一种确定弹性支承块式无碴轨道刚度的新方法

为确定弹性支承块式无碴轨道的合理刚度,提出以轨道应力与变形、动态轨距扩大及轨道动力响应参数为指标确定轨道刚度的方法。该方法运用有限单元法,建立弹性支承块式无碴轨道应力与变形、动态轨距扩大及动力响应3种计算模型,分析刚度对轨道应力与变形、动态轨距扩大及动力性能的影响。结果表明:增大钢轨支点刚度能减小钢轨弯曲应力和挠度,增大块下胶垫刚度能减小支承块位移;扣件刚度是影响动态轨距扩大的主要因素;增大扣件刚度能使支承块的加速度迅速增大。最后提出200 km/h弹性支承块式无碴轨道的合理刚度。     

地铁基础减振地段钢轨异常波磨 治理方案研究

针对地铁线路产生的钢轨异常波磨问题,调研了某地铁线路的钢轨波磨情况以及基本特征,对轨道刚度、 钢轨廓形、轨距以及轨道动力特征进行测试,提出钢轨异常波磨的治理思路,并对波磨治理效果进行跟踪测试, 提出既有线以及新建地铁线路钢轨波磨的治理以及预防方案。研究表明：地铁钢轨波磨较为严重,波长在 25～ 100 mm 之间;轨道垂向刚度、横向刚度整体较弱,钢轨位移大,保持轨距能力差,轮轨关系恶化,在特定频段 范围内轮轨振动加剧,从而引起钢轨波磨的产生和发展。通过更换扣件及垫板、轨道精测精调、钢轨打磨措施可 以使车内噪声降低 5～10 dB,轨面不平顺显著降低,打磨周期延长至 1 倍以上;既有线路可通过“细调查、调参 数、精维修、动态检查”治理钢轨波磨,新建地铁线路应在规划、设计、运营维护、动态验收阶段严格把关,合 理采用减振轨道,避免钢轨异常波磨的产生和发展。     

荷载作用下轨距扩大的理论分析

轨距扩大和钢轨侧翻将影响到轮轨接触点位置和动力作用.钢轨垫层和道床的刚度、钢轨刚度和扣件扣压力是影响轮轨之间作用力和轨距扩大的主要因素.本文从理论上讨论了在不同轨道刚度条件下的轨距扩大和钢轨侧翻问题.     

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。     

重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析

弹性支承块式无砟轨道结构整体弹性较好,有利于降低轮轨相互作用力并减缓对隧道基底的振动冲击,是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。但弹性支承块式无砟轨道采用两个独立的弹性块体支承钢轨,其保持轨道几何状态,尤其是保持轨距的能力相对较弱。本文通过有限元模型计算,结合室内相关试验结果,研究分析了重载条件下弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力的影响因素。结果表明:增大支承块的长度、宽度以及埋深,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;当支承块埋深不变时,增大支承块高度对轨距扩大、钢轨转角及支承块转角的控制不利;增大支承块套靴侧向刚度,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;增大轨下垫板刚度和支承块下垫板刚度,轨距扩大不断减小,但轨下垫板刚度的增加主要是降低钢轨转角,对支承块的几何状态影响不大,而支承块下垫板刚度的增加主要是降低支承块横向间距扩大,对钢轨转角的影响较小。     

面向轨道维护的可变轨距轨道模型与钢轨点云的配准方法

基于车载Lidar技术相关的硬件和算法的快速发展,具备发展成快速车载轨道测量技术手段的潜力,从而替代传统的地面人工轨道测量手段。针对其中根据钢轨点云获取轨道轨距、钢轨位置等参数的问题,定义了可变轨距轨道模型,并在此实现可变轨距轨道模型与钢轨点云的配准方法。新算法在配准迭代过程根据钢轨点云到轨道工作边的距离来动态调整模型轨距,从而在轨道配准精度和轨距测量精度两项关键指标获得了同步提高。通过模拟数分析存在不同轨距偏差、超高等情况下算法性能,并和单钢轨轨道模型和固定轨距轨道模型的配准结果进行比较。最后通过一段干线铁路的实测点云进行测试,试验结果表明单钢轨轨道模型配准后左右钢轨的平行性得不到保证;在直线段与固定轨距轨道模型配准精度和轨距测量精度基本相当,配准精度为0.16 mm;在曲线段可变轨距轨道模型配准精度和轨距测量精度不受轨距变化的影响,显著优于固定轨距轨道模型的结果,精度高88.7%。     

列车及轨道参数对曲线钢轨波磨影响及防治措施研究

针对地铁曲线段出现的钢轨波磨问题,利用车轨动力学模型研究了转向架一系横向及纵向刚度、轮轨摩擦系数、曲线半径、超高、轨距、轨道横向及垂向支撑刚度等参数对曲线轮轨磨耗的影响,结果表明:(1)适当减小转向架一系纵向刚度可显著降低曲线段轮轨磨耗;(2)轨面摩擦系数由0.5降低至0.3,轮轨磨耗指数可降低约25%;(3)轮轨磨耗随曲线半径的减小呈指数式增长;(4)线路超高、轨距对轮轨磨耗影响较小,进而提出曲线钢轨波磨的防、治措施建议:(1)适当降低轮轨间摩擦系数、提高钢轨硬度、加宽曲线段轨距和开展曲线轨道磨耗信息化管理等措施,可缓解既有线曲线钢轨波磨;(2)优化车辆一系横向及纵向刚度、增大线路曲线半径、避免小半径"S"形曲线、设置曲线欠超高、降低轮轨间摩擦系数等措施,可对新建线路曲线钢轨波磨进行预防。     

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.     

轨距对轨道结构受力特性的影响

"一带一路"沿线国家的铁路轨距存在差异,这使得列车行驶过程中产生更大的线路不平顺,同时轨道部件的拉、压应力的变化对轨道部件的使用寿命造成影响。通过建模分析可知:轨距变化主要影响轨枕、道床的位移与受力,对钢轨的影响较小。轨道各部件的位移在标准轨距时较小,与标准轨距时相比,轨枕的位移最高增加了300%,道床的位移最高增加了38%,而钢轨竖向位移最大增量仅为4%。不同轨距下的轨道部件拉、压应力存在较大差异,轨枕拉应力最大增加了59%,道床的拉应力最大增加了214%,轨枕的压应力最大增加了55%,道床的压应力最大增加了312%,而钢轨拉、压应力无变化。为改变轨距对轨枕与道床的位移、拉应力、压应力影响,延长轨道部件的使用寿命,需在轨距过渡处合理设置轨道刚度过渡。     

兰新高铁穿越长城段减振型无砟轨道减振垫合理刚度研究

减振型轨道结构是控制文物振动的有效措施之一,然而,高速铁路中减振型轨道结构尚无成熟应用经验。结合兰新高铁穿越长城段项目建设功能需求,在明确长城体水平振动速度、钢轨垂向振动加速度及钢轨垂向位移等评价指标及限值基础上,采用仿真分析法开展了减振型无砟轨道减振垫刚度变化对各评价指标影响分析,分析表明:(1)长城体水平振动速度随着减振垫刚度增加而增大;(2)钢轨垂向加速度随着减振垫刚度增加而变化不大;(3)钢轨位移随着减振垫刚度增加而减小;(4)列车运营、轨道结构服役性能及长城体保护需求的减振垫刚度应介于40~166.7 MPa/m。兰新高铁工程实施采用46 MPa/m刚度减振垫,实车测试及工程应用表明:研究成果工程应用同时满足了高铁安全、平顺、舒适性和长城体高减振性能需求。     

轨道刚度及谐振阻尼器对钢轨波浪磨耗增长和振动水平的影响

通过对我国几个具有不同轨道刚度和钢轨阻尼的地铁轨道系统进行检测分析,介绍轨道系统钢轨的振动水平和波浪磨耗增长,与轨道刚度和钢轨谐振阻尼的关系。在每一个测试线路段,对钢轨表面粗糙度(包含波浪磨耗)的测试都在一定的时段间隔对同一测试位置重复测量,测试结果提供了很有价值的数据,能够在一个中长期范围内对钢轨粗糙度的增长和轨道钢轨振动水平的变化进行对比和分析。通过测试结果可以明显看出,在刚度较高的轨道上,钢轨的粗糙度较高,而在安装了谐振式阻尼扣件的线路上,钢轨粗糙度反而有所下降。与普通扣件的轨道相比,安装低刚度谐振式钢轨扣件的轨道,其钢轨本身在垂直方向及横向振动水平均有所下降。     

轨道结构的非线性有限元分析

实际轨道结构受载时的力学行为，属于典型的非线性力学问题。钢轨垫层刚度，钢轨抗扭刚度和扣件扣压力的大小是影响轨距扩大的主要因素。根据非线性有限元接触理论，建立了能准确反映扣件，钢轨与垫层的拧紧接触，以及受载车轮与钢轨侧向滑动接触的力学计算模型；并研究计算了不同扣件压力下，由于受载车轮与钢轨侧向滑动接触引起的轨距扩大问题。     

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。     

高速铁路大跨度钢桥上树脂枕轨道方案研究

研究目的:为了研究树脂轨枕应用于高速铁路大跨度钢桥上的可行性,采用有限元方法建立树脂枕轨道结构模型,根据钢轨位移、应力、弯矩、扣件安装空间以及轨枕与桥梁间的连接空间等方面的要求,对树脂轨枕的高度、宽度、长度、支承间距、缓冲垫层刚度等进行分析研究,提出适合高速铁路大跨度钢桥上树脂轨枕的合理参数取值。研究结论:(1)轨枕宽度主要取决于其经济性和扣件安装空间,取200~300 mm即可满足轨道使用的力学要求;(2)轨枕高度对轨枕弯曲应力有较大影响,为保证部件可靠性,建议轨枕高度取210 mm及以上;(3)枕下横向支点间距对轨道刚度、轨枕弯矩、动态轨距变化量影响很大,树脂轨枕的支点应尽量贴近钢轨中心线,避免轨枕支点力作用在两支点间的悬空部分;(4)枕下缓冲垫层刚度对轨道垂向位移影响较大,为了防止轨枕的垂向位移过大,垫层刚度应保证在750 kN/mm及以上;(5)该研究结果可应用于高速铁路大跨度桥上轻型轨道结构设计中,为类似工程提供参考。     

道岔区刚度及其合理匹配

道岔区轨道刚度均匀化是现代化铁路运营要求,我国传统的道岔区轨道刚度严重不均匀,加重了道床及道岔部件的损伤。依据道岔垫板种类,将岔区垫板划分为5种类型,通过对各种垫板组装后的刚度试验和结果分析,提出道岔区扣件刚度均匀化的建议;通过既有线提速道岔枕下基础刚度的现场测试和理论计算以及钢轨支点刚度计算,分析影响既有线道岔垂向刚度的主要因素,为道岔区轨道刚度均匀化改进提供依据。     

轨道刚度合理值评价指标的研究

通过现场轨道刚度与部件刚度实测、轨道动力响应测试、室内轨道部件刚度测试、道碴动三轴试验数据,以及轨道刚度对轨道动力特性和列车运行品质的影响的理论分析结果,提出我国60 kg*m-1钢轨线路轨道整体刚度和部件刚度的标称值范围,确定了评价轨道刚度合理与否的轮轨系统的动力学指标,并进行关键参数的敏感性分析.基于轨道结构受力合理、机车车辆走行性能不受影响、轨道几何状态变化平缓的角度考虑,提出了轨道刚度合理取值的评价指标及分析方法.     

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。     

减振层刚度对减振型CRTSⅢ型板式无砟轨道振动响应影响

为了研究减振层刚度变化对减振型CRTSⅢ型板式无砟轨道振动的影响,本文根据车辆与路基上减振型CRTSⅢ板式无砟轨道结构相互作用的特点,基于有限元理论,提出了一种轨道单元和车辆单元,建立了列车-减振型CRTSⅢ板式无砟轨道耦合动力学时域分析模型,分析了减振层刚度变化对车体、钢轨、轨道板和底座板振动响应的影响。研究结果表明：(1)减振层刚度的变化对车体的振动影响较小,对钢轨、轨道板和底座板的振动影响较大;(2)随着减振层刚度的增大,削弱了板式轨道的弹性,减振层以上结构的振动不断减弱,下部结构的振动不断加剧;(3)同时考虑减振层上部和下部结构的动力效应,建议减振层刚度应在400～700 kN/mm。     

客运专线道岔前后轨道刚度过渡段动力学研究

客运专线有砟轨道及无砟轨道道岔区的轨道刚度约是区间线路的2~3倍,差别较大,均需要通过设置轨道刚度过渡段来减轻轮轨动力作用,改善行车的平稳性。从保证行车安全性和舒适性、降低对轨下基础动力冲击作用的角度,提出轨道刚度过渡段动力性能的评价指标以及过渡段合理长度的确定方法,既要满足钢轨挠度变化率小于0.3 mm.m-1的要求,还应满足轮轨垂向力衰减距离以及车体加速度衰减时间的要求。应用车辆-轨道耦合动力学模型与理论,进行客运专线道岔前后轨道不同刚度过渡段方案的动力学分析。结果表明:客运专线道岔前后轨道刚度过渡段可采用轨道刚度分级过渡的方法,每一级刚度取15个轨枕间距,并依据实际线路轨道刚度差的大小在3~6级中完成过渡。     

采用小阻力扣件的单线连续梁桥墩纵向刚度限值研究

基于梁轨相互作用原理,建立桥上无缝线路线桥墩一体化模型,研究主桥铺设小阻力扣件下单线连续梁桥墩纵向水平刚度的限值。研究结果表明:在主桥铺设小阻力扣件下,钢轨伸缩附加应力最大值与连续梁温度跨度及桥墩刚度近似呈线性关系;轨道结构稳定性和钢轨断缝对桥墩刚度限值均不起控制作用,桥墩刚度限值仅由钢轨强度控制;连续梁温度跨度较大时,桥墩刚度限值与温度跨度近似呈线性关系,对于温度跨度为240 m的连续梁,轨温变化幅度为50℃、40℃和30℃时,连续梁固定支座处桥墩刚度限值分别为1 282、522、226 k N/(cm·线)。