老化作用对无砟轨道扣件橡胶垫板刚度影响的试验研究

WJ-7B型扣件是我国高速铁路无砟轨道采用较多的一种扣件,扣件的橡胶垫板提供轨道结构的弹性,对高速列车运营舒适性有重要影响.结合橡胶的材料特性,通过橡胶老化和疲劳试验,分析了材料老化对橡胶垫板刚度的影响.试验结果表明,在-40℃和+23℃环境温度下,老化作用对橡胶垫板原有疲劳性能略有改变;而+40℃环境温度下的疲劳试验,老化作用对橡胶垫板原有的疲劳性能影响较为明显,以疲劳前后静刚度变化率为例,老化后的橡胶垫板变化率为9.36%,未老化橡胶垫板变化率为15.76%.     

微孔橡胶垫板动静刚度比的试验研究北大核心

研究了硫磺用量、炭黑种类及用量、乙烯含量、发泡剂用量及发泡倍率对苏州地铁用微孔橡胶垫板动静刚度比的影响。研究发现:随着硫磺用量增大、炭黑用量减小、炭黑粒子变细及乙烯含量增高,微孔橡胶垫板的动静刚度比都逐渐减小;随着发泡剂用量增大,动静刚度比先减小后增大,呈峰值变化。同时从能量损耗的角度对动静刚度比与能量损耗的关系进行了定性分析,发现动静刚度比与橡胶的损耗因子有很好的相关性,动静刚度比其实是微孔橡胶垫板内耗大小的量度。     

微孔橡胶垫板动静刚度比的试验研究

研究了硫磺用量、炭黑种类及用量、乙烯含量、发泡剂用量及发泡倍率对苏州地铁用微孔橡胶垫板动静刚度比的影响。研究发现:随着硫磺用量增大、炭黑用量减小、炭黑粒子变细及乙烯含量增高,微孔橡胶垫板的动静刚度比都逐渐减小;随着发泡剂用量增大,动静刚度比先减小后增大,呈峰值变化。同时从能量损耗的角度对动静刚度比与能量损耗的关系进行了定性分析,发现动静刚度比与橡胶的损耗因子有很好的相关性,动静刚度比其实是微孔橡胶垫板内耗大小的量度。     

表面改性剂对橡胶垫板动态性能的影响

通过掺加不同表面改性剂制作了5种配方试样,采用橡胶加工分析仪,材料疲劳试验机和冲击回弹试验仪,研究了有无表面改性剂以及不同种类表面改性剂对橡胶垫板动态性能的影响规律.研究结果表明:加入表面改性剂后,配方1(基准配方)到配方5(表面改性剂为LONSIL 4C)橡胶动静刚度比、损耗功和力学损耗角正切tanδ均依次减小;配方1到配方5储能模量依次减小,Payne效应越来越不明显;配方1到配方5橡胶材料回弹性依次增大;动静刚度比与损耗功、回弹性和tanδ均有很好的相关性.在试验室可以用测试回弹性或损耗功,或tanδ代替测试动静刚度比,以降低低动静刚度比橡胶垫板的研发成本.     

轨下垫板刚度的时变特性及其影响研究

以WJ7-A型轨下垫板为对象,测试轨下胶垫刚度随服役时间的变化,分析垫板刚度的时变特性;然后以此为基础,建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型,研究轨下胶垫时变特性对轮轨随机振动响应的影响规律。研究结果表明:随着服役时间的增长,轨下橡胶垫板的刚度将增大,2年后垫板刚度的增幅为13.91%;随着运营时间的增长,车体振动加速度变化微弱;轮轨力及扣件力的第二主频幅值增大并向高频移动,且扣件力变化更显著,线路运营2年时间后,扣件力第二主频向高频移动7.4 Hz,幅值增幅达到53.80%。建议定期抽样测试轨下胶垫刚度并及时更换性能老化垫板,降低轮轨垂向力和扣件力。     

WJ-8型扣件聚氨酯弹性垫板静刚度影响因素研究

通过制备不同配比的WJ-8型扣件铁垫板下聚氨酯弹性垫板样品并测试其静刚度,研究弹性垫板生产成型过程中各种因素对其静刚度的影响。结果表明:影响样品静刚度的因素有水分、B/A配比(A代表聚醚多元醇组合料,B代表二苯基甲烷二异氰酸酯预聚体)、浇注质量、热固化时间、停放时间;随着多元醇中水含量的增高,静刚度呈下降趋势;随着浇注过程中B/A配比的提高,静刚度呈轻微上升趋势;随着每模腔浇注质量的提高,静刚度显著上升;当热固化时间未达到理想设定时静刚度随着热固化时间的提高而上升,而当热固化时间达到理想设定时静刚度保持稳定;随着样品出模后停放时间的延长静刚度呈一定的上升趋势,在出模后的5 d内表现尤为明显。生产过程中应综合考虑这些因素的影响制定合适的生产工艺。     

填料对客运专线橡胶垫板性能的影响研究

通过测试客运专线垫板的拉伸强度、200%定伸应力、动静刚度比及电阻等性能参数,研究了几种无机填料与无机补强填料萨博菲并用比例对客运专线橡胶垫板性能的影响,并对萨博菲的补强机理进行了分析。研究结果表明,萨博菲由于颗粒尺寸是纳米级的,且为片状结构,在橡胶中分散好,应用于客运专线橡胶垫板中具有拉伸强度高、200%定伸应力大、压缩永久变形小、动静比低的优点,非常适合做橡胶垫板类产品;萨博菲与炭黑最佳比例为35∶75。     

高速铁路WJ-8型扣件系统组装疲劳试验研究

针对WJ-8型扣件系统组装疲劳试验中扣件组装静刚度变化率超标现象,选取不同工况进行研究。结果表明:WJ-8型扣件零部件横向配合尺寸存在问题时会造成扣件在静态组装时轨距挡板无法安装到位,组装疲劳试验时铁垫板被轨距挡板卡住,试验后组装静刚度过大,出现超标现象;在环境温度20℃的试验室进行频率4.8 Hz的扣件组装疲劳试验时,扣件零部件温度会超过50℃,但短时间超过50℃不会对试验结果造成较大影响。     

重载列车作用下CRTSⅢ型板式轨道结构力学特性试验研究

通过建立CRTSⅢ型板式无砟轨道结构1:1足尺试验模型,开展30 t轴重列车作用下轨道结构力学特性试验,获得800万次疲劳试验后轨道结构力学性能演化特征。研究结果表明:疲劳荷载作用下,CRTSⅢ型板式无砟轨道各层动力响应基本呈逐渐增加之势;800万次疲劳荷载作用后,扣件竖向动、静刚度分别增加24.77%和23.94%,竖向动静刚度比变化不明显;隔离层竖向动、静刚度分别增加152.27%和136.11%,动静刚度比减小6.4%;底座竖向加速度最大值增加67.4%;底座混凝土板中处拉、压应力最大值分别增加55.6%和26.3%。研究成果对于开展重载铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构研究具有参考价值。     

轨下新型网孔式弹性垫板力学性能影响研究

为了提高轨道交通轨下弹性垫板的力学性能,使垫板材料的弹性充分发挥,研究一种新型网孔式轨下弹性垫板结构。通过建立网孔式轨下弹性垫板的有限元计算模型,选用Mooney-Rivlin超弹性本构模型模拟橡胶材料特性,在弹性垫板材料参数不变的条件下,通过网孔间距、网孔内接圆直径、板厚和倒角半径等关键参数来调整网孔式弹性垫板的静刚度,分析其对弹性垫板力学性能的影响,并与传统沟槽型弹性垫板进行对比。结果表明:在孔径不变的条件下,网孔间距增大,垫板静刚度近似线性增大,最大应力增大;网孔直径增大,垫板静刚度近似线性减小,最大应力减小。垫板厚度增大,静刚度明显减小,而最大应力小幅减小;网孔结构倒角后弹性垫板的静刚度小幅增加,但最大应力明显减小。相比于静刚度相近的沟槽型弹性垫板,网孔式弹性垫板的最大应力明显减小,可有效提高其耐久性,同时网孔式弹性垫板的静刚度具有可灵活调整的能力,因此,将网孔结构应用于轨下弹性垫板具有可行性。     

弹性分开式扣件板下弹性垫板静刚度试验及评价

为研究锚固螺栓不同紧固扭矩对弹性分开式扣件板下弹性垫板静刚度的影响,以我国地铁常用的DZIII型扣件为研究对象,计算锚固螺栓在不同紧固扭矩作用下对板下弹性垫板的初始预压力,并对TPEE和橡胶类板下弹性垫板在不同初始预压力作用下的静刚度进行测试和评价。结果表明:锚固螺栓紧固扭矩为150,200,250 N·m时,板下弹性垫板的初始预压力为69.94,93.24,116.54 k N;板下弹性垫板静刚度测试结果同静刚度测试荷载取值范围密切相关,且同初始预压力呈正相关关系;板下弹性垫板静刚度应根据扣件系统正常服役状态下锚固螺栓紧固扭矩引起的初始预压力进行测试和评价。     

关于橡胶垫板刚度计算方法的研究

静刚度是轨下橡胶垫层的关键设计参数,结合胶垫垂直静刚度的特性试验研究了两类沟槽式垫板,并设计了一种圆柱型高弹性橡胶垫板,比较了现有的橡胶垫板刚度计算方法,证明了理论计算的有效性,为轨下胶垫的工程应用以及产品的研制开发提供参考.     

浮置板板下胶垫的温变特性及其对轮轨系统的影响

以我国地铁常用浮置板板下胶垫为研究对象,测取-40~30℃的温度环境中板下胶垫的静刚度。建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型,分析板下胶垫的温度敏感性以及不同温度环境下板下胶垫温变刚度对轮轨系统动力响应特征。研究结果表明:板下胶垫静刚度在工作荷载范围内为常量,不具有幅变非线性特征。板下胶垫的线性静刚度随着温度的降低而急剧升高,增幅高达224%以上。板下胶垫的温变刚度主要影响橡胶隔振垫浮置板轨道的浮置板位移,浮置板垂向最大位移变化率可达到204%。其次,板下胶垫的温变刚度对钢轨的垂向位移也会产生一定的影响,钢轨垂向最大位移变化率为31%。板下胶垫的温变刚度对轮轨之间作用力产生的影响较小。     

有砟轨道动刚度特性研究

为充分了解轨道动力特性,对有砟轨道动刚度展开研究。通过建立有砟轨道力学模型,分析0~2 000 Hz范围内轨道动刚度的振动特性,得出:轨道动刚度相对于轨道静刚度是随激振频率变化的,轨道动刚度在低频段受激振频率变化影响较小,在中、高频段内轨道动刚度振动幅值随激振频率变化而变化,是系统的固有特性,需通过对构件刚度、阻尼等参数调节。阻尼系数对轨道动刚度的幅值有影响,但不改变轨道的共振频率。质量阻尼系数对轨道动刚度波动范围及幅值的影响小于刚度阻尼系数的影响。阻尼系数增大,轨道动刚度波动幅值增大。     

遇水条件下无砟轨道扣件胶垫刚度的时变特性及其影响研究

连续强降雨条件下,轨下胶垫会出现长期泡在水中的情况。为研究该条件下无砟轨道轨下胶垫刚度的时变特性及其对轮轨系统的影响,以WJ-7A,WJ-7B型橡胶垫板为对象,通过设计室内原型试验,跟踪测试分析胶垫泡水后其刚度随服役时间的变化情况,并基于试验结果和轮轨动力学理论,分析胶垫刚度变化对轮轨动力响应的影响。研究结论:(1)WJ-7A型胶垫的遇水稳定性较差,泡水25 d后胶垫静刚度降低了22.21%,其中前5 d静刚度降低了18.83%;WJ-7B型胶垫的遇水稳定性较好,泡水25 d前后刚度变化率不超过3.91%;(2)泡水结束后,WJ-7A型胶垫的刚度恢复了88.9%,而WJ-7B型则继续表现出很好的稳定性,刚度值变化不大;(3)试验前后扣件刚度的变化引起的车体加速度、钢轨加速度、轮轨力及扣件力等响应的变化不大,但对钢轨位移影响较大,泡水后钢轨位移增幅达到13.71%。     

双层非线性减振扣件刚度及其影响因素研究

为了研究某双层非线性减振扣件刚度及其影响因素,对其静刚度在MTS试验机上进行试验测试,测得该扣件的刚度为14.45 kN/mm。根据现有的实体模型,运用ANSYS有限元分析软件建立该扣件的有限元模型,分析模型的静刚度为13.95 kN/mm,误差为3.58%。将扣件模型中弹性垫板的厚度、凸圆台锥角和凸圆台直径作为影响因子,计算扣件系统在预组装条件下刚度的变化趋势。研究表明,通过改变弹性垫板厚度、凸圆台锥角和凸圆台直径,扣件系统的刚度均有所改变。弹性垫板的厚度和凸圆台锥角变化趋势相似,都随参数的增大刚度减小,厚度的影响更为明显。弹性垫板凸圆台直径增大,扣件刚度减小。在扣件优化设计过程中,可考虑改变上述3个参数,以改变扣件的刚度。     

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。     

弹性分开式扣件弹性垫板静刚度测试评价方法

研究目的:为探索弹性分开式扣件弹性垫板静刚度的合理测试和评价方法,本文首先通过单因素试验分析各因素对弹性垫板静刚度测试结果的影响规律,提出弹性垫板合理的静刚度测试方案,然后结合弹性分开式扣件服役状态,给出其轨下和板下弹性垫板静刚度评价建议。研究结论:(1)扣件弹性垫板的静刚度测试应包含预加载和正式加载两部分,首先以3～5 kN/s的加载速率对弹性垫板进行不少于2次的预加载(预加载最大载荷应高于静刚度荷载范围至少10 kN),紧接着以1～2 kN/s的加载速率进行3次正式加载,并在静刚度测试荷载范围两端点保持荷载90 s(荷载小于100 kN时可缩短至60 s),记录位移稳定时的数据来计算弹性垫板的静刚度;(2)弹性分开式扣件轨下和板下弹性垫板应采用不同的评价标准对其静刚度进行评价,其中轨下垫板通过测试20～70 kN荷载范围内的割线刚度进行评价,板下垫板应根据扣件实际服役状态所受荷范围的割线刚度进行评价;(3)本研究成果可应用于弹性分开式扣件轨下和板下垫板静刚度的测试与评价。     

城市轨道交通轨道橡胶垫板的几何优化

对城市轨道交通一种新型轨道橡胶垫板的几何尺寸进行了优化设计。以橡胶材料基础试验为前提,对该扣件进行静、动态特性试验,进而利用有限元软件模拟扣件动、静态试验过程。模拟结果与试验结果能够较好地吻合,说明模拟参数及模拟过程准确有效。在此基础上,以隔振效率、强度、疲劳特性、控制非线性力学行为发生等为优化因素,基于有限元软件虚拟平台对该扣件的橡胶垫板的几何特性进行全方位优化。     

铁路机车用橡胶——金属叠层弹簧的研制

从胶料的耐压缩疲劳性能，成品的静刚度试验，产品的动态疲劳试验等几方面对铁路机车用橡胶-金属叠层弹簧进行了研究，认为过氧化物硫化体系与低硫高促硫化体系并用，半补强炭黑和喷雾炭黑并用对提高橡胶的耐热有很好的作用，在产品形状一定的情况下，橡胶的硬度及其热历史是影响橡胶-金属叠层弹簧静刚度的主要因素，硫化时间对橡胶-金属桑层弹簧 的动态性能有直接的影响。低温长时间硫化可以使橡胶厚制品的外部与内部有良好的硫化一致性。