高速铁路道岔尖轨不足位移控制方法

为模拟运营条件下高速铁路道岔转辙器的转换过程,根据高速铁路道岔转辙器的转换特点,在道岔生产车间内建立了客专线18号道岔转辙器转换原型试验平台,采用轴销式称重传感器测量转辙器扳动力,以直、曲尖轨支距实际值与理论值之差为尖轨不足位移;通过转辙器转换试验探索了尖轨预弯、尖轨可动段长度、尖轨固定端扣件支距、滑床板摩擦因数、辊轮高度等因素对尖轨不足位移的影响机制和特征。试验结果表明：现有设计尖轨预弯可使尖轨不足位移下降30%以上;缩短尖轨可动段长度可减小尖轨不足位移,但同时会减小转辙器最小轮缘槽宽,并增大第3牵引点扳动力,尖轨最小轮缘槽宽和最后一个牵引点扳动力是缩短尖轨可动段长度的控制因素;小范围调整固定端所有扣件支距后,尖轨不足位移变化较小,仅减小固定端第1组扣件支距时,尖轨靠近固定端1.2 m范围内不足位移略有降低,其余部分不足位移变化较小;在滑床板上安装辊轮或涂覆润滑剂等减小尖轨与滑床板摩擦因数的措施可有效降低尖轨扳动力和不足位移,实施减摩措施后,扳动力减幅约为30%,不足位移减幅超过20%;改变辊轮高度对尖轨不足位移的影响并不明显,但辊轮高度不宜过低,以防转换过程中辊轮失效导致扳动力和不足位移激增。研究结果可为高速铁路道岔转辙器结构优化和新一代400 km·h^-1高速铁路道岔的研发提供参考。     

制动力作用下桥上道岔区纵连无砟轨道受力与位移

为系统分析纵连无砟轨道与桥上无缝道岔在制动力作用下的受力与变形规律,以武汉—广州客运专线雷大桥铺设博格纵连式无砟道岔为例,将客专18号渡线、纵连式无砟轨道、桥梁和墩台视为整体,建立了岔-板-梁-墩一体化计算模型,分析制动力作用下道岔、道床板、桥墩的受力和变形规律.分析结果表明:在制动力作用下,基本轨制动附加力及位移随道床板伸缩刚度的减小而增大,但板轨相对位移未超过1 mm;限位器和间隔铁的纵向力及心轨、尖轨处板轨相对位移受无砟轨道结构的影响较小,限位器未贴靠,间隔铁力最大未超过13 kN;道床板制动附加力随伸缩刚度的降低而减小,减小量最大达到3 832.9 kN,位移则增大,最多达到17.4 mm;道床板伸缩刚度和滑动层摩擦因数减小对桥墩受力不利;当滑动层摩擦因数μ≤0.2时,取消固结机构,桥墩纵向力减小值接近500 kN.     

道岔区轮轨系统空间耦合振动模型及其应用

基于道岔结构主要特点，并将其理想化，建立了道岔区内轮轨相互作用的空间耦合振动模型，以我国１２号提速道岔为例，分析了可动心轨式道岔与固定辙叉式道岔动力性能的差别，探讨了客货车对可动心轨道岔的适应性以及尖轨冲击角对轮轨间横向动力作用的影响。     

高速铁路道岔设计关键技术

基于道岔轮轨多点接触关系,建立了高速道岔动力分析理论,并设计出适合我国高速道岔的相离式半切尖轨平面线型、心轨水平藏尖结构、尖轨短过渡顶面轮廓和弹性均匀的岔区轨道刚度.为解决无缝道岔转换卡阻问题,在考虑长大轨件纵横向协调变形的基础上,研发了适应大伸缩量的转换锁闭机构、既可有效传递纵向力又可保持道岔平顺性的尖轨及心轨跟端结构和适用于有砟和无砟轨道基础的扣件系统.为控制长大轨件转换不足位移,确保道岔的高平顺性和锁闭可靠性,运用有限单元法进行长大轨件及双肢弹性可弯心轨结构的转换设计,研制出新型辊轮滑床台,并优化了转换牵引点布置及其动程设计.     

75kg／m钢轨12号菱形交分道岔强度及轨道刚度分析

运用有限单元法建模,分析扣件刚度对菱形交分道岔心轨和尖轨强度的影响以及沟槽开设方式对板下胶垫应力的影响,同时研究准静态轮载作用下轨道变形的合理性。结果表明,尖轨和心轨的强度及板下胶垫的强度均能够满足使用要求;菱形交分轨道刚度的均匀性能满足列车运行速度在120km／h及以下的使用要求。     

道岔动力参数设计法及其在转辙器设计中的应用

为了直观、快速地设计道岔区轮轨关系,在道岔区轮轨静态接触理论的基础上,通过独立车轮垂直振动和单轮对蛇形运动的分析,建立了道岔动力参数设计法.用该方法对18号高速道岔转辙器部分轨距加宽设计进行了分析,得到了最大轨距加宽量为15 mm,最大加宽位置在尖轨顶宽30 mm处,轨距加宽范围为21.743 m的较优方案.列车道岔系统动力学验证和运营实践证明了该方法的正确性.     

复式交分道岔力学特性及无缝化研究

利用商业有限元软件,建立有砟轨道复式交分道岔的纵横垂向空间耦合有限元模型,根据东北地区某车站的轨温变化条件及道岔无缝化改造方案,对复式交分道岔无缝化后的主要力学特性与尖轨横向变形进行了计算分析.结果表明：在温度荷载作用下,道岔基本轨承受一定附加力作用,钢轨最大温度力出现在尖轨跟端的基本轨处;尖轨尖端纵向位移最大,基本轨纵向变形很小;基本轨与尖轨之间的轨距、轨向变化量最大值均位于尖轨尖端,密贴变化量最大值位于两牵引点之间;当岔外线路采用U75V钢轨时,复式交分道岔无缝化改造可行.     

高速铁路道岔扳动力偏大问题分析及处理措施

现价段高速道岔由于生产制造工艺、铺设施工的设备精度及人为因素,时常导致尖轨或心轨在转辙机扳动过程中出现较大阻力。解决办法是提高道岔生产和铺设精度;做好道岔部件受力位置的防锈润滑和优化,逐项减小影响扳动力的因素,使扳动力达到最佳状态。     

高速道岔尖轨矫直的有限元分析

采用三维实体有限单元法,建立了高速道岔尖轨矫直有限元模型,为高速道岔尖轨矫直提供理论指导.分析了加载支距、加载方式和加载量对尖轨矫直塑性变形、应力及尖轨线形的影响.结果表明：在加载量相同的情况下,随加载支距增大,尖轨产生的塑性变形减小,尖轨矫直从过量逐渐变为不足;在加载支距相同的情况下,随加载量增大,尖轨产生的塑性变形增大,尖轨矫直从不足逐渐变为过量;采用竖向加载并水平约束轨底两侧的矫直方式能明显改善尖轨的线形.最后,建议尖轨矫直采用大支距、小加载量并约束轨底两侧的方式.     

道岔转辙器部分轮载分布规律的研究

提出了求解道岔转辙器部分尖轨与基本轨密贴区域内轮载在两钢轨上分布规律的力学模型与计算方法。并以６０ｋｇ／ｍ轨１２号提速道岔为例,分析了轮载在过渡范围内的变化规律,提出了设置轨底坡、优化尖轨顶面坡度等改善尖轨受力的有效措施。     

考虑尖轨变截面廓形的轮轨接触与磨耗分析

为研究尖轨变截面对曲尖轨轮轨接触行为和磨耗分布的影响,提出了一种适用于道岔区的三维非对称接触几何算法,该算法可计算车轮与曲尖轨间的真实法向间隙.使用SIMPACK建立车辆-道岔多体动力学模型,获得仿真结果;利用考虑变截面的接触模型与英国谢菲尔大学提出的USFD磨耗模型计算曲尖轨磨耗.研究结果表明：1）以S1002CN车轮与12号道岔曲尖轨为例,轮对摇头角与尖轨变截面均会引起轮轨法向间隙沿接触斑纵向非对称分布,从而导致接触斑形状与应力沿接触斑纵向非对称分布;当摇头角为10 mrad,横移量为7.5 mm时,本文算法得到的接触斑面积比未考虑尖轨变截面和摇头角的简化算法所得结果大9.2%. 2）以CRH3型车与12号曲尖轨道岔为研究对象,简化算法得到的最大磨耗深度为本文算法所得结果的0.75倍.     

尖轨磨耗与加强技术研究

针对重载道岔尖轨磨耗问题,利用轮轨型面测量仪测量不同磨耗时期的机车车轮型面,建立机车车轮与不同位置道岔尖轨三维有限元接触模型,进行弹塑性计算,分析不同轮轨匹配状态与尖轨磨耗规律,研究尖轨加强技术对轮轨匹配的影响.计算结果表明:标准轮轨接触时,尖轨上接触斑呈狭长条状,接触面积小,尖轨2 m位置处等效应力达到最大值790.8 MPa,其磨耗情况最严重;不同磨耗车轮与尖轨接触时,磨耗中期车轮与尖轨接触情况较好,磨耗末期车轮与尖轨接触情况较差,使得尖轨磨耗加剧;采取切削基本轨加厚尖轨的技术,可提高轮轨之间的接触斑面积,减小其等效应力,进而提高尖轨的使用寿命.     

400 km·h-1高速道岔号码选型与结构优化

基于中国高速铁路进一步提升运营速度的需求,系统研究了400 km·h^-1高速道岔号码选型与结构优化方法;基于车辆-道岔耦合动力学仿真,分析了道岔号码与平顺性的关系,并给出了号码选型建议;研究了道岔线型对动力学性能的影响,并考虑既有岔枕通用原则,提出了线型优化方案;建立了客专线18号道岔尖轨转换原型试验平台,研究了尖轨不足位移的影响因素与影响机制,提出了尖轨不足位移的控制方法;基于有限元理论,建立了道岔区轨道刚度计算模型,结合岔区钢轨动位移现场实测数据,提出了岔区轨道刚度目标取值与均匀化方案。研究结果表明：在现有车站布置方案条件下,400 km·h^-1高速道岔仍建议选择18号道岔;将400 km·h^-1高速道岔相离值增大至28 mm,可显著提升耐磨性能与使用寿命,也可实现岔枕通用;综合考虑系统匹配设计、制造工艺、工电结合要求等多方面因素,建议将第三牵引点至固定端距离减小600 mm,可减小尖轨不足位移,同时最小轮缘槽和第三牵引点牵引力符合规范要求;建议改进高速道岔辙叉结构设计方法,根据实际受力确定心轨弹性变形状态,在此基础上进行连接件与心轨转换设计;建议岔区目标刚度由25±5 kN·mm^-1减小为23±3 kN·mm^-1。     

岔桥相对位置对列车-道岔-桥梁耦合振动的影响

为确定合理的岔桥相对位置,建立了列车-道岔-桥梁耦合系统的振动分析模型,用数值模拟法,分析了350 km/h、18号渡线道岔布置于6×32 m的连续梁上,岔桥相对位置对列车、道岔及桥梁的各项动力特性的影响.结果表明:岔桥相对位置对最大动轮载、轮缘力、尖轨及心轨开口量、车体运行平稳性的影响不显著,对最大减载率、脱轨系数、钢轨动应力及桥梁振动加速度的影响较大;最优的岔桥相对位置是道岔辙叉部分布置在列车运行方向上距离第3跨桥墩1/8~1/4跨范围内.     

动态轨距优化技术在重载道岔上的应用

为研究动态轨距优化技术在重载道岔上的应用,以轮轨型面测量仪在大秦线上测得的数据为基础,建立三维弹塑性接触有限元模型,研究JM3型机车车轮和LM型货车车轮与CHN75钢轨12号单开道岔曲线尖轨接触问题,详细的分析了轨距加宽前后以及不同轨距加宽方案等多种工况下车轮与尖轨接触等效应力和接触斑变化.计算结果表明,轨距加宽后磨耗中期的LM货车车轮与尖轨接触时,接触应力明显降低,有利于减缓尖轨磨耗;货车车轮与尖轨接触的接触斑面积在各个位置处得到了大幅提高,由此可以看出转辙器动态轨距加宽技术有利于改善LM型货车车轮过岔时的轮轨接触作用,减轻尖轨磨耗和滚动接触疲劳;对比讨论不同的轨距加宽方案的计算结果可知,既有的轨距加宽方案相较于其它方案有比较理想的效果,计算结果为尖轨几何参数优化及设计,减轻尖轨磨耗,延长使用寿命提供了参考依据.     

尖轨几何参数对轮轨弹塑性接触的影响

为研究尖轨几何参数对尖轨磨耗的影响,以轮轨型面测量仪在大秦线上测得的数据为基础,建立三维弹塑性接触有限元模型,研究LM型货车车轮与CHN75钢轨12号单开道岔曲线尖轨接触问题,详细的分析了不同轨底坡和尖轨轨头型面等多种工况下车轮与尖轨接触等效应力和接触斑变化.计算结果表明,1∶40轨底坡尖轨最大等效应力在不同位置变化波动较小,且应力值较小,更有利于LM踏面和尖轨接触时降低接触应力,减缓尖轨磨耗;型面改进优化后的尖轨各个位置接触斑面积得到大幅度提高,部分位置接触应力降低,很大程度上降低了滚动接触疲劳伤损和尖轨磨耗.计算结果为尖轨几何参数优化及设计,减轻尖轨磨耗,延长使用寿命提供了参考依据.     

重载车辆-道岔耦合动力特性及岔区加强研究

为了保障车辆过岔的安全性并延长道岔使用寿命,基于刚柔耦合方法建立了精细化的车辆-道岔动力分析模型,研究了过岔方式、行车速度对车岔系统动力特性的影响规律,并对岔区设置轨距拉杆、改变岔区轨底坡、加宽尖轨及心轨断面3种措施的效果进行了评估.研究表明:设置轨距拉杆最大可以降低43.0%的轮轨横向力及5.1%的轮轨垂向力;当岔区轨底坡从1:40增加至1:20,直股线路 可降低10.7%的轮轨横向力及4.0%的轮轨垂向力,侧股线路轨可降低16.7%的轮轨横向力及14.8%的轮轨垂向力;尖轨、心轨断面宽度增加2 mm时引起的轮轨相互作用增幅最大为8.3%,但可降低18.8%的钢轨动弯应力.      

42号高速道岔转辙器区钢轨磨耗规律的预测分析

为了弥补42号高速道岔钢轨磨耗规律理论研究的不足,建立了高速道岔钢轨磨耗发展的理论预测模型.基于Archard材料磨损理论和车辆-道岔耦合动力学仿真分析进行钢轨磨耗深度分布计算;采用了一种自适应步长算法对岔区各特征位置钢轨型面进行更新,可有效减少误差累积、改善数值模型稳定性;基于理论预测模型研究了42号高速道岔尖轨和基...     

高速道岔转换锁闭结构力学特性

为指导高速道岔转换锁闭结构的优化设计,根据道岔区轮轨系统耦合动力学理论和有限元方法,建立了转换锁闭结构动态受力计算模型;以60 kg/m钢轨客运专线18号单开道岔转辙器外锁闭装置为例,研究了列车过岔速度、尖轨不足位移和顶铁离缝等对转换锁闭结构力学特性的影响.研究结果表明:列车过岔速度对转换锁闭结构力学特性有显著影响,当过岔速度为250 km/h时,其受力及变形到达最大;存在一定的尖轨转换不足位移,有利于改善转换锁闭结构的受力状态;顶铁离缝的增加使转换锁闭结构的受力几乎呈线性增加,在道岔运营过程中应尽量避免顶铁离缝出现.      

6号对称道岔区防脱轨装置的作用机理

为防止6号对称道岔脱轨事故发生,阐述了迎轮护轨和新型防脱轨装置的结构特征及工作原理,并建立了车辆-道岔动力学模型,分析了迎轮护轨和防脱轨装置对道岔区动力学响应的影响规律.研究结果表明:迎轮护轨和新型防脱装置均可明显有效约束轮对通过道岔时的横移量,改变轮对运动轨迹,分别使轮缘在距尖轨尖端0.493 m和0.705 m处接...