1、客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)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 客專(zhuān)扣件系統(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(yíng)條件： 最高速度350km/h客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn) 最高速度250km/h（兼顧貨運(yùn)）客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn) 線(xiàn)路條件： 有砟軌道 無(wú)砟軌道 軌下混凝土軌枕或軌道板類(lèi)型： 有擋肩 無(wú)擋肩,有砟軌道用 無(wú)擋肩扣件系統(tǒng) 有擋肩扣件系統(tǒng) 無(wú)砟軌道用 無(wú)擋肩扣件系統(tǒng) 有擋肩扣件系統(tǒng),二. 主要研究?jī)?nèi)容,二. 主要研究?jī)?nèi)容,國(guó)內(nèi)

2、外扣件系統(tǒng)的技術(shù)總結(jié) 分析研究世界各國(guó)扣件系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)我國(guó)扣件系統(tǒng)的發(fā)展歷程和工程實(shí)踐，確定我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)扣件系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展方向。 中國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)扣件系統(tǒng)技術(shù)條件 研究制訂滿(mǎn)足中國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)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(zhuān)線(xiàn)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(píng)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(zhuān)線(xiàn)扣件系統(tǒng)的彈性指標(biāo)。 研究確定客專(zhuān)不同運(yùn)營(yíng)條件和線(xiàn)路條件扣件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式 研究確定分別滿(mǎn)足350km/h、250km/h客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)條件，適用于有碴與無(wú)砟軌道（含有擋肩與無(wú)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(zhǎng)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(duì)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?jī)?nèi)容,三、主要研究成果,1. 國(guó)內(nèi)

4、外扣件系統(tǒng)技術(shù)總結(jié)及我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)扣件結(jié)構(gòu)選型 總結(jié)分析了世界各國(guó)扣件系統(tǒng)運(yùn)用情況以及我國(guó)鐵路扣件系統(tǒng)的發(fā)展歷程，對(duì)各主要類(lèi)型扣件系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納和分析。 提出了我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)扣件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選型： （1）選用彈條扣壓件是我國(guó)扣件系統(tǒng)發(fā)展主要思路。 （2）對(duì)有砟軌道用扣件，應(yīng)采用彈性不分開(kāi)式結(jié)構(gòu)，在線(xiàn)路狀態(tài)良好的地段應(yīng)采用混凝土軌枕不帶擋肩的無(wú)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(duì)無(wú)砟軌道用扣件，應(yīng)以帶鐵墊板的彈性分開(kāi)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(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)相匹配，對(duì)于承軌槽帶有混凝土擋肩的無(wú)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(kāi)式扣件結(jié)構(gòu)。,三、 主要研究成果,2. 編制客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)扣件系統(tǒng)暫行技術(shù)條件 根據(jù)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)對(duì)扣件系統(tǒng)的要求而制訂，適用于有碴和無(wú)砟軌道客專(zhuān)扣件系統(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(shí)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(guó)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(guó)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(zhuān)線(xiàn)扣件系統(tǒng)的彈性指標(biāo) （1）總結(jié)分析了國(guó)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(yíng)實(shí)踐。 （2）提出客專(zhuān)扣件系統(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(wú)砟軌道 最高速度350 km/h的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)：2030 kN/mm； 最高速度250 km/h的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)：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(cè)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(xiàn)路條件的客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)扣件系統(tǒng) 彈條IV型扣件系統(tǒng)無(wú)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(wú)擋肩無(wú)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(wú)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(zhuān)線(xiàn)彈條用原材料供貨技術(shù)條件 客專(zhuān)彈條技術(shù)要求：高疲勞強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命 參照國(guó)際上主要彈條所用材質(zhì)，考慮與國(guó)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(hào)熱軋彈簧鋼。 對(duì)彈簧鋼的供貨技術(shù)條件提出了特殊要求： （1）對(duì)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(jí)提高到不小于7級(jí)。,三、主要研究成果,6. 研發(fā)適應(yīng)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)扣件系統(tǒng)的彈性墊層 （1） 通過(guò)對(duì)世界各國(guó)扣件系統(tǒng)彈性墊層分析，結(jié)合我國(guó)工程實(shí)踐，制定了客專(zhuān)用各類(lèi)彈性墊層技術(shù)要求，物理性能指標(biāo)與國(guó)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(guó)際同行業(yè)設(shè)計(jì)方法接軌。 （3）通過(guò)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(mǎn)足客專(zhuān)扣件系統(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(mǎn)足系統(tǒng)絕緣、緩沖和防滑等性能要求。 （4）采用國(guó)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(duì)產(chǎn)品物理性能及剛度的影響；研究了注塑工藝對(duì)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(chǎng)試鋪各扣件系統(tǒng) 彈條IV型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試鋪,京山線(xiàn)安定工區(qū) 原為英國(guó)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(chǎng)試鋪各扣件系統(tǒng) 彈條V型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試鋪,鐵科院環(huán)行試驗(yàn)基地,三、主要研究成果,10. 現(xiàn)場(chǎng)試鋪各扣件系統(tǒng) WJ-7型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)

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(chǎng)試鋪各扣件系統(tǒng) WJ-7型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試鋪,上海西站無(wú)碴無(wú)枕梁,三、主要研究成果,10. 現(xiàn)場(chǎng)試鋪各扣件系統(tǒng) WJ-8型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)動(dòng)力學(xué)測(cè)試,彈條V型扣件現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,彈條IV型扣件現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,軌距1435mm,三、主要研究成果,11. 各扣件系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力學(xué)測(cè)試,WJ-7型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,WJ-8型扣件系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,三、主要研究成果,11. 各扣件系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力學(xué)測(cè)試,WJ-7型扣件系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果,螺栓動(dòng)態(tài)附加力 各類(lèi)列車(chē)通過(guò)時(shí)錨固螺栓軸向力無(wú)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(lèi)列車(chē)通過(guò)時(shí)鐵墊板相對(duì)軌枕或軌道板基本上不產(chǎn)生相對(duì)位移，鐵墊板緊固牢靠。 扣件橫向力 貨車(chē)通過(guò)時(shí)扣件承受橫向力比客車(chē)通過(guò)時(shí)大；各類(lèi)列車(chē)通過(guò)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(xiàn)地段橫向力小，車(chē)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?chē)通過(guò)時(shí)，軌頭橫移最大值為0.88mm；貨車(chē)通過(guò)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(chǎng)動(dòng)力學(xué)測(cè)試,WJ-7

13、型扣件系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果,扣件剛度測(cè)試分析,采用靜剛度50kN/mm軌下墊板： 鋼軌垂移 韶9機(jī)車(chē)+青藏客車(chē)小編組 平均 0.78mm ，最大0.83mm DF11機(jī)車(chē)+實(shí)驗(yàn)車(chē)+平車(chē)小編組 平均 0.88mm，最大0.91mm 韶9機(jī)車(chē)+貨車(chē)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(chē)+實(shí)驗(yàn)車(chē)+平車(chē)小編組 平均 1.18mm，最大1.44mm CRH2動(dòng)車(chē)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(chē)+實(shí)驗(yàn)車(chē)+平車(chē)小編組 平均 1.64mm，最大1.89mm CRH2動(dòng)車(chē)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(chǎng)動(dòng)力學(xué)測(cè)試,WJ-8型扣件系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果,螺旋道釘動(dòng)態(tài)附加力 列車(chē)通過(guò)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(cè)試結(jié)果一樣，軌頭橫移方向指向軌道內(nèi)側(cè)，列車(chē)通過(guò)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(chē)通過(guò)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(chē)通過(guò)的線(xiàn)路，彈性墊板靜剛度（25kN/mm）偏小

15、，如折算為170kN軸重列車(chē)通過(guò)，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(zhuān)線(xiàn)中采用這一彈性指標(biāo)是合適的。,三、主要研究成果,12. 開(kāi)發(fā)扣件系列專(zhuān)用安裝工具 （1）無(wú)螺栓扣件彈條專(zhuān)用手動(dòng)安裝機(jī)具,（2）無(wú)螺栓扣件彈條自動(dòng)化安裝機(jī)具,三、主要研究成果,12. 開(kāi)發(fā)扣件系列專(zhuān)用安裝工具 （3）彈條緊固自動(dòng)化安裝機(jī)具,有砟軌道使用,無(wú)砟軌道使用,三、主要研究成果,13. 開(kāi)發(fā)鋼軌左右位置調(diào)整器和高精度軌道狀態(tài)檢測(cè)裝置,TD-GJ3T型鋼軌左右位置調(diào)整器,軌道狀態(tài)測(cè)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(wú)砟軌道扣件系統(tǒng)性能比較,日本 102型 德國(guó)VOSSLOH W14型 法國(guó) NABLA型 英國(guó)PANDROL e系列 FASTCLIP,中國(guó)彈條V型,中國(guó)彈條IV型,日本 直結(jié)8k型 英國(guó)PANDROL SFC 德國(guó)VOSSLOH 300型 德國(guó) RST型,中國(guó)WJ-7型,中國(guó)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(wú)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(wú)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，制定了各扣件組裝及零部件技術(shù)條件，在國(guó)內(nèi)首次采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)試驗(yàn)方法對(duì)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(guò)對(duì)彈條材質(zhì)的分析，研究制定了客專(zhuān)彈條用彈簧鋼專(zhuān)用供貨技術(shù)條件。 3) 采納國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，研究提出了適應(yīng)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)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(guó)際接軌：,五、主要技術(shù)創(chuàng)新