重载铁路WJ-12型扣件TPEE垫板结构优化设计

为解决重载铁路WJ-12型扣件弹性垫板压溃、疲劳后扣件静刚度变化率超限、混凝土轨枕承轨面磨损等问题,对现有热塑性聚酯弹性体（Thermoplastic Polyester Elastomer,TPEE）垫板进行结构优化设计。优化后,TPEE垫板的厚度和面内尺寸保持不变,单个凸台面积增大。采用有限元软件建立TPEE垫板静刚度计算模型和钢轨-TPEE垫板-轨枕耦合模型,对优化前后TPEE垫板的静刚度和TPEE垫板与轨枕的耦合应力进行计算,并通过室内试验对比优化前后TPEE垫板及扣件的静刚度和300万次疲劳试验后的静刚度变化率。结果表明：优化后,TPEE垫板静刚度为47.3 kN/mm,疲劳试验后的TPEE垫板和扣件静刚度变化率均小于20%,满足规范要求;优化后TPEE垫板和轨枕表面受力更为分散、合理,二者相互作用减小。     

轨下新型网孔式弹性垫板力学性能影响研究

为了提高轨道交通轨下弹性垫板的力学性能,使垫板材料的弹性充分发挥,研究一种新型网孔式轨下弹性垫板结构。通过建立网孔式轨下弹性垫板的有限元计算模型,选用Mooney-Rivlin超弹性本构模型模拟橡胶材料特性,在弹性垫板材料参数不变的条件下,通过网孔间距、网孔内接圆直径、板厚和倒角半径等关键参数来调整网孔式弹性垫板的静刚度,分析其对弹性垫板力学性能的影响,并与传统沟槽型弹性垫板进行对比。结果表明:在孔径不变的条件下,网孔间距增大,垫板静刚度近似线性增大,最大应力增大;网孔直径增大,垫板静刚度近似线性减小,最大应力减小。垫板厚度增大,静刚度明显减小,而最大应力小幅减小;网孔结构倒角后弹性垫板的静刚度小幅增加,但最大应力明显减小。相比于静刚度相近的沟槽型弹性垫板,网孔式弹性垫板的最大应力明显减小,可有效提高其耐久性,同时网孔式弹性垫板的静刚度具有可灵活调整的能力,因此,将网孔结构应用于轨下弹性垫板具有可行性。     

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。     

钢桁梁明桥面板式无砟轨道用扣件研究

为满足钢桁梁明桥面板式无砟轨道用扣件弹性和轨距调整量的要求,研发了MQ-2型扣件。该扣件采用无挡肩、弹性分开式结构;轨下垫板静刚度设计值为（100±10）kN/mm,轨距调整量设计值为-8～+8 mm,钢轨调高量设计值为-4～+20 mm;通过更换不同类型的弹条、轨距块和轨下垫板,扣件可实现三种钢轨纵向阻力,以满足不同工况无缝线路设计需求。经室内试验,该扣件的轨下垫板静刚度、动静刚度比、疲劳后静刚度变化率均满足设计要求;扣件轨距变化量、组装静刚度变化率均满足规范要求;钢轨纵向阻力、预埋套管抗拔力、绝缘性能的测试值均满足设计要求。该扣件已在广州南沙港铁路跨洪奇沥水道特大桥上应用,该铁路自开通运营至今,已完成2.1万个标准集装箱运输,列车通过该桥时安全平稳,轨道几何形位良好,扣件结构稳定可靠。     

CRTSⅡ型板式轨道关键参数对高速车辆-轨道垂向耦合振动响应的影响

基于CRTSⅡ型板式无砟轨道关键参数对行车安全的影响,指导轨道结构的优化,利用有限元方法和轮轨系统耦合动力学原理,建立车辆-轨道-路基系统垂向耦合动力学模型,研究轨道结构关键参数对列车的振动特性和轮轨垂向作用力的影响规律。研究结果表明：轨道板厚度对行车平稳性基本无影响;当扣件刚度从20 kN/mm增加到100 kN/mm时,轮对和转向架的振动加速度分别增加43.94%和7.98%,轮轨垂向力增加29.83%;扣件阻尼从20 kN·s/m增大到100 kN·s/m时,轮对和转向架的振动加速度分别减小21.64%和7.09%,轮轨垂向力减小9.48%,车体变化不大;为保证行车的安全性和平稳性,扣件阻尼和混凝土支承层厚度应尽可能取较大值。     

轨道垫层振动特性的试验研究

城市轨道交通对振动噪声问题有较高的要求。WJ-2型扣件的轨下刚度较大，为了降低轨下和铁垫板下垫层刚度，采用了弹性橡胶垫层。在实验室和现场对弹性垫层的减振和隔振性能进行了试验，得出在保证轨道结构稳定的前提下，将轨下垫刚度降低至25～30kN/mm，铁垫板下垫层刚度降低至200～250kN/mm，则可降低高架桥桥面的振动能量达60%以上，从而达到降噪和减小轨道结构动力作用的目的。     

往复荷载作用下WJ-8扣件纵向阻力试验研究

研究目的:在温度作用下,简支梁桥梁体会发生热胀冷缩,长期作用下将导致桥上无砟轨道梁端扣件系统发生破坏,严重时将不能满足线路的功能要求。本文通过往复加载试验模拟温度效应下32 m简支梁桥梁端扣件破坏过程,以此研究轨下垫板滑出过程机理及其对扣件纵向阻力的影响。研究结论:(1)随着对轨道加载试验次数的增加,2 mm位移对应的扣件纵向阻力先增加随后波动式降低,扣件滑移阻力先增加后逐渐减小,而垫板窜出位移量持续增大,可以预测当加载工作继续进行时,2 mm位移对应扣件纵向阻力及滑移阻力将继续减小;(2)随着垫板窜出位移量的增加,2 mm位移处扣件纵向阻力先增加后缓慢减小,扣件滑移阻力先有所增加而后逐渐减小;(3)扣件垫板窜出过程中,垫板纵向拉长,厚度减小,弹性降低,轨下橡胶垫板的弹性位移逐渐减小,且钢轨更易产生滑移;(4)在往复加载过程中,影响扣件纵向阻力的因素有两个:垫板表面的粗糙度及垫板窜出位移量,前期阶段垫板表面的粗糙度为主要影响因素,而后期阶段垫板窜出位移量影响更大;(5)本研究成果对于指导无砟轨道线路扣件的养护维修具有一定的参考意义。     

合成轨枕式无砟轨道垂向受力影响参数分析

根据弹性地基梁板理论,运用有限元方法,建立了合成轨枕式无砟轨道"梁-梁-板"计算模型.运用所建立的有限元模型分析了扣件刚度、树脂砂浆刚度等参数对轨道结构垂向受力特性的影响;分析得出,扣件刚度取动刚度50 kN/mm进行设计是合适的;树脂砂浆的弹性模量宜在200～300 MPa间取值.     

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。     

聚氨酯减振浮置板轨道结构减振参数研究

为了更好地进行聚氨酯减振浮置板轨道结构的选型设计,建立车辆-轨道系统动力分析模型,研究轨道板厚度、扣件刚度、减振垫刚度对聚氨酯减振浮置板轨道结构动力响应的影响。结果表明：轨道板厚度增大会导致钢轨加速度相应增大,而钢轨位移、轨道板加速度、基底加速度显著减小;扣件刚度减小会导致钢轨垂向位移增大,而钢轨、轨道板、基底加速度不同程度减小;减振垫刚度增大会导致钢轨垂向位移、垂向加速度减小,而轨道板、基底垂向加速度平稳增大。结合工程实际,建议轨道板厚度取260～300 mm,扣件刚度取20～40 kN/mm,减振垫刚度取0.02～0.03 MPa/mm。     

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。     

老化作用对无砟轨道扣件橡胶垫板刚度影响的试验研究

WJ-7B型扣件是我国高速铁路无砟轨道采用较多的一种扣件,扣件的橡胶垫板提供轨道结构的弹性,对高速列车运营舒适性有重要影响.结合橡胶的材料特性,通过橡胶老化和疲劳试验,分析了材料老化对橡胶垫板刚度的影响.试验结果表明,在-40℃和+23℃环境温度下,老化作用对橡胶垫板原有疲劳性能略有改变;而+40℃环境温度下的疲劳试验,老化作用对橡胶垫板原有的疲劳性能影响较为明显,以疲劳前后静刚度变化率为例,老化后的橡胶垫板变化率为9.36%,未老化橡胶垫板变化率为15.76%.     

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。     

橡胶套靴垫板动态参数对重载车辆-弹性支承块轨道系统能量分布的影响分析

以重载线路上的弹性支承块式无砟轨道为例,运用哈密尔顿原理与车辆-轨道耦合动力学,计算并对比分析不同橡胶套靴垫板动态参数情况下车辆与轨道各部位的能量大小及其分布特征。研究发现,在车辆系统中,随着套靴垫板刚度的增大,车体动能、转向架动能及轮对动能先减小后增大;当套靴垫板阻尼增大时,对车体动能的影响很小,但会显著降低转向架与轮对的动能。在轨道系统内,随着套靴垫板刚度的增大,钢轨动能和应变能先减小后增大,扣件势能单调增大,支承块动能单调减小;当套靴垫板阻尼增大时,对扣件势能影响很小,但会显著降低钢轨动能、应变能及支承块动能。     

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。     

基于连续弹性基础梁模型的扣件动刚度测试方法

为确定服役状态下的轨道扣件动刚度,将钢轨视为置于连续弹性基础上的简支梁,推导扣件动刚度计算式,提出基于连续弹性基础梁模型的扣件动刚度测试方法,对某服役状态下的高铁线路轨道扣件动刚度进行测试。结果表明:扣件动刚度由钢轨1阶弯曲振动的频率和参振长度、钢轨的单位长度质量和抗弯刚度以及扣件的支承间距决定,当轨道结构确定时扣件动刚度可通过测试钢轨1阶弯曲振动频率求得,其计算式在振动频率小于450 Hz时计算结果的误差小于10%;某高铁线路CRTSⅡ型板式无砟轨道服役状态下的扣件动刚度为36.5kN·mm^-1,约为垫板静刚度的1.62倍。     

城际铁路桥上纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数研究

为研究城际铁路纵向承台式无砟轨道扣件系统关键参数取值,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立客车-无砟轨道-桥梁耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对桥上无砟轨道系统动力响应的影响规律,并基于层次分析法,对桥上无砟轨道系统动力特性进行综合评价。结果表明:随着扣件系统刚度增大,钢轨垂向位移减小,车体振动加速度、轮轨垂向力、轮重减载率和桥梁振动加速度均增大;随着扣件间距的增大,轮轨垂向力减小,车体振动加速度、轮重减载率、钢轨垂向位移和桥梁振动加速度均增大;综合考虑轨道变形以及工程造价,建议扣件系统刚度为50～80 kN/mm,扣件间距为0.6～0.7 m。     

重载铁路桥上无砟轨道扣件关键参数研究

研究目的:为研究重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统关键设计参数取值,本文基于弹性地基梁理论和车辆-轨道耦合动力学理论,建立32.5 t轴重重载货车-长枕埋入式无砟轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道静、动力学性能的影响规律,提出重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统设计参数取值。研究结论:(1)钢轨垂向位移和钢轨轨底应力随扣件系统刚度的增大而减小,车体垂向振动加速度、轮重减载率、轮轨力和桥梁垂向振动加速度随扣件系统刚度的增大而增大;(2)钢轨垂向位移、钢轨轨底应力、车体垂向振动加速度、轮重减载率和桥梁垂向振动加速度随扣件间距的增大而增大,但轮轨垂向力随之减小;(3)综合考虑轨道变形以及工程造价,建议重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统的静刚度取为40～60 k N/mm,扣件系统的动刚度取为80～100 k N/mm,扣件间距取为0.6～0.65 m;(4)本研究成果可为重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道结构设计提供参考。     

无碴轨道扣件

高速铁路无碴轨道采用的扣件主要有日本的直结型扣件、德国的Vossloh 30 0型和KruppECF型扣件 ,PandrolFastclip扣件也有初步的应用。日本采用板簧结构 ,纵向阻力为 5kN ;德国采用弹条结构 ,纵向阻力为 9kN。日本扣件弹性主要由轨下垫板提供 ,静刚度一般为 30kN mm(荷载范围 10     

预压荷载、板下材质、螺栓扭矩和频率对扣件系统刚度特性影响研究

为研究我国高速铁路广泛使用的福斯罗W300扣件系统刚度特性,利用MTS-25伺服液压疲劳测试试验机,结合该扣件在线路上的实际服役状态,在不同预压荷载、板下材质、弹条螺栓扭矩和频率4种工况下,对此扣件系统整体动静刚度特性进行探究。结果表明：(1)随着预压荷载增加,扣件系统静刚度随之增加,30 kN预压荷载下静刚度比无预压荷载下增加了44.3%;(2)不同铁垫板的板下材质也会影响静刚度,尼龙材料对应的扣件系统静刚度值分别是热塑性材料和聚氨酯材料的1.61倍和1.78倍;(3)弹条螺栓扭矩松弛状态比标准状态的动刚度减小了27.3%,而弹条螺栓扭矩过拧状态比标准状态的动刚度增加了5.0%;(4)扣件系统刚度的频变特性非常明显,在5～100 Hz范围内,80 Hz时扣件系统动刚度比5 Hz时增加了38%,超出了高速铁路扣件系统动刚度合理设计限值,直接影响扣件系统的弹性减振效果及轨道承轨台强度。