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文檔簡介

1、客運(yùn)專線扣件系統(tǒng)技術(shù)詳解DESCRIPTION OF TECHNOLOGYON RAIL FASTENING SYSTEM FOR PDL,鐵道科學(xué)研究院 CHINA ACADEMY OF RAILWAY SCIENCES 2009.4,第二講 客??奂到y(tǒng)自主研發(fā)情況,一、研發(fā)目標(biāo),一、 研發(fā)目標(biāo),運(yùn)營條件: 最高速度350km/h客運(yùn)專線 最高速度250km/h(兼顧貨運(yùn))客運(yùn)專線 線路條件: 有砟軌道 無砟軌道 軌下混凝土軌枕或軌道板類型: 有擋肩 無擋肩,有砟軌道用 無擋肩扣件系統(tǒng) 有擋肩扣件系統(tǒng) 無砟軌道用 無擋肩扣件系統(tǒng) 有擋肩扣件系統(tǒng),二. 主要研究內(nèi)容,二. 主要研究內(nèi)容,國內(nèi)

2、外扣件系統(tǒng)的技術(shù)總結(jié) 分析研究世界各國扣件系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn),總結(jié)我國扣件系統(tǒng)的發(fā)展歷程和工程實(shí)踐,確定我國客運(yùn)專線扣件系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向。 中國客運(yùn)專線扣件系統(tǒng)技術(shù)條件 研究制訂滿足中國客運(yùn)專線建設(shè)的扣件系統(tǒng)技術(shù)條件,為各扣件系統(tǒng)的研發(fā)確定設(shè)計(jì)依據(jù)。 研究確定客運(yùn)專線扣件系統(tǒng)的彈性指標(biāo) 研究扣件系統(tǒng)合理彈性指標(biāo)的評價(jià)方法及扣件系統(tǒng)剛度與軌道剛度的合理匹配,確定客運(yùn)專線扣件系統(tǒng)的彈性指標(biāo)。 研究確定客專不同運(yùn)營條件和線路條件扣件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式 研究確定分別滿足350km/h、250km/h客運(yùn)專線運(yùn)營條件,適用于有碴與無砟軌道(含有擋肩與無擋肩混凝土軌枕或軌道板)的各種扣件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式,同時(shí)考慮不

3、同地段扣件系統(tǒng)的通用性、互換性、不同軌下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)扣件系統(tǒng)的通用性、互換性。,扣壓件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究 研究確定扣壓件結(jié)構(gòu)型式,考慮扣壓件與彈性墊層剛度的合理匹配、扣壓件材質(zhì)的比選確定和制造工藝的研究。 減振墊層的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究 研究減振墊層實(shí)現(xiàn)低剛度的結(jié)構(gòu)技術(shù)措施,確定減振墊層的材質(zhì),研發(fā)高強(qiáng)度長壽命減振墊層材料。 各扣件系統(tǒng)及零部件性能試驗(yàn)研究 依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)對各扣件系統(tǒng)的性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,根據(jù)零部件制造驗(yàn)收技術(shù)條件對扣件各零部件性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。 編制各扣件系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)條件 編制各扣件系統(tǒng)技術(shù)條件,各零部件制造驗(yàn)收技術(shù)條件和鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修要求。,二. 主要研究內(nèi)容,三、主要研究成果,1. 國內(nèi)

4、外扣件系統(tǒng)技術(shù)總結(jié)及我國客運(yùn)專線扣件結(jié)構(gòu)選型 總結(jié)分析了世界各國扣件系統(tǒng)運(yùn)用情況以及我國鐵路扣件系統(tǒng)的發(fā)展歷程,對各主要類型扣件系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納和分析。 提出了我國客運(yùn)專線扣件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選型: (1)選用彈條扣壓件是我國扣件系統(tǒng)發(fā)展主要思路。 (2)對有砟軌道用扣件,應(yīng)采用彈性不分開式結(jié)構(gòu),在線路狀態(tài)良好的地段應(yīng)采用混凝土軌枕不帶擋肩的無螺栓扣件,在其它需要鋼軌高低調(diào)整的地段采用混凝土軌枕帶擋肩的有螺栓扣件。 (3)對無砟軌道用扣件,應(yīng)以帶鐵墊板的彈性分開式扣件為基本結(jié)構(gòu),軌下混凝土基礎(chǔ)不設(shè)擋肩。還應(yīng)考慮與既有無砟軌道結(jié)構(gòu)相匹配,對于承軌槽帶有混凝土擋肩的無砟軌道結(jié)構(gòu),應(yīng)選擇有擋肩扣件系統(tǒng)

5、,可選用帶鐵墊板的彈性不分開式扣件結(jié)構(gòu)。,三、 主要研究成果,2. 編制客運(yùn)專線扣件系統(tǒng)暫行技術(shù)條件 根據(jù)客運(yùn)專線對扣件系統(tǒng)的要求而制訂,適用于有碴和無砟軌道客??奂到y(tǒng)。 技術(shù)條件規(guī)定了扣件系統(tǒng)的技術(shù)要求、試驗(yàn)方法、驗(yàn)收規(guī)則、標(biāo)識與包裝和質(zhì)量保證。 在多年研究工作的基礎(chǔ)上制定 參照最新的歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 13481鐵路應(yīng)用軌道扣件系統(tǒng)性能要求 EN 13146鐵路應(yīng)用軌道扣件系統(tǒng)試驗(yàn)方法 參考日本和國內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 性能指標(biāo)、試驗(yàn)方法等方面的技術(shù)要求與國際接軌。 已于2006年3月由鐵道部正式頒布。,三、主要研究成果,3. 研究提出客運(yùn)專線扣件系統(tǒng)的彈性指標(biāo) (1)總結(jié)分析了國內(nèi)外有關(guān)軌道剛度

6、和扣件系統(tǒng)彈性指標(biāo)的相關(guān)研究和運(yùn)營實(shí)踐。 (2)提出客??奂到y(tǒng)的彈性指標(biāo)應(yīng)在確定合理軌道整體剛度前提下研究確定。 (3)無砟軌道 最高速度350 km/h的客運(yùn)專線:2030 kN/mm; 最高速度250 km/h的客運(yùn)專線:3040 kN/mm。 (4)有砟軌道:5070 kN/mm (5)彈性指標(biāo)的初步試驗(yàn)驗(yàn)證表明在不同條件下鋼軌垂向位移實(shí)測值與理論計(jì)算值較為接近,驗(yàn)證了研究的可靠性。,三、主要研究成果,三、主要研究成果,4. 研發(fā)適應(yīng)不同線路條件的客運(yùn)專線扣件系統(tǒng) 彈條IV型扣件系統(tǒng)無擋肩有砟軌道用 彈條V型扣件系統(tǒng) 有擋肩有砟軌道用 WJ-7型扣件系統(tǒng) 無擋肩無砟軌道用 WJ-7A型

7、最高速度250 km/h WJ-7B型最高速度350 km/h WJ-8型扣件系統(tǒng) 有擋肩無砟軌道用 WJ-8A型最高速度250 km/h WJ-8B型最高速度350 km/h,彈條IV型 彈條V型 WJ-7型 WJ-8型,三、主要研究成果,5. 研究提出客運(yùn)專線彈條用原材料供貨技術(shù)條件 客專彈條技術(shù)要求:高疲勞強(qiáng)度、長壽命 參照國際上主要彈條所用材質(zhì),考慮與國際接軌,收集、消化DIN、BS、JIS標(biāo)準(zhǔn),詳細(xì)分析既有彈條各項(xiàng)性能指標(biāo),經(jīng)比選后彈條原材料選用60Si2MnA牌號熱軋彈簧鋼。 對彈簧鋼的供貨技術(shù)條件提出了特殊要求: (1)對尺寸精度(直徑和不圓度)和外觀提出了更嚴(yán)格的要求; (2)

8、降低化學(xué)成分中的P、S含量,并加嚴(yán)了其允許偏差; (3)提高了斷面收縮率,提出了沖擊韌性的要求; (4)加嚴(yán)了低倍組織的要求; (5)加嚴(yán)了表面脫碳層要求; (6)明確了石墨碳含量的要求; (7)非金屬夾雜物要求相應(yīng)加嚴(yán); (8)增加了不允許存在軸心聚碳現(xiàn)象的要求; (9)晶粒度由不小于5級提高到不小于7級。,三、主要研究成果,6. 研發(fā)適應(yīng)客運(yùn)專線扣件系統(tǒng)的彈性墊層 (1) 通過對世界各國扣件系統(tǒng)彈性墊層分析,結(jié)合我國工程實(shí)踐,制定了客專用各類彈性墊層技術(shù)要求,物理性能指標(biāo)與國際接軌。 (2)利用超彈性有限元法研究設(shè)計(jì)墊板結(jié)構(gòu),提高了設(shè)計(jì)技術(shù)水平,與國際同行業(yè)設(shè)計(jì)方法接軌。 (3)通過合理配

9、方選型,利用天然橡膠和丁苯橡膠為主體材料,研制出各種軌下墊板,其各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足客??奂到y(tǒng)橡膠墊板技術(shù)規(guī)范。采用橡塑共混材料研制的絕緣緩沖墊板能夠滿足系統(tǒng)絕緣、緩沖和防滑等性能要求。 (4)采用國際先進(jìn)技術(shù),研究了聚酯彈性體注塑發(fā)泡微孔結(jié)構(gòu),發(fā)泡倍率等對產(chǎn)品物理性能及剛度的影響;研究了注塑工藝對產(chǎn)品性能的影響,確定了控制產(chǎn)品穩(wěn)定生產(chǎn)的工藝參數(shù);研發(fā)了熱塑性彈性體彈性墊板。,三、主要研究成果,7. 編制各扣件組裝技術(shù)條件,彈條IV型扣件組裝技術(shù)條件 彈條V型扣件組裝技術(shù)條件 WJ-7型扣件系統(tǒng)技術(shù)條件 WJ-8型扣件系統(tǒng)技術(shù)條件,8. 編制各扣件零部件制造驗(yàn)收技術(shù)條件,9. 編制各扣件鋪設(shè)和養(yǎng)

10、護(hù)維修要求,彈條IV型扣件零部件制造驗(yàn)收技術(shù)條件 彈條V型扣件零部件制造驗(yàn)收技術(shù)條件 WJ-7型扣件零部件制造驗(yàn)收技術(shù)條件 WJ-8型扣件零部件制造驗(yàn)收技術(shù)條件,彈條IV型扣件鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修要求 彈條V型扣件鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修要求 WJ-7型扣件鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修要求 WJ-8型扣件鋪設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修要求,三、主要研究成果,10. 現(xiàn)場試鋪各扣件系統(tǒng) 彈條IV型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場試鋪,京山線安定工區(qū) 原為英國PANDROL扣件和軌枕,鐵科院環(huán)行試驗(yàn)基地,三、主要研究成果,10. 現(xiàn)場試鋪各扣件系統(tǒng) 彈條V型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場試鋪,鐵科院環(huán)行試驗(yàn)基地,三、主要研究成果,10. 現(xiàn)場試鋪各扣件系統(tǒng) WJ-7型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場

11、試鋪,鐵科院環(huán)行試驗(yàn)基地,三、主要研究成果,10. 現(xiàn)場試鋪各扣件系統(tǒng) WJ-7型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場試鋪,上海西站無碴無枕梁,三、主要研究成果,10. 現(xiàn)場試鋪各扣件系統(tǒng) WJ-8型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場試鋪,鐵科院環(huán)行試驗(yàn)基地,三、主要研究成果,11. 各扣件系統(tǒng)現(xiàn)場動力學(xué)測試,彈條V型扣件現(xiàn)場測試,彈條IV型扣件現(xiàn)場測試,軌距1435mm,三、主要研究成果,11. 各扣件系統(tǒng)現(xiàn)場動力學(xué)測試,WJ-7型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場測試,WJ-8型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場測試,三、主要研究成果,11. 各扣件系統(tǒng)現(xiàn)場動力學(xué)測試,WJ-7型扣件系統(tǒng)測試結(jié)果,螺栓動態(tài)附加力 各類列車通過時(shí)錨固螺栓軸向力無顯著變化,表明預(yù)埋套管不承受明顯的交

12、變荷載,從而保證預(yù)埋套管的使用壽命,另外錨固螺栓可有效地緊固鐵墊板,能良好地保持軌距。 鐵墊板穩(wěn)定性 各類列車通過時(shí)鐵墊板相對軌枕或軌道板基本上不產(chǎn)生相對位移,鐵墊板緊固牢靠。 扣件橫向力 貨車通過時(shí)扣件承受橫向力比客車通過時(shí)大;各類列車通過時(shí)扣件所承受橫向力較小,最大值約為20kN,小于扣件設(shè)計(jì)荷載。 鋼軌軌頭橫移 軌頭橫移方向指向軌道內(nèi)側(cè),這是由于在直線地段橫向力小,車輪踏面錐度為1/20,而軌底坡為1/40,造成輪軌垂直力的作用點(diǎn)偏向軌頭內(nèi)側(cè)所致??蛙囃ㄟ^時(shí),軌頭橫移最大值為0.88mm;貨車通過時(shí)軌頭橫移最大值為1.16mm。,三、主要研究成果,11.各扣件系統(tǒng)現(xiàn)場動力學(xué)測試,WJ-7

13、型扣件系統(tǒng)測試結(jié)果,扣件剛度測試分析,采用靜剛度50kN/mm軌下墊板: 鋼軌垂移 韶9機(jī)車+青藏客車小編組 平均 0.78mm ,最大0.83mm DF11機(jī)車+實(shí)驗(yàn)車+平車小編組 平均 0.88mm,最大0.91mm 韶9機(jī)車+貨車小編組 平均 1.03mm,最大1.14mm 采用靜剛度35 kN/mm軌下墊板: 鋼軌垂移 DF11機(jī)車+實(shí)驗(yàn)車+平車小編組 平均 1.18mm,最大1.44mm CRH2動車組 平均 0.52mm ,最大0.62mm 采用靜剛度2530kN/mm軌下墊板: 鋼軌垂移 DF11機(jī)車+實(shí)驗(yàn)車+平車小編組 平均 1.64mm,最大1.89mm CRH2動車組 平均

14、 0.68mm,最大0.82mm,三、主要研究成果,11. 各扣件系統(tǒng)現(xiàn)場動力學(xué)測試,WJ-8型扣件系統(tǒng)測試結(jié)果,螺旋道釘動態(tài)附加力 列車通過時(shí)道釘未出現(xiàn)上拔力,僅存在松弛力,道釘最大松弛力為3.85 kN,表明預(yù)埋套管未承受附加上拔力,所承受交變荷載也較小,從而保證預(yù)埋套管具有可靠的使用壽命。 鋼軌軌頭橫移 與WJ-7型扣件系統(tǒng)測試結(jié)果一樣,軌頭橫移方向指向軌道內(nèi)側(cè),列車通過時(shí)軌頭橫移最大值為0.90 mm。 扣件剛度分析 230kN軸重機(jī)車通過時(shí)鋼軌最大垂移1.451.66mm,較為均勻,平均最大位移1.56mm,位移偏大,因而在較大軸重列車通過的線路,彈性墊板靜剛度(25kN/mm)偏小

15、,如折算為170kN軸重列車通過,位移約為1.15 mm,采用的墊板剛度值較為合適,因此在最高速度350 km/h的客運(yùn)專線中采用這一彈性指標(biāo)是合適的。,三、主要研究成果,12. 開發(fā)扣件系列專用安裝工具 (1)無螺栓扣件彈條專用手動安裝機(jī)具,(2)無螺栓扣件彈條自動化安裝機(jī)具,三、主要研究成果,12. 開發(fā)扣件系列專用安裝工具 (3)彈條緊固自動化安裝機(jī)具,有砟軌道使用,無砟軌道使用,三、主要研究成果,13. 開發(fā)鋼軌左右位置調(diào)整器和高精度軌道狀態(tài)檢測裝置,TD-GJ3T型鋼軌左右位置調(diào)整器,軌道狀態(tài)測量裝置,四、扣件系統(tǒng)技術(shù)性能比較,四. 扣件系統(tǒng)技術(shù)性能比較,6.1 有砟軌道扣件系統(tǒng)性能

16、比較 6.2 無砟軌道扣件系統(tǒng)性能比較,日本 102型 德國VOSSLOH W14型 法國 NABLA型 英國PANDROL e系列 FASTCLIP,中國彈條V型,中國彈條IV型,日本 直結(jié)8k型 英國PANDROL SFC 德國VOSSLOH 300型 德國 RST型,中國WJ-7型,中國WJ-8型,四、扣件系統(tǒng)技術(shù)性能比較,1. 有砟軌道扣件系統(tǒng)性能比較,四、扣件系統(tǒng)技術(shù)性能比較,2. 無砟軌道扣件系統(tǒng)性能比較,四、扣件系統(tǒng)技術(shù)性能比較,2. 無砟軌道扣件系統(tǒng)性能比較,五、主要技術(shù)創(chuàng)新,五、 主要技術(shù)創(chuàng)新,1) 消化吸收國際標(biāo)準(zhǔn),制定了各扣件組裝及零部件技術(shù)條件,在國內(nèi)首次采用國際標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)試驗(yàn)方法對扣件系統(tǒng)組裝技術(shù)性能和零部件性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。 2) 通過對彈條材質(zhì)的分析,研究制定了客專彈條用彈簧鋼專用供貨技術(shù)條件。 3) 采納國際標(biāo)準(zhǔn),研究提出了適應(yīng)客運(yùn)專線運(yùn)營環(huán)境的橡膠墊板物理性能指標(biāo),利用超彈性有限元法設(shè)計(jì)墊板結(jié)構(gòu),提高了設(shè)計(jì)水平。,在以下技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了與國際接軌:,五、主要技術(shù)創(chuàng)新

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