致顶宽20 mm处心轨承担过大的接触应力。     

重载货车轴重与速度匹配关系研究

基于重载货车轨道耦合动力学模型,采用机车车辆与线路最佳匹配设计方法,进行货车轴重与速度的匹配研究.结果表明:25,27,30和40t轴重重载货车容许通过轨道低接头的速度应分别小于110,100,90和60km·h-1;40t轴重重载货车以60km·h-1速度在直线线路上运行时,其轮轨垂向力为249.6kN,非常接近英国铁路250kN轮轨垂向力的限值;在我国现有以60kg·m-1轨为主的干线铁路上开行30和40t轴重重载货车,对轨道结构的破坏比现有低轴重货车严重得多,但开行27t轴重重载货车是可行的;40t轴重重载货车在600m半径的曲线轨道上以40～120km·h-1速度运行时,轮轨垂向力最大值超过了英国铁路的250kN轮轨垂向力限值,轮轨横向力最大值非常接近我国《铁道车辆动力学性能评定及试验鉴定规范》所规定的77.80kN容许限值,另外轮轨磨耗功非常大,因此40t轴重重载货车还不能直接应用于我国现有60kg·m-1钢轨的轨道.     

27t轴重条件下轨道结构劣化规律和适应性分析

针对既有轨道结构在27 t轴重条件下的劣化问题,在北同蒲(大同—蒲州)线、大秦(大同—秦皇岛)线选择有代表性区段建立跟踪观测试验段,在试验段内铺设了强化型扣件进行长期跟踪观测,并结合仿真计算和现场测试,研究27 t轴重条件下轨道结构的劣化规律和适应性。研究结果表明:目前使用的U78CrV在线热处理钢轨、Ⅲ型混凝土轨枕及配套的弹条Ⅱ型扣件、道床基本适应27 t轴重车辆运营需求,但建议小半径曲线区段更换为加强型扣件或Ⅳ型混凝土轨枕,以提高线路稳定性和承载能力。