基于模态分析的扣件弹条扣压力测试方法

为了提出一种方便高效的扣件弹条服役状态下扣压力的测试方法,首先建立扣件系统精细化的三维实体有限元模型,分析得到扣件弹条扣压力与其固有频率的对应关系,进而提出通过测试弹条工作振动模态从而推测出弹条扣压力的间接测试方法。研究结果表明:扣件弹条扣压力与弹程基本呈线性关系,其对应关系不随轨下胶垫刚度变化而改变,就Ⅲ型弹条而言,其扣压力同弹程之比约为1. 0 kN/mm;服役状态下弹条第1阶固有频率随扣压力变化近似呈线性变化,根据Ⅲ型弹条正常服役状态设计要求以及考虑最大残余变形的安全扣压力,可得在有效扣压力范围内弹条对应的第1阶固有频率为800～1 040 Hz;通过测试服役状态下扣件弹条工作模态频率,即可间接得到服役状态下扣件弹条的实际扣压力,为辨别扣件是否失效提供科学依据和有效便捷的测试方法。     

锤击固有频率法弹条扣压力无损检测仪研发及应用

针对铁路服役弹条实时扣压力不能定量检测问题，研究弹条扣压力激振频率采集测试技术，提出利用弹条扣件系统结构应力与固有频率的关联特性进行弹条扣压力检测方法。对服役弹条Ⅱ型扣件各阶模态和振型进行有限元分析，得到振动传感器最佳布设方向及位置；开展基于弹条在不同激励强度下的响应分析，提出锤击装置锤击力、方向及位置方案。研制弹条扣压力无损检测仪，阐述检测仪硬件主体构成和软件系统功能。通过开展实验室环境下声响与振动传感器采集固有频率对比试验，初步验证了检测仪具有较好的应用效果与推广前景。     

高速铁路弹条疲劳对其扣压力的影响

高速铁路弹条长期在循环荷载作用下工作,不可避免地出现疲劳,弹条的疲劳将对其扣压力产生影响。本文以WJ-7型扣件弹条为例,首先对弹条进行静力试验分析,运用应变电测法测量出弹条在不同的安装预紧力作用下其危险部位的等效应力大小,得出弹条较为合理的安装预紧力为25 kN;然后使用疲劳试验机对弹条施加3种循环荷载分析其扣压力的损失,并根据疲劳试验结果给出了不同循环荷载作用下弹条扣压力与弹条中圈位移间的关系式。     

高速铁路扣件系统弹条疲劳性能研究

高速铁路扣件长期在动载作用下工作,为保证其正常使用,对扣件系统中的弹条进行疲劳性能研究是非常有必要的。本文通过考虑弹条与扣件系统其他部分之间的接触作用,对X2型弹条在不同扣压力作用下的静力及疲劳性能进行了研究,获得了弹条在不同扣压力下的应力特征,重点研究了疲劳荷载作用下弹条的疲劳寿命及疲劳破坏危险点位置。考虑钢轨横向力的作用,计算分析了考虑水平力作用下的弹条疲劳寿命,并对荷载频率对弹条性能的影响进行了讨论。     

WJ-7型无砟轨道扣件扣压力损失的室温蠕变试验研究

为了探讨室温(常温)蠕变对无砟轨道扣件扣压力损失的影响,通过试验研究分析室温蠕变对WJ-7型扣件扣压力的损失。分别进行保持扣件变形不变与保持初始扣压力不变的2组(各5套扣件)试验,在组装好的扣件相应位置埋设压应力传感器以测量扣件扣压力,在保持一定扣压力情况下,用T形螺栓螺母位移的变化表示弹条的蠕变变形量,对比分析2种情况下扣件蠕变规律及其对扣压力的影响。试验表明:在初始扣压力为10 kN,分别保持扣件弹条变形不变和保持扣件扣压力不变情况下,弹条蠕变分别为1.45mm和2.12mm,若都转化成扣压力的损失,则分别为1.00 kN和1.46 kN,且二者蠕变都是前期快后期慢,但后者蠕变时间更长,且蠕变量更大;在无车辆荷载作用下,轨下垫板变形是弹条变形的1/50~1/80,对弹条蠕变变形的影响可以忽略。     

Ⅲ型弹条扣压力的研究及应用

为了满足高速重载铁路轨道结构的要求 ,研究Ⅲ型弹条的扣压力及弹程、硬度和残余变形对扣压力的影响 ,在生产中有效地稳定Ⅲ型弹条的扣压力 ,以保证铁路行车安全     

脉冲荷载激励下扣件弹条扣压力检测方法

为了更准确检测出高速铁路扣件弹条扣压力不足,提出了利用脉冲荷载激励下扣件弹条模态特征来快速无损检测扣压力的方法。通过对不同扣压力状态下的扣件弹条进行力锤激励试验,获得相应的弹条模态参数,进而得到扣压力与弹条固有频率的对应关系,最后通过测试弹条模态频率推算出其扣压力。结果表明：标准安装状态下的WJ-7型扣件弹条在0～1 200 Hz内共有两阶模态,分别为781.60、922.86 Hz;移动激励点得到的加速度导纳值有差异,但固有频率相同;不同扣压力下弹条第1阶模态振型特点主要为两侧肢的垂向振动,后肢承受较大扭矩;扣件弹条扣压力与弹条第1阶频率基本呈线性关系,实际线路中可通过测试弹条固有频率来得到扣压力。     

地铁扣件DI弹条安装受力分析及工艺优化改进研究

为了整治地铁扣件DI弹条扣压力不足、疲劳断裂、锈蚀等病害,通过建立DI弹条扣件系统有限元模型进行安装状态受力特性分析,同时对弹条生产的原材料、工艺参数、表面处理方式等进行优化改进,最后对采用新工艺生产的DI弹条进行扣压力、疲劳试验和盐雾试验,验证了优化措施的有效性。研究结果表明:弹程为10. 5 mm时,弹条最大等效应力值为1 400 MPa,发生在弹条后拱小圆弧内侧,此区域为弹条关键受力区;相比60Si2Mn,采用60Si2MnA弹簧钢为原材料的弹条扣压力从8. 17 k N提高至8. 79 k N,疲劳次数从503万次提高至541万次。最优的弹条生产工艺参数为:加热温度应为930～1 020℃,淬火温度应≥830℃,淬火介质应为32号机油,淬火介质温度应为60℃±20℃,回火设备应为网带式连续回火炉,回火温度为500～550℃。弹条表面经多元合金共渗处理后的综合性能最好。     

扣压力对重载线路扣件系统试验的影响

以某新型重载扣件系统为对象,分析紧固扭矩和弹条扣压力之间的力学关系,根据紧固扭矩计算扣压力值,并在不同扣压力条件下实施节点刚度和强化疲劳对比试验,来研究扣压力对节点刚度和疲劳性能的影响,同时对技术条件中的三点接触组装方法所带来的试验误差问题进行深入探讨。最后针对扣件系统试验,提出合理的组装建议,以保证试验数据的可靠性,减少试验误差。     

Ⅲ型弹条扣压力测试方法

现有e型弹条扣压力测试有2种方法:通过加载使弹条向下产生一定位移时进行测定(方法1);通过提升使弹条向上产生一定位移时进行测定(方法 2)。分别采用2种方法测试不同安装距离下Ⅲ型弹条的扣压力并分析扣压力与安装距离的关系。结果表明:采用方法 1时安装距离为8,10,20 mm测得的弹条扣压力均满足标准要求,弹条扣压力随安装距离的增大而增大;采用方法 2时安装距离为8,10 mm测得的弹条扣压力满足标准要求,安装距离为20 mm时不满足要求,弹条扣压力随安装距离的增大而减小。采用方法2进行扣压力测试时须严格保证弹条与安装座距离处于8~10 mm。     

基于Ⅱ型弹条的小半径曲线扣件设计研究

通过对既有普通线路小半径曲线扣件系统存在的弹条扣压力衰减快、轨距块断裂、垫板裂化等问题展开小半径曲线用扣件系统优化研究。在II型扣件系统基础上,增设12 mm厚铁垫板和4 mm厚的尼龙垫片,将挡板座与铁垫板一体化设计,共同承担钢轨传来的横向力,改进后的扣件系统与Ⅲa型轨枕配套使用,轨距调整量可达18mm,满足小半径曲线轨距加宽15 mm的使用要求。并用有限元软件计算弹条采用不同半径时的各项技术指标,结果表明:弹条直径选用14 mm时,扣压力较大,最大等效应力和弹程适当,各项性能最优。将设计优化后的扣件系统在某编组站溜放线进行试装,接近1年的使用表明该扣件系统应用状况良好,未出现弹条松动、轨距扩大现象,Ⅲa型轨枕的病害也大大减少。     

一种ω型弹条扣件扣压力的锤击测量方法研究

为实现ω型弹条扣件扣压力的快速测量,提出一种锤击测量方法,其理论基础为结构应力与固有频率的关联性。以Ⅱ型ω弹条扣件为例,设计了扣压力锤击测量试验装置。使用COMSOL仿真软件分析了扣件的锤击响应和振动特性,之后开展了锤击试验研究,最终得到弹条扣件扣压力与系统固有频率的对应关系。研究表明,Ⅱ型ω弹条扣件系统在服役状态下的固有频率约为1 kHz,并且固有频率与扣压力近似呈正比关系,验证了弹条扣件扣压力锤击测量方法的可行性。     

弹条偏转和扣件松动对弹条扣压力的影响

为了研究螺栓松动、弹条偏转对弹条扣压力的影响,以应用于高速铁路的Vossloh300-1型扣件系统为研究对象,建立扣件系统完整有限元模型,通过扣压力与弹条弹程曲线的实验值和仿真值,验证扣件系统有限元模型的有效性;在此基础上建立不同损伤工况的螺栓松动、弹条偏转的模型,重点研究弹条安装过程中螺栓松动、弹条偏转两种工况对弹条扣压力的影响。结果表明:螺栓松动、弹条偏转会造成弹条扣压力不足,同时加剧螺栓应力波动。安装过程中若出现这些失效工况,将严重影响扣件系统正常工作,研究结果为300-1型扣件系统弹条安装及后续研究提供思路和参考。     

高速铁路用WJ-8型扣件弹条模态特征试验研究

高速铁路无砟轨道在钢轨波浪形磨耗或车轮多边形磨耗等影响下扣件产生共振导致弹条断裂的情况时有发生。WJ-8型扣件是我国高速铁路无砟轨道结构常用扣件,为了分析其弹条断裂损伤机理,采用锤击激励法对扣件弹条的模态特征进行了试验研究。结果表明:标准安装状态下WJ-8型扣件配套使用的W1型弹条在0～1 000 Hz频率范围内具有2阶模态,第1阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点反对称外翻振动,两侧肢的振动方向相反,第2阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点对称外翻振动,两侧肢的振动方向相同;弹条固有频率波动与安装状态有关,可通过调整弹条安装状态,避免弹条在轮轨的高频激励下产生共振,从而减轻弹条伤损。     

地铁弹条Ⅱ型分开式扣件力学特性研究

为完善优化地铁扣件的设计理论,针对弹条Ⅱ型分开式扣件的伤损特性,参考深圳地铁一期采用的WJ-3弹条Ⅱ型分开式扣件的结构形式,简化建立扣件系统静力学模型。基于有限单元法,计算分析弹性模量对扣压力的影响以及列车横向力、列车荷载作用下的垂向振动、压紧位移对弹条内部应力分布的影响。结果表明:压紧位移对弹条中的应力分布和最大应力的影响更为显著,当压紧位移超过10 mm时,弹条后肢弯位置可能折断。依据计算结果得出3种荷载下的弹条应力分布规律,同时从弹条强度出发,初步提出弹条的预压缩量和压紧位移限值,预压缩量不超过5 mm,压紧位移应小于9 mm。     

高速铁路无砟轨道扣件弹条失效标准研究

首先分析了影响弹条失效的主要因素弹条扣压力。然后根据扣压力与钢轨纵向阻力和钢轨倾翻量的关系,分别计算出钢轨纵向阻力在限制工况下和钢轨倾翻工况下弹条扣压力的限值。再进一步结合弹条的关键参数,并考虑在现场可以简单快捷检测,将弹条的弹程和直径作为弹条失效的判定指标,其中弹程的限值为9 mm,直径的限值为12.5 mm。最后通过对失效弹条进行的钢轨纵向阻力试验和组装疲劳性能试验以及对现场服役弹条的抽测,验证了所提弹条失效标准是合理的。     

基于边界约束刚度参数优化的轨道扣件弹条防断裂设计方法

为了研究弹条服役状态下模态频率与波磨激励频率一致引发的共振断裂问题,建立潘得路FC快速弹条有限元简化模型,通过以弹簧为边界条件模拟弹条不同部位的约束,分析其模态频率随约束刚度的变化规律,提出基于弹条约束刚度参数优化的防断裂设计方法。结果表明:弹条扣压端垂向约束刚度(150～450 N/mm)对弹条第一、三阶模态频率(400、900 Hz)有显著的正相关作用,并对第三阶共振峰幅值有明显影响;弹条后跟下部径向约束刚度(400～1 600 N/mm)的变化,引起弹条第二阶模态频率(660 Hz)的变化,两者呈现正相关关系,同时对弹条第二阶共振峰幅值也有显著影响。弹条第二、第三阶模态频率为危险频率,防断裂设计时应重点考虑。     

地铁轨道刚度变化处的e型弹条应力变化研究

为了确定地铁e型弹条在轨道刚度突变处应力的变化情况,分别建立了浮置板轨道和普通整体道床轨道刚度突变有限元模型和三维弹条有限元模型,采用数值模拟的方法,求解得到所有72种工况下弹条的最大应力值及位置,并总结得出e型弹条在轨道刚度突变处的应力变化规律。结果表明：应力最大位置总是发生在弹条后拱内侧;轮轨冲击作用和钢轨的折弯变形均会影响弹条应力大小;建议当列车从浮置板轨道行驶至普通轨道时,两段轨道的位移差应控制在2 mm以内;反向行驶时位移差应控制在3 mm以内。     

扣件DI弹条非正常部位断裂原因分析及结构优化

通过对DI弹条非正常部位断裂的研究,发现扣件安装时弹条与铁垫板安装孔发生接触,致使弹条在中肢与尾部圆弧过渡区域产生应力集中,发生早期疲劳断裂。本文在研究弹条结构及安装方式的基础上,在弹条的中肢与尾部圆弧过渡区域引入"凹面"结构,对弹条进行结构优化,并通过扣压力和疲劳性能检测、实验室疲劳断裂检验、现场试铺检验等对带有优化"凹面"结构的DI弹条性能进行检测。结果表明:优化后的弹条扣压力和疲劳性能均合格,且能有效抑制因接触产生的非正常部位断裂,提高弹条性能。     

地铁曲线波磨段e型弹条大圆弧共振断裂因素研究

为了科学探究e型弹条大圆弧共振断裂的影响因素,基于DTⅢ型扣件系统建立e型弹条精细化三维有限元模型。应用非线性有限单元法和模态分析方法并结合运营现场波磨测试结果,计算分析地铁小半径曲线波磨段列车荷载作用下扣件弹条的固有振动特性。研究结果表明：e型弹条在钢轨波磨引起的高频激励条件下发生共振时,弹条等效应力最大值和剪应力最大值位置与现场弹条断裂位置高度吻合。列车过曲线段时,由于DTⅢ型扣件系统铁垫板上部结构的装配误差问题,扣件系统各部件之间存在接触缝隙。轨距挡块在列车横向作用力下会产生横向微动,从而影响弹条趾端边界条件,导致弹条第2阶固有频率大幅降低。在某湿热多雨的沿海地区,地铁线路运营环境较为潮湿,长期的潮湿环境将会减小弹条趾端与轨距挡块接触面之间的摩阻力,随着弹条趾端摩擦约束作用的减弱,e型弹条在安装状态下第2阶固有频率显著降低,并且在轨距挡块出现横向微动的情况下,弹条第2阶固有频率降低幅度增大,甚至接近现场波磨通过频率,导致弹条在第2阶固有频率发生共振。扣件系统装配误差与潮湿的线路运营环境可能会造成弹条大圆弧共振断裂问题。