我国高速铁路轨下垫板的特性设计研究
我国重载铁路使用热塑性弹性体轨下垫板的探讨

铁 道 建 筑 Railway Engineering
October, 2007
文章编号 : 1003 -1995( 2007) 10 - 0082 - 03
我国重载铁路使用热塑性弹性体轨下垫板的探讨
李桂保 , 张建峰
( 1. 朔黄铁路发展有限公司 , 山西 忻州
1 2
034100; 2. 太原铁路局 工务处 , 太原
+
文献标识码 : A 3 6 10 MPa, CA 砂浆厚度为 50 mm, 5 2 量 E s = 2 0 10 N mm 。
4
无砟轨道开裂在铁路建设和运营中普遍存在, 裂 缝降低了无砟轨道的绝缘性能 , 削弱了轨道的承载力, 危及无砟轨道的使用安全。目前对于轨道板裂缝的研 究大多集中在定性解释上, 涉及定量的研究很少。本 文建立板式轨道实体结构力学模型, 计算不同温度荷 载和配筋形式下无砟轨道轨道板的应力分布 , 分析配 筋率和混凝土应力对轨道板裂缝宽度的影响 , 并提出 了轨道板合理配筋率。
级钢筋弹性模
1
有限元分析模型的建立
基于 A 型轨道板的结构特点 , 利用大型有限元通
图 1 混凝土板模型
用软件 ansys 对轨道板进行建模, 将混凝土板和钢筋进 行实体建模 , 建立三维实体模型。模型如图 1 和图 2 所示。计算中由于 CA 砂浆与轨道板的接触是一种完 全密贴的全支承状态, 在本文中采用现有叠合梁模型 方法, 将 CA 砂浆简化为竖向点支承弹簧 , 由于轨道板 通过 CA 砂浆层置于基础上, 基础板具有非常大的刚 度, 可将基础视为刚性, 所以 CA 砂浆以下采用竖向完 全约束。设计参数 : 轨道板尺寸 为 4 93 m 2 4 m 0 19 m, 不考虑凸形挡台, C60 混凝土的弹性模量 E c =
浅谈铁路高强弹性体垫板的研制

浅谈铁路高强弹性体垫板的研制摘要:铁道上使用的橡胶垫板自诞生以来,已延续使用了二十余年。
但随着铁路的跨越式发展,在运速、重载、高密度运行的情况下,对线路的减震性能,线路框架稳定性提出了更高的要求。
但由于橡胶垫板本身材质性能所限已不适应当前铁路运输的形势,重负之下产生了一系列问题,引发了“综合症”,承轨槽磨损严重,小半径区段轨枕切槽、钢轨产生波形磨损,垫板压溃、变形、失效、粘接轨底的情况屡有发生。
极大的增加了铁路工务站段的施工工作量和线路维修成本,对于橡胶垫板“先天不足”的弊病,施工单位深受其害,反映强烈,成为令人头痛的“老大难”。
关键词:铁道;橡胶垫板;性能;工务;施工一、老型橡胶垫板存在的不足之处通过收集了大量铁路线路不同区段(曲线、桥梁、隧道)、不同工作环境(高温和严寒地段,酸雨地段)的失效垫板进行认真的分析和比较,发现橡胶垫板破损情况相对严重:有的被压垮压烂、有的表面发粘如有溶解、有的僵硬失去弹性。
同时对失效垫板区段的钢轨、轨枕和线路几何尺寸的破坏进行技术评估和恢复性维修的探讨,并对尚未完全失效的垫板做了破坏性试验和测试,找出橡胶垫板的不足之处主要有:1、动静刚度不足。
垫板主要功能是抗震、减震、吸震和缓冲作用,动刚度是列车运行中复数力与复数位移的比值。
而其动刚度不足所以在列车运行的诸多外力的主要作用下过早失效。
而影响构件动刚度的最直接原因是构件的静刚度和其材质所决定的阻尼效应。
2、环境条件适应性差。
橡胶垫板对高温和严寒比较敏感,在空气中尤其是酸雨或强紫外线照射下老化进程较快。
我们在调查垫板失效情况时发现:高寒地区橡胶垫板过硬,弹性差,造成轨枕伤损和切槽现象,而且起不到减震、吸震作用,而在高温地区橡胶垫板会发生蠕变,压死粘于轨底现象,造成钢轨的波形磨损和线路长平不稳定现象,这些弊端是由于橡胶材质本身决定的。
3、使用寿命短。
即使在使用环境较好的区段也因列车的高速、重载、高密度运行而不堪重负。
究其根本是材料分子结构松散,键间链合不强而造成。
中国重载铁路轨下垫板的探讨

扣件 , 垫板 为 Ⅲa 胶 垫 板 , 度 为 |r 静 刚度 为 橡 厚 0 m, a
5 k mm~8 N/ 5 N/ 0k mm
定 性 的保 持将 受到威胁 , 行车 安全存 在隐患 。 田
太铁科 ・ 原 道 技
重 运大 发论 专 载 输 会 布文 栏
大 ,长 时间大 变形 疲
通 常表现 为橡 胶 发粘 粘 附在钢 轨底 部 , 材料 性能 急剧 下 降 , 图 3所示 。 如 接 头 的伤损 率 大 幅度 增 多 , 对 列 车 钢 这
运行 的安全造 成 了极 大 的隐患 。作 为提供轨 道 弹性 的
重 要配 件 , 下 橡 胶垫 板暴 露 出许 多 问题 , 板短 时 轨 垫
第 届 际 载 输 会 九国 重运 大发
・原 道 技 太铁科
中国重载铁路轨下垫板的探讨
张建峰 : 太原铁 路 局 工务 处
摘
要 : 目前 中 国重载 铁路 轨 下 垫板 均 采 用橡 胶 垫 板 。在 大轴
目前 中国重 载 铁 路 使用 的轨 下 垫 板都 是 橡 胶 垫 板 , 有橡 胶 和金属 复合 垫板 , 用 中存 在 较 多问题 , 也 使
主要表 现在 :
重 、 密度 长 大重 载 列车 的 作 用下 , 板 伤损 严 重 , 效加 快 , 高 垫 失 直
接影响钢轨的使用寿命。指 出了轨 下垫板存在的 问题 , 分析 了轨
下 垫板 伤损 、 效 的原 因 , 绍 了热 塑性 弹 性 体 轨 下 垫 板 , 讨 失 介 探
11 受压 破损 . 橡 胶 垫板 在重 载作 用下 , 生 的 内部 应力 要 比普 产 通 线路 的垫板 高 很 多 , 同样 的使 用周 期 内 , 胶 垫 板 橡
一种新型整铸护轨垫板的设计研究及分析

连接 , 缓解 了垫板 的竖 向刚度 突变 , 整铸 垫板 采用 边墙
图 3
护 轨 垫 板 力 学 分 析 模 型
结构 , 使垫 板上部 有 足 够 的横 向刚 度 。 同时 垫 板 在纵
向 和 横 向有 较 好 的 弹 性 。 垫 板 材 料 采 用 Q 4 0—1 , T0 5
收 稿 日期 :0 0—1 ~3 修 回 日期 :0 0 0 21 l 0; 2 1 3—2 9 作 者 简 介 : 亚 航 ( 9 7 ) 男 , 士 研 究 生 , — i: ir 1 6 e m。 刘 18 一 , 硕 E ma s l @ 2 . o l tl
劳强 度 方 面也 得 到 了较 好 的 加 强 , 提 高 高速 铁 路 列 车过 岔 速 对 度有较明显的作用。
司
28 3
关 键 词 : 轨 垫 板 ;强 度 分 析 ;疲 劳 强度 ;等 效应 力 护 中图 分 类 号 : 2 3 5 3 U 1 . 2 文献 标 识 码 : A
度 过高 时 , 向作用 力 将 会 有 显 著 的 增 大 , 横 这样 , 护 对
轨垫 板整 体受力 要求 就 十分 苛刻 。对 于以 前的 旧式焊
接 型 护 轨 垫 板 , 墙 与 底 座 板 之 间 通 过 焊 接 连 接 , 焊 立 其 缝 的 强 度 已 逐 渐 无 法 满 足 高 速 列 车 通 过 时 对 其 产 生 的 2 计 算 模 型 及 参 数
2 1 分 析 模 型 .
图 2 整 铸 护 轨 垫 板 平 面 ( 位 : m) 单 c
横 向受力要 求 , 加之 焊缝 本身存 在 内部残 余 应力 , 整 对
个 护 轨垫板 的强 度和 稳定 性都 有 明显 的不利 影 响。
高速铁路轨下弹性垫板冲击试验响应

式中 P2T max 为 3 套扣件支承时各供试物 P2T max 测定值回归分析的的结果, 分母 P2T max 为 S 60 垫板一套扣件支承时的测定值(最大约 200 kN)回归分析的结果, x 为下落高度。 由图 10 可见, 3 套扣件支承时 P2Tmax 的减少率在低刚度的 U 20 或 S 30 垫板支承时约为 50%,而在 S 60 垫板时仅为 20%。
高速铁路轨下弹性垫板的研制_罗玉媛

表3 不同交联剂对材料力学性能的影响 Tab.3 Influence of different crosslinking agents on
mechanical properties of materials
交联剂种类
BHL9021 BHL9022 BHL9023 BHL902
拉伸强 度 /MPa
· 78 ·
化学推进剂与高分子材料 Chemical Propellants & Polymeric Materials
2011 年第 9 卷第 3 期
高速铁路轨下弹性垫板的研制
罗玉媛 1,庞金录 2,杨光付 3,姜志国 1
(1. 北京化工大学材料科学与工程学院,北京 100029;2. 北京北方车辆集团有限公司, 北京 100072;3. 海军装备技术研究所,北京 104224)
疲劳性 能 /% ≤ 10 ≤ 10
机 DHG-9 2 4 0 A:上海一恒科学仪器有限公司; 高速分散机 Dispermat CN:广州市浩美设备有 限公司;邵氏橡胶硬度计 L X-A :上海万衡精 密仪器有限公司。 1.3 样品制备
按照配方分别配置为 A 、B 组分,搅拌转速 ≥ 4 000 r/min 下混合 30 s,然后注入 110℃模具 中,固化 30 min,脱模,100℃后固化 10 h,放 置 1 周后进行性能测试。通过控制模具加料量, 制品密度控制在(0.8±0.05) g/cm3。 1.4 性能测试
时维修频率高,影响准点到达目的地,因而高速
铁路都采用无砟轨道[1]。不过,无砟轨道也有一
定的弊端,如减振效果差,弹性有待提高。提
高其弹性的一个重要途径就是研制弹性好,即静
刚度低的铁垫板下弹性垫板( 以下简称弹性垫
轨下垫板刚度的时变特性及其影响研究

轨下垫板 刚度 的时变特性及其影响研究
张 攀 ,周 昌盛 ,王 平 '
( 1 .西 南 交 通 大 学 高 速 铁 路 线 路 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 , 成都 6 1 0 0 3 1 ; 2 .西 南 交 通 大 学 土 木 工 程 学 院 , 成都 6 1 0 0 3 1 )
时更换性能老化垫板 , 降低 轮 轨 垂 向 力 和 扣 件 力 。
关键词 : 无 砟 轨 道 ; 高速 铁 路 ;轨 下垫 板 ; 随机 振 动
中图分类号 : U 2 1 3 . 5 3 2 文献标识码 : A D Ol : 1 0 . 1 3 2 3 8 / j . i s s n . 1 0 0 4 — 2 9 5 4 . 2 0 1 5 . 0 9 . 0 1 2
p a d s t i f f n e s s O 1 " 1 t h e r a n d o m v i br a t i o n r e s p o n s e s o f wh e e l - r a i l s y s t e m a r e s t u di e d. T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e
摘
要: 以 wJ 7 一 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 , 建 立 车 辆一 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 l 3 . 9 1 %; 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 H z , 幅值 增 幅 达 到 5 3 . 8 0 % 。 建 议 定 期 抽 样 测 试 轨 下 胶 垫 刚 度 并 及
WJ-8型高铁用聚氨酯弹性垫板的研究

江海峰制鞋设备有限公司。
12 聚氨 酯弹 性垫板 的 制备 .
将三官能度混合聚醚 F ( 3 以三官能度聚醚 A B 、 与 c按照质量 比 1 1: 混合) 两官能度混合聚醚 : 1 、
图 1 高铁 用弹性垫板在高铁上应用示意 图
F( 2 以两官 能度 聚醚 D、 E与 F按 照质量 比 1: :混 11
变形 、 工作 电阻 以及 耐 油性 膨胀 比的 影响 。结 果表 明 , 着 两 官能 度混 合 聚 醚质 量 的增 加 , 氨 酯 随 聚 弹性 垫板 老化 前后 拉伸 强度 逐 渐 降低 , 断裂伸 长 率 、 静 刚度 比 、 缩 永 久 变形 和 耐 油性体 积 膨胀 动 压
率逐渐增加 , 工作电阻先降低 而后升高; 三官能度混合聚醚与 两官能度混合聚醚的质量 比为 2/ 3 - " 0
-.
2
×
\
丑
-
饕
1 0: 0: 0 5 5 0: 0 0: 0 0 0 8 2 0: 0 2 8 1 o
姆 趟
F 与 F 质 量 比 3 2
图 6 不 同官 能度 混合聚醚质量 比对 工作 电阻的影响
1 0: 0: 0 5 5 : O 0: o o 0 8 2 0: 0 20 8 1 o
影响。
1
一
D1
动 刚度在 同一 台机器 上进行 测试 。施 加周期 载 荷2 0~7 N, 载 频 率 4 H , 荷 循 环 10 0k 加 z载 00次 。
在 最后 的 10次 载荷 循环 中 , 录 1 循环 的实 际 0 记 O个
舟
姒
罂
施加载荷 F 、: F 和短 钢 轨 的位 移 DiDi ,、 。计 算 F 、 i 3、4 1 、 i i i D D 的平 均值 , 为 , 记 l、 下 述公式 计算 动 刚度 :
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B
GB 3 l 52
热 空 气 老 化 伸 强 度/ a 拉 MP
≥ l 0
≥ l 0
≥1 2
≥l 0
10℃ ,2h后 断 伸 长率 / 0 7 扯 % 脆性温度/ ℃
静 刚 度, k / (N mm) 按 日本 标 准 试 验 。
≥ 10 5 一5 0
1 1 环 境 温 度 .
环境温 度 为 一3 0℃ ~ +5 0℃ 。 比较可 知 , 于环 境 温 关 度的设 定我 国较 德 国的 范 围 大得 多 也 苛 刻 得 多 , 是 这 由于我 国铁路 幅域 与地 理位 置所 决定 的 。在设 定我 国 高速铁 路 轨 下垫板 使 用 环 境 温 度 时 的主 要 依 据 是 《 中
邵 尔 A型 硬 度 / 度
拉 伸 强 度 / P Ma 扯 断 伸 长率 / % 10%定 伸 应 力 / P 0 Ma 恒 定 压缩 永 久 变 形 10 ℃ , 0 2 4h压 缩 率 5 0%, %
阿 克 隆磨 耗
≥ 1. 25 ≥20 5 ≥9520% ) .(0
樊 杰 朱德 功 ,
( . 道 勘 察 第 一 设 计 院 , 州 700 . 岛 泰 达 轨道 垫 板 有 限 公 司 , 东 青 岛 1铁 兰 30 ;2 青 山 263 ) 60 2
摘要 : 下垫 板特 性设 计 、 轨 可靠性 及使 用寿命 等是 高速铁路 安 全 、 稳 运行 的 关键 技 术之 一 。 文章 通过 平 研 究提 出我 国高速铁路 轨 下垫 板 的特性要 求 , 高速铁 路设 计 和施 工参 考 。 供
长期铁 路 网规划》 。建议 我 国高 速 铁 路 轨 下 垫 板 的使
用环 境温 度 为 一 0℃ ~+7 3 0℃。 个环 境 温度 的设 定 这 覆 盖了我 国已经 列项 的 主要 高速铁路 线 路 。环 境温度 中的最 高 温度 指标 较欧 洲德 国高 出2 0℃ , 低 温度 较 最 9 5标准 提高 2 0℃。
关 键 词 : 速 铁 路 串联 结 构 垫 板 刚度 工 作 电 阻 高 中 图 分 类 号 : 2 35 2 文 献 标 识 码 : U 1、 3 B
~
+ 0℃。 洲 德 国 D 9 8 3 7 欧 B 12 5供 货 技 术 条 件 中 规 定
1 高 速 铁 路 轨 下 垫 板 技 术 条 件 的研 究
/ c / . 1k ( m31 6 m)
≤ O. 6
≤O4 .
≤O. 4
GB l 8 6 9
工作 电阻 , MQ
常 态 浸 水 后
≥ 10 .
≥10 0 0 .
≥3X13 0
≥ 3X1 0
≥ 10 0 0 .
≥3X1 0
≥3X1 0
附录
18 9 0年 , 国制 定 了第一 个 混 凝 土 枕轨 下 用 橡 胶 我 垫 板 技术 条 件 , H 4 18 . ;9 5年 修 订 为 铁 道部 即 G .2 1 0 19 8 行 业标 准 T / 22 — 19 ( BT 6 6 9 5 简称 9 5标 准 ) 一 直使 用 至 , 今 。我 国铁 路 所 有 既有 线 设 计 速 度 均 在 10k / 2 m h以 下 , 经五 次 大 提 速 , 分 线 路 的最 高运 营 速 度 可 达 虽 部 10k / , 6 m h 但与 2 0k / 0 m h及 以上 快 速 铁 路 和 2 0~30 5 5 k/ m h的高速 铁 路 设 计标 准 是 不 可 相 提 并 论 的 。 由 于 9 标 准 偏低 , 与 国际 同类标 准 不 接轨 , 5 又 因此 , 已 落 它 后 于我 国高 速铁 路 的发 展 。
维普资讯
93
Ral y En i e rn iwa gn e ig
文 章 编 号 :0 319 (0 6 1— 9 ・ 10 .9 5 2 0 )00 30 0 4
我 国高速 铁 路 轨 下 垫板 的特 性 设 计 研 究
≤3 0
≥ 1 2 ≥20 5 3 ~5
≤3 0
>l 4 >2o o 6 0 ~l
≤3 0
≥1. 45 ≥30 0 ≥ 1 .(0 25 30% )
≤3 0
≥l 4 ≥20 5 3—5
≤3 0
G 2 B58 G 2 B58 G 2 B58 G ,7 5 B1 79 附录 A
5 ~8 5 0 (0 2
—
≥ 10 8
≥ 10 8 —5 0
≥10 5 —3 0
6 0~8 0
(0~8 N) 2 0k
G 62 B l8
德国5 0~7 0
( 8—6 N) 1 8k
2 ~3 5 l
( 0~ 5 N) 1 0k
5 5—8 0
(0—8 N) 2 0k
表 1 轨 下 垫 板 橡 胶 的 物 理 机械 性 能 及 其 对 比
项 目 T ,2 2 一 l 9 B 66 9 5 r 7 ~8 2 2 uC 6- 5 I84 6 6~7 6 日本 低 刚 度 垫 板 T ,02 2o DT 0— O o 6 7 7~ 7 高 速 铁 路 建议 值 6 ~7 6 6 试验 方法 G 3 B5 l
8 N) 0k
一 青 岛 泰 达公 司 和 阜 宁 泰 达 公司 企 业 标 准 ,0 1 通 过 专 家 审 定 。 20 年
1 2 物 理 机 械 性 能 .
我 国高速 铁路 轨下 垫板 橡胶 的物 理机 械性 能 及其 比较 列 于表 1 。轨 下垫 板 橡胶 的物 理机 械 性 能 是 其使
用 特性 的基 础 。
环境 温度对 轨 下 垫 板 的使 用 性 能 有 较 大 的影 响 。 我 国 9 标 准 中规 定橡 胶 垫板 使 用 环 境 温度 为 一5 5 0℃