高速铁路道岔伤损、劣化机理研究

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1、高速铁路道岔伤损、劣化机理研究1绪论1.1研究目的和意义无缝道盆是把道忿内的钢轨接头傳接或者胶接起来，进而消除了钢轨的接头，增加了行车的平顺性，同时也延长了道盆各个部件的使用寿命，减少了养护与维修时间成本和经济成本。但与此同时，无缝道忿以及盆区线路无缝化是无缝线路盆区两端和区间长轨条煌联在一起，使得温度荷载下基本轨内产生较大的温度附加力，导致尖轨端部产生了较大的伸缩位移，这对轨道强度和轨道稳定性以及转辙设备的正常工作都是非常不利的[2]。主要表现在不仅增加了跨区间无缝线路设计、施工和养护维修的难度，同时在实际运营中也曾出现

2、过心轨卡阻、间隔铁破裂、限位器变形、尖轨侧拱等多种病害。总而言之，无缝道盆结构受力更为复杂、伤损病害类型及程度更为繁多[3]。目前我国在无缝道盆设计理论体系、道盆平面与关键结构、道盆制造、组装、运输、铺设等方面形成了具有我国自主知识产权的高速道盆技术体系，拥有了特种断面翼轨、硫化弹性铁垫板、水平藏尖式心轨、双肢弹性可弯心轨、胶结式辙叉跟端、混凝土道床板、缩短轮载过渡段的长度、密贴检查器、多机多点转换系统等独有结构技术，细长杆件精细加工、柔性吊装、组装平台逐组组装、驻厂监造等制造关键技术，组转运输、支撑调整、精调软件等铺设技

3、术，整体技术水平达到了德法两国的先进水平，最高试验速度达到了410km/h，武广，沪杭、沪宁线上的最高运营速度达到了350km/h，标志着我国道盆设计、制造、铺设技术跨入国际先进行列。然而，我国对无缝道盆伤损劣化机理、伤损检测及养护维修技术的研究才刚刚起步，目前对无缝道盆钢轨磨损、可动轨件矢弯变形、滑床台板脱空后的轮轨关系状态研究不够深入，对橡胶等高分子材料老化的轨道刚度变化及纵向分布规律不清，对列车作用下道盆几何尺寸的变化规律不了解，特别是对80-120米长的波长不平顺，对列车运行安全性、平稳性的影响规律不清楚，以及对道

4、盆疲劳劣化机理不了解。总体来说，在高速铁路无缝道盆的病害机理及养护方面缺乏科学的理论指导、完善的技术标准、有效的检测手段、有针对性的养修对策。只有从根源上弄清楚问题产生的机理，才能有效的解决和防治病害，进而提高行车的安全性和平稳性。因此，对无缝道贫的伤损及劣化的机理研究变得格外重要。1.2无缝道盆主要伤损及病害类型随着国民经济的发展，伴随着铁路第六次大提速的需求，无缝道贫被大面积的铺设到铁路中来，由于铁路运量及速度的提高，列车轮对加大了对道贫的动力冲击作用增加，使得无缝道贫的伤损及病害日益凸显。1.2.1无缝道轨道无缝道轨

5、道主要伤损、病害的种类及成因相对于普通道贫，冬季无缝道盆在温度力的作用下钢轨内部产生巨大的拉应力，造成钢轨收缩；夏季无缝线路钢轨内部产生巨大的压应力，造成钢轨伸长。但由于金属本身属性特征：抗拉性能远大于抗压性能的作用，导致冬季无缝线路钢轨内部巨大的拉应力在与站线道贫或股道的连接处集中、释放，带动连接处的钢轨收缩，造成渡线、站线道贫、站线股道轨缝拉大；而夏季时，又由于金属本身属性特征的作用，不能将冬季的收缩爬行量完全伸长、释放，而是以线路碎弯增多的特征表现出来。无缝线路锁定轨温也随之降低。出现了新铺道贫在经过3?5个冬季钢轨

6、收缩量的累计叠加后,加之作业不当、线路锁定不牢，导致钢轨爬行、无缝线路锁定轨温降低，最后出现尖轨、基本轨被动爬行，发展成尖轨跟端限位器病害产生。无缝道贫的主要病害类型如下：尖轨、心轨位移不足尖轨和心轨后部（最后一牵引点与跟端间）的轨距普遍偏小，顶铁离缝严重，不密贴顶铁数量较多，最大轨距减小量为6mm,最后一牵引点处最大轨距减小量也达到了5mm。2模型的建立与验证2.1无缝道盆结构特点及传力机理尖轨与可动心轨的转换有内锁闭和外锁闭二种方式。内锁闭是将锁闭装置设在转辙机的机构内部，转辙机的杆件直接受到列车通过时产生的车轮横压、

7、冲击振动和尖轨反弹力。外锁闭是通过外锁闭装置把密贴尖轨直接锁闭在基本轨上，由外锁闭装置来承受车轮横压、冲击振动和尖轨反弹力。现场测试表明，采用外锁闭装置时尖轨尖端、心轨尖端的动态水平位移（开口）与动态垂直位移（跳动）比采用内锁闭装置时小得多。我国提速道盆上采用的是外锁闭装置，限制着尖轨与基本轨的相对位移，因而可将它视为一弹簧装置。列车侧向过盆时，因设有防磨护轨，车轮将与护轨发生水平面内的横向冲击。由于有多根钢轨的存在，车轮踏面与钢轨的接触点可能会有一、二、三个，而且车轮运行至道盆不同位置时，接触点数是不断变化的，因而存在着

8、复杂的轮轨接触关系。法国和中国高速道忿辙叉部分采用了水平藏尖式结构设计，德国高速道盆转辙器部分釆用轨距加宽设计。本文在进行彳M环温度场计算以及循环温度场与车辆荷载親合作用时，采用通用有限元软件ANSYS进行建模与计算。ANSYS软件[36_37]是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元