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%.     

典型环境条件对WJ-7型扣件B类橡胶垫板静刚度的影响

我国高速铁路无砟轨道广泛采用WJ-7型扣件B类橡胶垫板(简称WJ-7B垫板),其静刚度直接影响车辆运行的稳定性。选取不同环境特点的8条高速铁路的代表性路段,对其WJ-7B垫板的使用情况进行现场调研;利用试验机模拟紫外线、臭氧、高温高湿、高温、低温5种典型老化环境,测试WJ-7B垫板在不同条件下的静刚度变化,分析不同环境条件对垫板静刚度的影响规律。结果表明:垫板静刚度受高温、高温高湿影响最大,其中高温是静刚度增大的主要原因,而湿度对静刚度的影响甚微;其次为紫外线、臭氧;低温对垫板静刚度影响较小,且其影响是一个可逆的过程。建议从改善材料的耐高温老化性能方面对产品进行优化,提高WJ-7B垫板刚度的稳定性。     

微孔橡胶垫板动静刚度比的试验研究北大核心

研究了硫磺用量、炭黑种类及用量、乙烯含量、发泡剂用量及发泡倍率对苏州地铁用微孔橡胶垫板动静刚度比的影响。研究发现:随着硫磺用量增大、炭黑用量减小、炭黑粒子变细及乙烯含量增高,微孔橡胶垫板的动静刚度比都逐渐减小;随着发泡剂用量增大,动静刚度比先减小后增大,呈峰值变化。同时从能量损耗的角度对动静刚度比与能量损耗的关系进行了定性分析,发现动静刚度比与橡胶的损耗因子有很好的相关性,动静刚度比其实是微孔橡胶垫板内耗大小的量度。     

微孔橡胶垫板动静刚度比的试验研究

研究了硫磺用量、炭黑种类及用量、乙烯含量、发泡剂用量及发泡倍率对苏州地铁用微孔橡胶垫板动静刚度比的影响。研究发现:随着硫磺用量增大、炭黑用量减小、炭黑粒子变细及乙烯含量增高,微孔橡胶垫板的动静刚度比都逐渐减小;随着发泡剂用量增大,动静刚度比先减小后增大,呈峰值变化。同时从能量损耗的角度对动静刚度比与能量损耗的关系进行了定性分析,发现动静刚度比与橡胶的损耗因子有很好的相关性,动静刚度比其实是微孔橡胶垫板内耗大小的量度。     

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。     

表面改性剂对橡胶垫板动态性能的影响

通过掺加不同表面改性剂制作了5种配方试样,采用橡胶加工分析仪,材料疲劳试验机和冲击回弹试验仪,研究了有无表面改性剂以及不同种类表面改性剂对橡胶垫板动态性能的影响规律。研究结果表明:加入表面改性剂后,配方1(基准配方)到配方5(表面改性剂为LONSIL 4C)橡胶动静刚度比、损耗功和力学损耗角正切tanδ均依次减小;配方1到配方5储能模量依次减小,Payne效应越来越不明显;配方1到配方5橡胶材料回弹性依次增大;动静刚度比与损耗功、回弹性和tanδ均有很好的相关性。在试验室可以用测试回弹性或损耗功,或tanδ代替测试动静刚度比,以降低低动静刚度比橡胶垫板的研发成本。     

填料对客运专线橡胶垫板性能的影响研究

通过测试客运专线垫板的拉伸强度、200%定伸应力、动静刚度比及电阻等性能参数,研究了几种无机填料与无机补强填料萨博菲并用比例对客运专线橡胶垫板性能的影响,并对萨博菲的补强机理进行了分析。研究结果表明,萨博菲由于颗粒尺寸是纳米级的,且为片状结构,在橡胶中分散好,应用于客运专线橡胶垫板中具有拉伸强度高、200%定伸应力大、压缩永久变形小、动静比低的优点,非常适合做橡胶垫板类产品;萨博菲与炭黑最佳比例为35∶75。     

关于橡胶垫板刚度计算方法的研究

静刚度是轨下橡胶垫层的关键设计参数,结合胶垫垂直静刚度的特性试验研究了两类沟槽式垫板,并设计了一种圆柱型高弹性橡胶垫板,比较了现有的橡胶垫板刚度计算方法,证明了理论计算的有效性,为轨下胶垫的工程应用以及产品的研制开发提供参考.     

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。     

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。     

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。     

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。     

轨下垫板刚度的时变特性及其影响研究

以WJ7-A型轨下垫板为对象,测试轨下胶垫刚度随服役时间的变化,分析垫板刚度的时变特性;然后以此为基础,建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型,研究轨下胶垫时变特性对轮轨随机振动响应的影响规律。研究结果表明:随着服役时间的增长,轨下橡胶垫板的刚度将增大,2年后垫板刚度的增幅为13.91%;随着运营时间的增长,车体振动加速度变化微弱;轮轨力及扣件力的第二主频幅值增大并向高频移动,且扣件力变化更显著,线路运营2年时间后,扣件力第二主频向高频移动7.4 Hz,幅值增幅达到53.80%。建议定期抽样测试轨下胶垫刚度并及时更换性能老化垫板,降低轮轨垂向力和扣件力。     

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。     

浮置板板下胶垫的温变特性及其对轮轨系统的影响

以我国地铁常用浮置板板下胶垫为研究对象,测取-40~30℃的温度环境中板下胶垫的静刚度。建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型,分析板下胶垫的温度敏感性以及不同温度环境下板下胶垫温变刚度对轮轨系统动力响应特征。研究结果表明:板下胶垫静刚度在工作荷载范围内为常量,不具有幅变非线性特征。板下胶垫的线性静刚度随着温度的降低而急剧升高,增幅高达224%以上。板下胶垫的温变刚度主要影响橡胶隔振垫浮置板轨道的浮置板位移,浮置板垂向最大位移变化率可达到204%。其次,板下胶垫的温变刚度对钢轨的垂向位移也会产生一定的影响,钢轨垂向最大位移变化率为31%。板下胶垫的温变刚度对轮轨之间作用力产生的影响较小。     

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。     

遇水条件下无砟轨道扣件胶垫刚度的时变特性及其影响研究

连续强降雨条件下,轨下胶垫会出现长期泡在水中的情况。为研究该条件下无砟轨道轨下胶垫刚度的时变特性及其对轮轨系统的影响,以WJ-7A,WJ-7B型橡胶垫板为对象,通过设计室内原型试验,跟踪测试分析胶垫泡水后其刚度随服役时间的变化情况,并基于试验结果和轮轨动力学理论,分析胶垫刚度变化对轮轨动力响应的影响。研究结论:(1)WJ-7A型胶垫的遇水稳定性较差,泡水25 d后胶垫静刚度降低了22.21%,其中前5 d静刚度降低了18.83%;WJ-7B型胶垫的遇水稳定性较好,泡水25 d前后刚度变化率不超过3.91%;(2)泡水结束后,WJ-7A型胶垫的刚度恢复了88.9%,而WJ-7B型则继续表现出很好的稳定性,刚度值变化不大;(3)试验前后扣件刚度的变化引起的车体加速度、钢轨加速度、轮轨力及扣件力等响应的变化不大,但对钢轨位移影响较大,泡水后钢轨位移增幅达到13.71%。     

弹性分开式扣件板下组合静刚度设计影响因素分析

以弹性分开式扣件为研究对象,通过测试不同紧固扭矩情况下扣件板下组合静刚度,并与板下垫板静刚度传统设计对比,证明了铁垫板翘曲变形与板下垫板超弹性是扣件板下组合静刚度设计的关键因素.然后,建立扣件板下组合结构非线性有限元模型,在试验验证基础上,计算分析了铁垫板翘曲变形与板下垫板超弹性对扣件板下组合静刚度设计的影响规律.研究...     

混炼温度对橡胶垫板性能的影响

通过对橡胶垫板混炼胶的结合胶含量、门尼黏度及橡胶垫板硬度、拉伸强度、拉断伸长率等材料性能进行测试分析,研究了混炼温度对橡胶垫板性能的影响规律.结果表明:随着混炼温度升高,橡胶垫板混炼胶的结合胶含量先逐渐升高后趋于稳定,门尼黏度逐渐降低;橡胶垫板收缩率显著降低,外观合格率显著升高;橡胶垫板的硬度变化很小,200％定伸应力...     

高速铁路WJ-8型扣件系统组装疲劳试验研究

针对WJ-8型扣件系统组装疲劳试验中扣件组装静刚度变化率超标现象,选取不同工况进行研究。结果表明:WJ-8型扣件零部件横向配合尺寸存在问题时会造成扣件在静态组装时轨距挡板无法安装到位,组装疲劳试验时铁垫板被轨距挡板卡住,试验后组装静刚度过大,出现超标现象;在环境温度20℃的试验室进行频率4.8 Hz的扣件组装疲劳试验时,扣件零部件温度会超过50℃,但短时间超过50℃不会对试验结果造成较大影响。