扣件系统横向刚度及抗倾翻试验研究:以WJ-8型扣件为例

为了对扣件系统横向刚度及抗倾翻性能进行研究,首先借鉴等间隔弹性点支承梁模型分析钢轨横向力学行为;然后,考虑钢轨自身截面特性,推导扣件系统横向刚度及抗倾翻系数计算公式;最后,设计并进行1组及3组WJ-8型扣件横向加载试验,验证分析及推导的合理性。试验结果表明:当钢轨整体扭转中心为轨底中心点时,钢轨自身扭转不可忽略,钢轨横向力及扭矩的传递过程都是非线性过程;1组及3组扣件试验得到的位移相对误差不超过6.8%,转角相对误差不超过9.5%;3组扣件试验允许加载范围更大,且更适用于非对称式扣件;WJ-8型扣件钢轨横移过程可按扣件横向反力的组成划分为钢轨滑移、线性变形和非线性变形3个阶段,钢轨倾翻过程可按钢轨轨底与轨下垫板接触形式划分为钢轨脱离和整体倾翻2个阶段。扣件横向刚度及抗倾翻系数可通过横向力-位移曲线、扭矩-转角曲线确定。

WJ-8型扣件弹性垫板低温动力性能及其影响研究

研究目的:为研究我国高速铁路WJ-8型扣件弹性垫板在莫喀高铁极低温环境中的适用性,本文利用配备温度箱的万能试验机测试WJ-8型扣件弹性垫板的低温动刚度和阻尼系数,并基于车辆-轨道耦合动力学模型,计算和分析莫喀高铁极寒气候和超高速行车条件下的安全性及平稳性,评价WJ-8型扣件在莫喀高铁中的适用性。研究结论:(1)WJ-8型扣件弹性垫板具有极强的低温敏感性,温度在-20℃之上时,弹性垫板动刚度和阻尼系数较为稳定,当温度低于-20℃时,弹性垫板的刚度迅速增大,而阻尼系数先增大后减小,在-45℃达到最大值;(2)考虑扣件系统动力特性随温度变化规律后,轮轨力和轮重减载率随温度的降低而增大,钢轨垂向动态位移随温度的降低而减小,车体平稳性Sperling指标受温度变化影响很小;(3)在莫喀高铁超高速客货混行和极低温气候条件下,只有高速客车轮重减载率无法满足规定的安全限值,成为影响WJ-8型扣件系统在莫喀高铁中适应性的关键因素;(4)本研究结论可为严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统弹性垫板的研发提供参考。

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。

WJ-8型扣件零部件在无砟轨道精调中的消耗分析

为保证高速铁路的运营品质,铁路局在联调联试期间一般会提高轨道不平顺质量指数TQI允许偏差管理值的验收标准,导致无砟轨道扣件零部件的投入量将大幅度增加,引起原设计标准中的轨道精调费用不足。为了使设计阶段无砟轨道精调费用编制更加合理,本文通过分析总结已完工项目轨道精调时WJ-8型扣件零部件的实际消耗量与无砟轨道铺轨轨料定额扣件零部件消耗量的关系,建议了采用WJ-8型扣件的无砟轨道精调时,扣件零部件中的绝缘轨距块、轨下垫板、轨下微调垫板、轨距挡板以及铁垫板下调高垫板实际消耗量宜为无砟轨道铺轨轨料定额消耗量的104%、9%、208%、14%和4%。

基于Dahl模型的WJ-8型常阻力扣件纵向阻力特性拟合研究

为研究WJ-8型常阻力扣件在不同环境下的服役性能,以紧固扭矩和环境温度为试验变量,进行了3组平行试验,获得3组扣件在不同温度和扭矩工况下的纵向阻力-位移曲线,揭示宽温域范围内扣件系统纵向阻力特性的演化规律。研究结果表明:在同一工况下,3组平行试验扣件的原始曲线形态基本一致,均可采用统一形式的幂指型函数较好地拟合;随着温度上升,不同扭矩下的扣件纵向滑移阻力总体上呈先增大后减小再增大的变化趋势,扣件纵向滑移阻力最大值和最小值分别出现在-10℃和40℃附近,前者约为后者的2倍,可见温度变化对WJ-8型常阻力扣件的纵向滑移阻力的影响不容忽视;不同温度下的扣件纵向滑移阻力基本上随扭矩增大而呈线性增大;在负温度环境下,纵向滑移阻力对扭矩变化的敏感程度要明显比正温度环境下的高;为满足纵向滑移阻力不小于9 kN的使用需求,在服役温度为30~45℃时,紧固扭矩不宜小于155 N·m。研究成果可为高速铁路无砟轨道铺轨作业提供参考,对于预测高速铁路基础结构服役性能、健全高速铁路运营安全保障体系也具有参考价值。

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。

WJ7、WJ8型扣件纵向阻力现场试验与研究

我国客运专线无砟轨道设计中广泛采用WJ 7、WJ 8型扣件,其扣件纵向阻力是进行无缝线路设计的重要参数。为合理确定WJ 7、WJ 8型扣件纵向阻力,设计一种有效的无砟轨道扣件纵向阻力测试方案,简述基本原理,通过在武广客专武汉综合试验段对WJ 7、WJ 8型常阻力扣件及WJ 7、WJ 8型小阻力扣件的纵向阻力现场测试,以及对实测数据的数理统计分析,确定了WJ 7、WJ 8型扣件纵向阻力的合理取值,研究结果可为无砟轨道无缝线路设计扣件纵向阻力取值提供参考。

WJ-8型小阻力扣件轨下橡胶垫板滑出动力学研究

基于轨下胶垫滑出后扣件支撑刚度减小和轮轨系统动力学基本原理,建立车辆-轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,计算分析轨下胶垫滑出对车辆与轨道结构的动力学性能的影响,得出以下结论:(1)随着轨下胶垫滑出量的增加,车辆与轨道结构的振动加速度、钢轨与道床板的垂向位移、最大轮轨力、减载率均有增大趋势;最小轮轨力有减小趋势;且随着轨下胶垫滑出量的增加,车辆以及轨道结构的动力学指标的变化趋势逐渐增大。(2)基于车辆以及轨道结构的动力学指标,轨下胶垫滑出量不宜大于120 mm。