中低速磁浮轨道扣件设计参数及试验方法研究

研究目的:目前国内外中低速磁浮线路较短,磁浮扣件的研究多集中在方案及结构设计方面,缺乏相应的参数研究、选型分析及试验方法等。结合中低速磁浮轨道受力和结构特点,研究扣件系统的主要性能参数,分析整理磁浮线路的扣件使用情况;参照钢轨铁路扣件的相关标准,提出扣件组装试验方法;提出工程化应用中尚待解决的问题,为中低速磁浮扣件的发展提供建议。研究结论:(1)中低速磁浮扣件应具有足够的防爬阻力、较好的三维调整能力、合理的刚度、便捷的维护性等;(2)扣件选型应根据线路工程条件,结合调距能力、扣压件型式及可靠性、养护维修等多方面综合考虑;(3)参照铁路钢轨扣件,开展磁浮扣件组装性能试验,经300万次疲劳试验后各零部件无伤损,各项指标满足要求;(4)根据磁浮系统的特点,需进一步研究扣件系统中存在的多个技术问题,提升其服役性能;(5)本研究成果可为中低速磁浮轨道扣件的研究与设计提供借鉴与参考。     

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。     

桥上无缝线路扣件纵向阻力试验研究

以高速铁路桥梁无砟轨道WJ-7型和WJ-8型小阻力扣件为研究对象,开展不同纵向加载速率以及竖向荷载条件下的纵向阻力试验,研究了纵向加载速率和竖向荷载对无缝线路扣件纵向阻力特性的影响,并给出了不同竖向加载条件下WJ-7型和WJ-8型小阻力扣件的纵向阻力-位移曲线,以用于梁轨相互作用精细化分析。结果表明：当竖向荷载不变时,纵向加载速率对两种小阻力扣件的动刚度和纵向阻力最大值影响较小;随着竖向荷载的增大,两种小阻力扣件的动刚度及纵向阻力均明显增大,其弹塑性临界点也逐渐增大;与竖向无载工况相比,竖向荷载为50 kN时,WJ-7型小阻力扣件最大纵向阻力、弹塑性临界点增幅分别为177.74%和87.71%,WJ-8型小阻力扣件增幅分别为320.44%和118.88%。     

山地轨道交通钢轨扣件研究与设计

结合都江堰至四姑娘山线路情况,分析了山地轨道交通扣件的性能需求及设计原则,并据此设计了一套适用于山地轨道交通的钢轨扣件,以期实现扣件较大的钢轨纵向阻力及轨距调整量,使扣件的钢轨纵向阻力≥12 kN,轨距调整量达到(-8～+16)mm.经理论分析及室内试验验证结果表明,扣件的各项组装性能均满足山地轨道线路运营要求.     

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     

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。     

45 t轴重重载铁路扣件系统刚度分析

为分析45 t轴重重载铁路有砟轨道扣件系统刚度合理取值范围,首先,使用钢轨容许应力法及轨道容许变形法分析扣件系统静刚度合理取值范围;然后,建立45 t轴重重载货车-有砟轨道空间耦合动力学模型,以美国五级谱及钢轨焊缝不平顺作为该耦合系统激励,通过分析车轨耦合动力学模型在不同激励、不同动刚度下的动力响应变化,分析扣件系统动刚度合理取值范围。结合钢轨容许应力法及轨道容许变形法,建议扣件系统静刚度范围为200～240 kN/mm;通过综合比较最大轮轨垂向力、最大枕上压力、最大钢轨垂向位移及最大轮重减载率4个评价指标在不同轮轨系统激励及不同扣件系统动刚度下的变化范围,建议扣件系统动刚度范围取240～300 kN/mm。     

无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力测试方法研究

无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力既是轨道结构设计的重要参数,也是相关技术标准中一项必要的基础数据,需要采取科学准确的方法加以测定。通过对常用扣件钢轨纵向阻力测试方法的系统分析,提出以恒定位移速率方式施加拉力荷载作为测试无砟轨道小阻力扣件钢轨纵向阻力的改进方法,并通过具有代表性的WJ-8型和W300-1型无砟轨道小阻力扣件的测试验证,为《高速铁路扣件系统试验方法第1部分:钢轨纵向阻力的测定》等技术标准的编制提供支撑。     

扣件纵向阻力对地铁道岔力学特性的影响研究

研究目的:扣件是地铁道岔关键传力部件,其纵向阻力对道岔各钢轨的受力与位移有着重要影响。为明确不同扣件轨下垫板、不同纵向阻力下地铁道岔的纵向力学特性,对其扣件进行试验及数值模拟分析。研究结论:(1)相比橡胶垫板,采用聚酯垫板时,道岔基本轨纵向位移减小13%以上,尖轨纵向位移减小2%左右,道岔各钢轨纵向受力变化不大;(2)随着扣件纵向刚度的增加,道岔结构的纵向位移和基本轨纵向受力逐渐减小,虽然导轨温度力略有增大,但增幅很小,不会影响结构安全性;(3)在地铁道岔中采用聚酯垫板并适当增大扣件纵向刚度是合理的优化方向;(4)本研究成果可用于地铁道岔扣件轨下垫板选型以及阻力优化设计。     

无砟轨道简支梁桥墩纵向刚度限值研究

研究目的:桥墩纵向刚度合理限值是铁路桥梁设计和轨道设计的关键参数,本文考虑桥上板式无砟轨道多层结构间的非线性相互作用关系,建立简支梁桥-无砟轨道-无缝线路空间耦合模型,分析桥墩纵向刚度对不同跨度简支梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力学特性的影响,提出不同跨度简支梁桥的桥墩纵向刚度合理限值。研究结论:(1)简支梁跨度L≤64 m时,桥墩纵向刚度的控制指标为梁轨相对位移值;跨度超过64 m后,钢轨强度成为桥墩纵向刚度的控制指标;(2)铺设常阻力扣件时,32 m、48 m、64 m、80 m和96 m简支梁桥墩纵向刚度限值分别为210 k N/cm、500 k N/cm、700 k N/cm、1 500 k N/cm和2 000 k N/cm;(3)综合考虑结构安全性和工程经济性,对于80 m和96 m简支梁桥,可通过全桥铺设小阻力扣件来大幅度降低桥墩纵向刚度;(4)本研究成果可用于指导无砟轨道简支梁桥的桥墩设计。     

现代有轨电车短枕埋入式轨道路基优化分析

研究目的:为研究列车荷载作用下各关键影响参数对轨道路基结构的受力和变形影响规律,并获得轨道路基最优参数组合,本文通过建立有轨电车短枕埋入式轨道路基有限元分析模型,采用正交试验方法分析扣件刚度、轨道板厚度、支承层厚度、基床总厚度、基床压实指标K_(30)5种因素对轨道路基结构力学特性的影响,为弥补正交试验定量分析的不足,借助层次分析法确定各项评价指标权重系数,最终确定短枕埋入式轨道路基结构的最优参数组合。研究结论:(1)扣件刚度对钢轨位移影响最大,轨道板厚度对轨道板纵向弯矩和路基顶面动应力影响最大,基床压实指标K_(30)对基床顶面变形影响最大;(2)钢轨位移、轨道板弯矩、基床顶面位移和动应力的权重系数分别为0.085、0.583、0.043、0.289;(3)最佳轨道路基设计方案为扣件刚度40 kN/mm、轨道板厚度0.24 m、支承层厚度0.27 m、基床总厚度1.1 m、基床压实指标(K_(30))110 MPa/m;(4)综合运用正交试验和层次分析法可以将定性问题转换为定量问题进行求解,从而使得分析结果更加具有科学性和说服力;(5)本研究成果对有轨电车短枕埋入式轨道路基结构设计具有参考价值。     

WJ-8型小阻力扣件纵向阻力温变特性研究

为评估高速铁路桥上无缝线路扣件对服役环境的适应性,以WJ-8型小阻力扣件为例,开展一系列室内纵向阻力试验。设置-30～60℃的环境温度和90～120 N·m的螺栓扭矩,在标准组装状态下按照10 kN/min的恒定速率加载,实时记录纵向力值及钢轨纵向位移值,每个工况加载4次。试验获得了4个不同扭矩和10个不同温度组合工况下的扣件纵向阻力-位移变化特征,分析得到温度、扭矩和纵向滑移阻力三者之间的映射关系。研究结果表明：1)不同工况下,扣件纵向阻力随位移的增大呈幂指型函数递增关系;不同扭矩作用下,扣件纵向滑移阻力随温度升高呈指数型函数递增关系;不同温度作用下,扣件纵向滑移阻力随扭矩增大呈线性递增关系。2)扭矩作用和温度作用对小阻力扣件纵向阻力均有影响,但扭矩作用基本不影响扣件阻力对温度变化的敏感性,反之亦然。3)当温度上升至40℃以后,在规范建议的90～120 N·m扭矩下,纵向滑移阻力均不再满足4±1 kN的要求。建议高温环境下适当减小螺栓扭矩,以便于桥上无缝线路附加力的释放。研究成果对于优化轨道结构设计、验证和完善无缝线路扣件纵向阻力取值计算理论具有参考意义。     

竖向荷载和弹条扣压力对WJ-8扣件纵向阻力影响试验研究

扣件阻力是无缝线路的关键参数。为研究竖向荷载和弹条扣压力(扭矩)对扣件纵向阻力的影响,以WJ-8型扣件为研究对象,开展不同竖向荷载和扭矩下扣件纵向阻力-位移试验,得到不同工况下扣件纵向阻力-位移变化特征。试验结果表明:(1)扣件滑移之前,扣件纵向阻力-位移关系受竖向荷载的影响不显著;(2)不同竖向荷载和扭矩下扣件纵向阻力-位移关系可用幂指函数进行拟合;(3)扣件滑移阻力随竖向荷载的增加而线性递增,且竖向荷载越大,扣件滑移阻力随扭矩的增加而增加的幅度减小;(4)不同工况下扣件纵向阻力-位移曲线存在滞回效应特性,滞回曲线可采用幂指数型函数拟合得到。     

低温环境下常规阻力扣件纵向阻力变化规律

研究目的:目前,扣件在低温环境下的纵向力学性能鲜有研究。基于此,本文在冬季低温条件下进行WJ-8型常规阻力扣件不同扭矩以及竖向荷载下扣件纵向阻力与位移试验,从而得到扣件纵向阻力与扭矩和竖向荷载之间的关系。研究结论:(1) WJ-8型常规阻力扣件在冬季低温环境下,扭矩及竖向荷载对扣件纵向阻力均有影响,且竖向荷载作用的影响较扭矩更为明显;(2)不同扭矩下扣件的纵向滑移阻力与竖向荷载基本呈线性关系,不同竖向荷载下扣件的纵向滑移阻力与扭矩也基本呈线性关系;(3)有载和无载状况下,扣件系统的滑移摩擦系数变化较大,无载状况下扣件的滑移摩擦系数为0. 47,竖向荷载60 kN作用时达到了0. 52,常规阻力扣件在同一竖向荷载作用下,滑移摩擦系数随扭矩的增大而减小,有载状况下随竖向荷载的增大逐渐趋于稳定;(4)本研究成果对验证和完善无缝线路扣件纵向阻力取值计算理论具有参考价值。     

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。     

减摩层材料对小阻力扣件系统纵向阻力的影响

针对目前已有的不锈钢-橡胶硫化粘接式、高分子-热塑性聚酯弹性体（Thermoplastic Polyester Elastomer,TPEE）抓钉连接式小阻力轨下垫板在应用中存在的问题,提出将减摩层与弹性层一体成型的复合垫板。考虑小阻力扣件系统的实际使用环境,对采用尼龙、超高分子量聚乙烯作为减摩层材料的复合轨下垫板组装小阻力扣件系统进行试验测试,研究浸水环境下其纵向阻力变化规律。结果表明：尼龙、超高分子量聚乙烯作为减摩层材料均能使扣件系统具有较小的初始纵向阻力;对于尼龙-橡胶复合垫板组装小阻力扣件系统,浸水后纵向阻力发生明显变化,且纵向阻力随着浸水时间增长而增大,浸水60 d时其纵向阻力增大42.30%;对于超高分子量聚乙烯-橡胶复合垫板组装小阻力扣件系统,其纵向阻力浸水前后变化不大,浸水60 d时仅增大1.25%。     

严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统选型研究

研究目的:扣件系统是无砟轨道的关键部件之一,为指导严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统选型,本文结合严寒地区高速铁路的工程特点,分析严寒地区无砟轨道对扣件系统的需求,并通过介绍国内外无砟轨道扣件系统的应用情况,从扣件系统的技术特点及严寒地区适应性等方面进行对比分析,从而提出扣件系统选型建议。研究结论:(1)严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统选型应从几何形位保持能力、纵向阻力、养护维修、弹性垫层刚度、绝缘性能、几何形位调整能力、极端温度适应性等方面综合考虑;(2)有螺栓式紧固的扣件系统调整能力强,且扣压力衰减后可恢复;(3)不分开式扣件系统的零部件较少,易于养护维修;(4)有挡肩扣件的承载能力较强,所有扣件系统均需研究复合材料部件的低温性能和弹条的低温疲劳性能;(5)本研究结论可为严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统的选型提供参考。     

扣件刚度对轨道及饱和地基振动响应的影响

研究目的:修建于我国沿海软土地区的铁路受地基特性的影响在列车高速运行时会产生较大振动,控制列车运行引起的轨道系统及地基振动响应能够有效提高列车的平稳性、舒适性,并减少对周边环境的影响。本文采用轨道系统-饱和地基耦合模型研究饱和地基上轨道系统的振动特性,探讨扣件刚度的选取对轨道振动响应的影响。研究结论:(1)扣件刚度对钢轨位移和加速度响应均有明显影响;(2)增大扣件刚度能够有效减少钢轨的位移响应;(3)增大扣件刚度能够降低低速列车的钢轨加速度响应,但高速列车引起的钢轨加速度响应随扣件刚度的增大有所增加;(4)本研究结论可为认识交通活动中振动现象的本质、解决饱和软土地区列车和环境振动问题、优化轨道系统设计和施工提供理论指导。     

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。     

城际高铁各种运行速度下扣件刚度的选取研究

文章以车辆动力学、轨道动力学有限元法为基础,将机车车辆和轨道作为一个系统,分别求出运行速度为200 km/h,250 km/h和300 km/h时不同扣件刚度的列车和钢轨的动力性能。并与高速铁路设计规范建议的运行速度为350 km/h时扣件刚度取值25 kN/mm的动力性能比较,找出城际铁路适合运行速度为200 km/h,250 km/h,300 km/h时的扣件刚度。