钢轨扣件弹性垫板的动态黏弹塑性力学试验及理论表征研究

以Vossloh300钢轨扣件弹性垫板为研究对象,利用配有温度箱的力学试验机,结合基于温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型以及Berg摩擦模型,测试与表征该弹性垫板随温度、频率、振幅非线性变化的黏弹塑性动力特征。研究表明:动载较大且频率较低时,扣件弹性垫板的滞回曲线具有超弹性与塑性非线性力学特征,频率提高后,该滞回曲线将接近线性黏弹性的椭圆形滞回曲线;扣件弹性垫板温/频变的黏弹性动力特征与动载大小基本无关,但随预压力的增加而明显增大;基于温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型能快速获取扣件弹性胶垫任意温度与任意频率下的黏弹性动力特征,在铁路轮轨振动主频带内更适合描述低温环境下损耗因子的频变特性。     

WJ-8型扣件弹性垫板低温动力性能及其影响研究

研究目的:为研究我国高速铁路WJ-8型扣件弹性垫板在莫喀高铁极低温环境中的适用性,本文利用配备温度箱的万能试验机测试WJ-8型扣件弹性垫板的低温动刚度和阻尼系数,并基于车辆-轨道耦合动力学模型,计算和分析莫喀高铁极寒气候和超高速行车条件下的安全性及平稳性,评价WJ-8型扣件在莫喀高铁中的适用性。研究结论:(1)WJ-8型扣件弹性垫板具有极强的低温敏感性,温度在-20℃之上时,弹性垫板动刚度和阻尼系数较为稳定,当温度低于-20℃时,弹性垫板的刚度迅速增大,而阻尼系数先增大后减小,在-45℃达到最大值;(2)考虑扣件系统动力特性随温度变化规律后,轮轨力和轮重减载率随温度的降低而增大,钢轨垂向动态位移随温度的降低而减小,车体平稳性Sperling指标受温度变化影响很小;(3)在莫喀高铁超高速客货混行和极低温气候条件下,只有高速客车轮重减载率无法满足规定的安全限值,成为影响WJ-8型扣件系统在莫喀高铁中适应性的关键因素;(4)本研究结论可为严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统弹性垫板的研发提供参考。     

双弹性垫板刚度对扣件减振性能影响研究

为了研究垫板刚度对地铁中大量使用的双弹性垫板扣件减振性能的影响,通过对简化模型的理论推导,以及采用实验室测试和数值模拟相结合的方法,得出:板下垫板刚度越大,则轨道板位移频响越大,轨下垫板刚度大小对轨道板振动位移频响基本没有影响;轨下垫板刚度以及板下垫板刚度越大,则轨道板振动加速度频响越小。因此,设计开发双弹性垫板的扣件,应该根据轨道板位移控制和加速度控制综合考虑。     

弹性分开式扣件弹性垫板静刚度测试评价方法

研究目的:为探索弹性分开式扣件弹性垫板静刚度的合理测试和评价方法,本文首先通过单因素试验分析各因素对弹性垫板静刚度测试结果的影响规律,提出弹性垫板合理的静刚度测试方案,然后结合弹性分开式扣件服役状态,给出其轨下和板下弹性垫板静刚度评价建议。研究结论:(1)扣件弹性垫板的静刚度测试应包含预加载和正式加载两部分,首先以3～5 kN/s的加载速率对弹性垫板进行不少于2次的预加载(预加载最大载荷应高于静刚度荷载范围至少10 kN),紧接着以1～2 kN/s的加载速率进行3次正式加载,并在静刚度测试荷载范围两端点保持荷载90 s(荷载小于100 kN时可缩短至60 s),记录位移稳定时的数据来计算弹性垫板的静刚度;(2)弹性分开式扣件轨下和板下弹性垫板应采用不同的评价标准对其静刚度进行评价,其中轨下垫板通过测试20～70 kN荷载范围内的割线刚度进行评价,板下垫板应根据扣件实际服役状态所受荷范围的割线刚度进行评价;(3)本研究成果可应用于弹性分开式扣件轨下和板下垫板静刚度的测试与评价。     

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.     

不同弹性扣件下钢轨振动仿真分析

建立一般弹性扣件、粘结板式弹性扣件和轨道减振器扣件下的轨道模型,用有限元法模拟分析列车移动荷载作用下,不同扣件刚度、不同行车速度时钢轨的振动和荷载的传递情况。计算结果表明,随着行车速度提高,钢轨振动加剧,扣件支反力增大;随着扣件刚度减小,钢轨振动增加,扣件支反力减小,冲击荷载传递减小。     

弹性分开式扣件板下弹性垫板静刚度试验及评价

为研究锚固螺栓不同紧固扭矩对弹性分开式扣件板下弹性垫板静刚度的影响,以我国地铁常用的DZIII型扣件为研究对象,计算锚固螺栓在不同紧固扭矩作用下对板下弹性垫板的初始预压力,并对TPEE和橡胶类板下弹性垫板在不同初始预压力作用下的静刚度进行测试和评价。结果表明:锚固螺栓紧固扭矩为150,200,250 N·m时,板下弹性垫板的初始预压力为69.94,93.24,116.54 k N;板下弹性垫板静刚度测试结果同静刚度测试荷载取值范围密切相关,且同初始预压力呈正相关关系;板下弹性垫板静刚度应根据扣件系统正常服役状态下锚固螺栓紧固扭矩引起的初始预压力进行测试和评价。     

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。     

WJ-8型扣件聚氨酯弹性垫板静刚度影响因素研究

通过制备不同配比的WJ-8型扣件铁垫板下聚氨酯弹性垫板样品并测试其静刚度,研究弹性垫板生产成型过程中各种因素对其静刚度的影响。结果表明:影响样品静刚度的因素有水分、B/A配比(A代表聚醚多元醇组合料,B代表二苯基甲烷二异氰酸酯预聚体)、浇注质量、热固化时间、停放时间;随着多元醇中水含量的增高,静刚度呈下降趋势;随着浇注过程中B/A配比的提高,静刚度呈轻微上升趋势;随着每模腔浇注质量的提高,静刚度显著上升;当热固化时间未达到理想设定时静刚度随着热固化时间的提高而上升,而当热固化时间达到理想设定时静刚度保持稳定;随着样品出模后停放时间的延长静刚度呈一定的上升趋势,在出模后的5 d内表现尤为明显。生产过程中应综合考虑这些因素的影响制定合适的生产工艺。     

扣件胶垫频变动力性能对钢轨垂向振动特性影响分析

利用配有温度箱的万能力学试验机,结合温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型,测试与表征Vossloh300钢轨扣件弹性垫板随频率非线性变化的黏弹性动力性能,并基于有限元方法研究考虑胶垫频变特性对钢轨垂向振动及传递衰减的影响规律。研究结果表明:在双对数坐标系下,扣件胶垫刚度和阻尼系数与频率近似呈线性正相关和负相关。胶垫阻尼频变主要增强中低频范围内的钢轨垂向振动,并能激发出钢轨1阶垂向共振频率;胶垫刚度频变能更准确预测钢轨1阶垂向共振频率;而胶垫频变特性对钢轨pinned-pinned共振频率无影响。考虑胶垫频变特性后,在1阶垂向共振频率以下,钢轨振动在激振点附近快速衰减,超过该频率钢轨振动主要沿钢轨纵向衰减。     

我国铁路的钢轨扣件

分析我国铁路钢轨扣件现状及存在的主要问题,阐述铁路轨道对钢轨扣件的基本要求,介绍国外扣件的技术特点,并对我国铁路钢轨扣件发展提出建议.     

环境因素对地铁钢轨扣件绝缘性能影响的试验研究

城市轨道交通钢轨对地绝缘性能的好坏是影响杂散电流大小的主要原因。而对地绝缘性能的好坏主要由钢轨扣件的绝缘性能决定。扣件的绝缘工作环境相当复杂,污秽、温度及湿度都会引起绝缘性能的下降,造成过渡电阻的减小。通过搭建扣件绝缘性能测试平台,研究了不同环境因素对扣件绝缘性能的影响,研究发现:湿度对绝缘性能的影响十分严重,主要表现在其增大钢轨表面电导率,形成泄漏电流的低阻流通路径;温度的影响主要体现在其对水蒸气凝结起抑制作用,温度越高钢轨表面越不容易凝露;雾气中的盐分也会增加扣件绝缘性能的下降。     

发展我国钢轨扣件的几点建议

发展我国钢轨扣件的几点建议铁道部专业设计院线路所吴建忠随着混凝土枕及新型轨下基础的发展，扣件作为轨道结构的重要部件也在不断发展，其重要性越来越为各国所认识，扣件联结的牢靠程度，直接影响轨道结构的质量。根据多年的实践经验，世界各国都相继认识到，对于任何...     

城市轨道交通钢轨扣件的研究与设计

重点论述城市轨道交通工程钢轨用扣件的性能、技术参数及设计要求,分析目前我国城市轨道交通中主要钢轨扣件的使用情况及需要研究的问题。     

填充高阻尼材料增强网孔式橡胶弹性垫板的性能

刚度和阻尼是影响轨下弹性垫板减振性能的重要参数。针对一种新型网孔式橡胶弹性垫板,建立三维有限元模型研究其刚度和阻尼特性,以及网孔中填充高阻尼材料对垫板阻尼特性的影响。研究结果表明:相较于传统的沟槽式弹性垫板,网孔式弹性垫板具有更大的弹性,阻尼比略大,内部应力分布均匀,应力较低;在网孔中填充高阻尼材料可以大幅度提高垫板的阻尼比,改善垫板内部应力分布,还可通过改变填充物饱和度调整弹性垫板的垂向位移量,使垫板适用于多种刚度要求的轨道系统,拓展垫板的适用性。     

钢轨谐振式浮轨扣件动态变形及减振降噪性能分析

选用谐振式浮轨扣件对西安地铁1号线某区段原有DTVI2扣件进行改造。测试分析了改造前后的轨道动态变形、轨道振动、敏感建筑物振动及二次辐射噪声变化水平。测试结果表明,谐振式浮轨扣件的轨道变形满足轨道线路安全要求,与DTVI2扣件的轨道相比,道床及隧道壁的振动水平降低至9～13 dB(Z),地面振动降低7.3 dB(Z),二次辐射噪声降低4.1 dB(A),表明谐振式浮轨扣件具有较好的减振降噪效果。     

钢轨扣件弹条填充阻尼结构的优化设计

采用Solidworks软件建立了WJ-2型弹条扣件三维有限元模型,对弹条在自由状态和标准安装状态下的固有频率和振型进行了分析,得知该弹条在服役状态下与轮轨波磨激励一致时易引发共振,且其共振频率位于尾部支承位置,与现场断裂位置一致。基于此,在不影响WJ-2型弹条扣件配套设施的前提下,对该弹条结构进行优化设计,并分别对弹条内腔掏空后无填充阻尼材料、填充橡胶及填充铁素体球墨铸铁等3种工况进行仿真分析。结果表明,弹条内腔填充灰口铸铁时,其减振性能良好,但力学性能不佳;弹条内腔填充铁素体球墨铸铁时,其力学性能良好,但收效同样不明显。     

扣件刚度对钢轨振动特性的影响研究

准确合理的扣件刚度参数对轨道结构设计至关重要,目前的研究尚未明确扣件刚度和钢轨振动特性之间的关系。依据单自由度隔振系统的计算公式,结合国内某地铁线路实测数据,重点研究现场钢轨垂向和横向的固有频率、振型和振动传递特性,有限元仿真和现场锤击测试充分验证了理论计算。在此基础上,通过钢轨整体的共振频率反演得到现场扣件的动刚度。该研究可为轨道减振器的仿真计算和优化设计提供依据。