WJ-8型扣件刚度温变规律及其影响研究

为揭示温度对扣件性能的影响规律,以WJ-8型扣件为研究对象,试验分析WJ-8A、WJ-8B型扣件刚度随温度的变化规律;另外,通过建模分析WJ-8A、WJ-8B型扣件温变刚度对行车安全性及平稳性的影响。研究结果表明:(1)温度高于-20℃时,WJ-8A、WJ-8B型扣件静刚度值保持稳定;温度低于-20℃时,扣件静刚度随着温度的降低急剧增大;(2)-60~70℃范围内,温度越低,轮重减载率越大,但均未超过0.6的安全值,行车安全性能够得到保证;(3)-60~70℃范围内,Sperling舒适度指标保持稳定,列车平稳性能够得到保证;(4)速度越高,轮重减载率越大,Sperling舒适度指标越大,速度的增高会使行车安全性及平稳性变差。     

极寒状态下扣件胶垫刚度温变特性及影响研究

以莫喀高铁为工程背景,以WJ-8型扣件胶垫为对象,测试胶垫静刚度随温度降低的变化,分析胶垫刚度的温变特性;建立车辆-轨道垂向耦合系统动力学模型,分析在-48℃和20℃两种温度下胶垫静刚度对高铁列车以400 km/h的速度运行所产生的动力响应的影响规律。结果表明:轨下胶垫的刚度随温度降低而增大,-48℃时的静刚度相比20℃时增幅51.1%;不同环境温度下,车辆运行平稳性受到影响较小而轮对垂向振动加速度受到影响较大;低温条件下垂向轮轨力和轮重减载率较常温时前者增幅8.19%而后者增幅达14.13%;因在-48℃低温条件下轮重减载率已接近于限值,为保证车辆运行安全性,建议采用耐低温类型的扣件胶垫。     

WJ-7型高速铁路扣件胶垫刚度温变性的测试与分析

研究WJ-7型扣件胶垫刚度值在环境温度20~-60℃的变化规律,探讨其温变刚度对轮重减载率与扣件支反力的影响。利用配备温度箱的万能试验机,进行WJ-7型扣件胶垫温变刚度试验,论述和分析试验过程及结果。分析WJ-7型扣件胶垫刚度的温变性对列车动力特性及钢轨动力响应的影响,得出WJ-7型扣件胶垫刚度的温变性对CRH_2型动车组的轮重减载率影响显著;在-20℃低温时,WJ-7型扣件胶垫的温变性对高速铁路扣件支反力有明显影响等结论。     

温度对弹性垫层刚度影响的试验研究

由于我国地域广阔,南北方温差较大,研究无砟轨道用弹性垫层刚度随温度变化的规律,可为提高我国高速铁路无砟轨道列车的乘坐舒适性提供一定的科学依据。本文以我国高速铁路无砟轨道采用较多的WJ-7型扣件、WJ-8型扣件弹性垫层刚度作为研究对象,通过室内试验较为系统地研究了环境温度在-40℃～+50℃变化时,弹性垫层静刚度和动刚度的变化规律。试验结果表明,两种类型扣件的弹性垫层刚度均随环境温度的升高而减小,环境温度在-20℃～+50℃之间变化对弹性垫层刚度的影响较小,而环境温度在-40℃～-20℃范围内变化对弹性垫层刚度的影响较为显著。     

无砟轨道扣件刚度突变对高速列车动力的影响

研究目的:无砟轨道结构的弹性主要来源于扣件系统,在高速铁路无砟轨道施工或维修过程中,扣件系统可能出现安装不当或新旧轨下垫板不合理过渡的情况,从而在相邻的扣件间形成较大的刚度差或称刚度突变,静态条件下难以发现,但可能对高速行车的平稳性和安全性产生不利的影响。本文应用轮轨系统动力学理论和ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了车辆-无砟轨道-路基系统垂向耦合振动模型,根据扣件刚度实际检测的范围,考虑不同的扣件刚度突变工况,计算分析扣件刚度突变对高速车辆及轨道动力特性的影响。研究结论:经过计算分析表明:(1)当扣件刚度局部发生突变时,车体加速度最大值和最小值基本不变,即扣件刚度突变对行车平稳性的影响不大;(2)扣件刚度突变对轮重减载率即行车安全性的影响明显,尤其是列车速度超过300 km/h时,扣件刚度突变直接导致轮重减载率超标;(3)该研究成果可为高速铁路无砟轨道扣件刚度在施工或维修中加强检测、建立严格的控制标准提供理论依据。     

Vossloh300扣件胶垫刚度温变性的测试与分析

以Vossloh300扣件胶垫为研究对象,通过使用配备温度箱的万能试验机,测试其在-60~20℃温度范围内静刚度值;在上述实验的基础上,利用多刚体动力学软件建立车轨耦合模型,探究该型扣件胶垫温变刚度对高铁列车动力特性的影响。实验结果显示:Vossloh300扣件胶垫刚度在-40~20℃温度域内具有较好的温度稳定性,-40℃胶垫静刚度为26.91 kN/mm,较20℃的22.40 kN/mm仅有20.4%的增长;当温度低于-40℃时,该扣件胶垫刚度随温度降低急剧增长。仿真分析表明:扣件胶垫刚度的温变性对高速列车脱轨系数影响不大,但对轮重减载率的影响十分明显:环境温度为-48℃时轮重减载率的最大值0.585较20℃时轮重减载率最大值0.469有24.73%的增长,可见环境温度继续降低时轮重减载率将成为影响行车安全的主要因素之一。     

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%.     

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。     

扣件胶垫温变特性对车辆-轨道-桥梁耦合振动响应的影响研究

为研究扣件胶垫温变特性对车辆、轨道和桥梁的振动影响规律,以高速铁路WJ-7型扣件胶垫为研究对象,通过其动态力学性能试验得到不同温度下扣件的动参数,然后代入建立的车辆-轨道-桥梁耦合振动时域模型中进行分析.研究结果表明:扣件的动刚度和阻尼随温度降低而增大,低温时更为显著.从时域响应来看,当温度降低时,车体加速度和桥梁位移基本无影响,轮轨力、扣件力、轨道板加速度和桥梁加速度增大,钢轨的位移和加速度则减小.从频域响应来看,当温度降低时,轮轨力和扣件力在低频基本无变化,轮轨力主频向高频偏移且峰值增大,扣件力中高频峰值明显增大.钢轨在8～100 Hz范围内振动减弱,在125～315 Hz振动加剧,轨道板在80～400 Hz振动加剧,桥梁在80～250 Hz振动加剧.     

扣件胶垫温变特性对车辆-轨道-桥梁耦合振动响应的影响研究

为研究扣件胶垫温变特性对车辆、轨道和桥梁的振动影响规律,以高速铁路WJ-7型扣件胶垫为研究对象,通过其动态力学性能试验得到不同温度下扣件的动参数,然后代入建立的车辆-轨道-桥梁耦合振动时域模型中进行分析.研究结果表明:扣件的动刚度和阻尼随温度降低而增大,低温时更为显著.从时域响应来看,当温度降低时,车体加速度和桥梁位移基本无影响,轮轨力、扣件力、轨道板加速度和桥梁加速度增大,钢轨的位移和加速度则减小.从频域响应来看,当温度降低时,轮轨力和扣件力在低频基本无变化,轮轨力主频向高频偏移且峰值增大,扣件力中高频峰值明显增大.钢轨在8～100 Hz范围内振动减弱,在125～315 Hz振动加剧,轨道板在80～400 Hz振动加剧,桥梁在80～250 Hz振动加剧.     

重载铁路桥上无砟轨道扣件关键参数研究

研究目的:为研究重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统关键设计参数取值,本文基于弹性地基梁理论和车辆-轨道耦合动力学理论,建立32.5 t轴重重载货车-长枕埋入式无砟轨道-桥梁垂向耦合动力学模型,分析扣件刚度、扣件间距对重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道静、动力学性能的影响规律,提出重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统设计参数取值。研究结论:(1)钢轨垂向位移和钢轨轨底应力随扣件系统刚度的增大而减小,车体垂向振动加速度、轮重减载率、轮轨力和桥梁垂向振动加速度随扣件系统刚度的增大而增大;(2)钢轨垂向位移、钢轨轨底应力、车体垂向振动加速度、轮重减载率和桥梁垂向振动加速度随扣件间距的增大而增大,但轮轨垂向力随之减小;(3)综合考虑轨道变形以及工程造价,建议重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道扣件系统的静刚度取为40～60 k N/mm,扣件系统的动刚度取为80～100 k N/mm,扣件间距取为0.6～0.65 m;(4)本研究成果可为重载铁路桥上长枕埋入式无砟轨道结构设计提供参考。     

高速铁路WJ-7、WJ-8型扣件减振性能试验研究

在同时使用WJ-7、WJ-8型扣件的高速铁路无砟轨道线路上,进行现场锤击试验和线路动态行车试验,获得2种扣件轨道跨中轨头、扣件上方轨头以及轨道板振动响应结果,评估2种扣件系统减振效果。力锤敲击试验结果表明WJ-8型扣件轨道垂向振动衰减量比WJ-7型扣件轨道高20 dB左右。高速列车通过时,WJ-8型扣件轨道对钢轨振动有更好的衰减,主要由于CRTSⅡ型板式轨道为纵连式,CRTSⅠ型板式轨道为弹性支承单元板式,结构差异较大。研究结果可为高速铁路轨道结构减振方式的优化、设计、研究提供参考。     

高速铁路轨道振动与轨道临界速度的傅里叶变换法

将傅里叶变换法应用于轨道结构动力分析中。首先对轨道结构振动方程进行傅里叶变换,求解傅里叶变换域中的振动位移,再通过快速离散傅里叶逆变换得到轨道结构的振动响应。建立轨道结构连续弹性单层梁模型和双层梁模型,用傅里叶变换法求得列车通过时高速铁路的轨道临界速度,分析轨枕垫板和弹性扣件的刚度与阻尼、轨道基础刚度及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动的影响。研究表明:轨道基础刚度对轨道临界速度有着重要的影响,轨道临界速度随轨道基础刚度的增加而提高;轨枕垫板和扣件阻尼及道砟和轨道基础阻尼对轨道振动非常敏感,阻尼的存在能极大地减小轨道强振动的发生。     

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。     

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%。     

橡胶套靴垫板动态参数对重载车辆-弹性支承块轨道系统能量分布的影响分析

以重载线路上的弹性支承块式无砟轨道为例,运用哈密尔顿原理与车辆-轨道耦合动力学,计算并对比分析不同橡胶套靴垫板动态参数情况下车辆与轨道各部位的能量大小及其分布特征。研究发现,在车辆系统中,随着套靴垫板刚度的增大,车体动能、转向架动能及轮对动能先减小后增大;当套靴垫板阻尼增大时,对车体动能的影响很小,但会显著降低转向架与轮对的动能。在轨道系统内,随着套靴垫板刚度的增大,钢轨动能和应变能先减小后增大,扣件势能单调增大,支承块动能单调减小;当套靴垫板阻尼增大时,对扣件势能影响很小,但会显著降低钢轨动能、应变能及支承块动能。     

WJ-7型大调量扣件地段轨道动力响应测试及分析

为了恢复线路平顺状态,某线采用大调量扣件调整轨面高程。通过对大调量扣件地段轨道动力响应测试结果分析,评价其使用效果。分析结果表明,各评价指标均在安全限值之内;轮轨水平力、轮重减载率等指标随列车通过速度增大而增大;增加扣件调高量对轮轨垂直力、轮轨水平力以及脱轨系数的影响较小,但钢轨轨底横向位移、轮重减载率有增大趋势;在曲线段采用大调量扣件会导致钢轨轨头横向位移、轮重减载率和脱轨系数明显增大,建议在曲线地段扣件调高量不宜过大。     

钢轨扣件弹性垫板的动态黏弹塑性力学试验及理论表征研究

以Vossloh300钢轨扣件弹性垫板为研究对象,利用配有温度箱的力学试验机,结合基于温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型以及Berg摩擦模型,测试与表征该弹性垫板随温度、频率、振幅非线性变化的黏弹塑性动力特征。研究表明:动载较大且频率较低时,扣件弹性垫板的滞回曲线具有超弹性与塑性非线性力学特征,频率提高后,该滞回曲线将接近线性黏弹性的椭圆形滞回曲线;扣件弹性垫板温/频变的黏弹性动力特征与动载大小基本无关,但随预压力的增加而明显增大;基于温频等效原理与WLF方程的分数阶Zener模型能快速获取扣件弹性胶垫任意温度与任意频率下的黏弹性动力特征,在铁路轮轨振动主频带内更适合描述低温环境下损耗因子的频变特性。     

钢轨扣件弹性垫板的宽频动力性能及其理论表征

以我国高速铁路无砟轨道Vossloh300扣件弹性垫板为研究对象,针对轮轨宽频激励特点,利用万能试验机和温度箱,测试定频(0.3Hz)低温(-60～20℃)条件下弹性垫板在不同平衡预压与不同动载振幅组合下的动力性能;应用温频等效原理、WLF方程与分数阶Zener模型,预测与表征弹性垫板的宽频动力性能。研究结果表明:Vossloh300扣件弹性垫板的储能刚度与损耗因子随着平衡预压的增加而增大;20℃时,分数阶Zener模型可有效表征Vossloh300扣件弹性垫板在1～10 000Hz范围内的储能刚度与损耗因子,温度较低时,建议使用五参数模型;从更宽频域的分数阶Zener模型结果来看,随着平衡预压的增加,Vossloh300扣件弹性垫板损耗因子的频域峰值将升高,其峰值宽度也将变窄。     

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。