三型钢轨扣件系统

弹条Ⅱ型扣件，除弹条采用新材料重新设计外，其余部件与弹条Ⅰ型扣件通用，仍为带挡肩、有螺栓扣件。选用弹钢作为Ⅱ型弹条的材料，屈服强度和抗拉强度比Ⅰ型扣件提高了42%和36 %，弹条直径不变。Ⅱ型扣件具有扣压力大、强度安全储备大、残余变形小等优点，适用于60kg/m钢轨与Ⅱ型或Ⅲ型混凝土轨枕。弹条Ⅲ型扣件见图7，是无螺栓无挡肩扣件，由弹条、预埋铁座、绝缘轨距块和橡胶垫板组成。适用于标准轨距铁路直线或半径≥350 m的曲线上，铺设60 kg/m钢轨和Ⅲ型无挡肩混凝土轨枕的无缝线路轨道。轨距的调整用不同号码的绝缘轨距块配置。Ⅲ型扣件具有压力大、弹性好等优点，特别是取消了混凝土枕挡肩，从而消除了轨底在横向作用下发生横移导致轨距扩大的可能性，因此保持轨距的能力很强，又由于取消了螺栓联结的方式，大大减小了扣件养护工作量。

弹条Ⅰ型扣件，1—螺纹道钉；2—螺母；3—平垫圈；4—弹条；5—轨距挡板；6—挡板座；7—橡胶垫板。弹条Ⅱ型扣件，1—螺纹道钉；2—螺母；3—平垫圈；4—弹条；5—轨距挡板；6—挡板座；7—橡胶垫板。弹条Ⅲ型扣件，1—弹条；2—预埋铁座；3—绝缘轨距块；4—橡胶垫板。

调高扣件，一类专门用于轨距和水平调整量较大的特殊混凝土枕扣件。常见的主要型式有弹条Ⅰ型调高扣件、弹片Ⅰ型调高扣件及IF-Y型弹条扣件等。弹条Ⅰ性调高扣件见图8，由Ⅰ型弹条、轨距挡板、挡板座、橡胶垫板、调高垫板及螺旋道钉等组成。其结构与普通弹条Ⅰ型扣件一样，不同之处，它的调高量为20mm，而普通弹条Ⅰ型为8 ～10 mm。为达此调高量，从结构上对轨距挡板及挡板座进行了改进，以保持良好的扣压钢轨的能力。弹条Ⅰ型调高扣件只适用于60 kg/m钢轨，弹条用A型。弹片Ⅰ型调高扣件见图9，与弹条Ⅰ型调高扣件类似，弹片分中间弹片、接头弹片及补强弹片。它适用于50、43kg/m钢轨混凝土枕线路，不便进行捣固作业，需用轨下调高垫片对钢轨水平进行较大调整的地段。大调高量25 mm。TF-Y型弹条扣件，适用于50kg/m钢轨整体道床曲线地段，允许调高量大为20mm，用调高垫板来调整水平。

弹条Ⅰ型调高扣件，1—螺纹道钉；2—螺母；3—平垫圈；4—弹条；5—轨距挡板；6—挡板座。弹片Ⅰ型调高扣件，1—螺纹道钉；2—螺母；3—补强弹片；4—弹片；5—轨距挡板；6—挡板座；7—橡胶垫板；8—调高垫板；9—衬垫；10—垫片。TF-Y型弹条扣件，1—中间弹条；2—接头扣件；3—螺纹道钉；4—轨卡螺栓及螺母；5—铁垫板；6—胶垫；7—塑料垫板；8—平垫圈；9—弹簧垫圈；10—楔形轨距块；11—调高垫板。63型扣板式扣件，1—螺纹道钉；2—螺母；3—弹簧垫圈；4—扣板；5—铁座；6—绝缘缓冲垫片；7—绝缘缓冲垫片；8—木栓；9—轨枕；10—钢轨。70型扣板式扣件，1—螺纹道钉；2—螺母；3—平垫圈；4—弹簧垫圈；5—扣板；6—铁座；7—绝缘缓冲垫片；8—绝缘缓冲垫片；9—衬垫；10—轨枕；11—钢轨；12—绝缘防锈涂料；13—硫磺锚固剂。弹片式扣件，由螺旋道钉、螺母、平垫圈、弹片、轨距挡板及弹性垫板等零件组成的一种混凝土枕扣件，为弹性扣件。

螺旋道钉与混凝土轨枕采用硫磺锚固联结。1967年经铁道部批准，故又称67型弹片式扣件，其后于1968年和1973年又经过两次修改。采用拱形弹片扣压钢轨，并用轨距挡板代替铁座以调整轨距和传递横向推力于轨枕挡肩。拱形弹片用弹簧钢制成，弹片的一端扣压轨底面，另一端则支承在轨距档板上。轨距挡板具有双重作用。它既可用来传递钢轨的横向推力，又可随时换，以适应不同钢轨类型和轨距的需要，但每块轨距挡板只有一个号码，不能翻转使用。由于弹片强度不足，容易引起残余变形，甚至折断，放在中国铁路上已不再使用。67型弹片式扣件，1—螺纹道钉；2—螺母；3—平垫圈；4—弹片；5—轨距挡板；6—绝缘缓冲垫片；7—绝缘缓冲垫片；8—衬垫；9—硫磺锚固剂；10—钢轨；11—轨枕。

弹条式扣件 由螺旋道钉、螺母、平垫圈、弹条、轨距挡板、挡板座及弹性垫板等零件组成的一种混凝土枕扣件，为弹性扣件。由于采用弹条作为钢轨扣压件，利用材料的弯曲变形及扭转变形，又不存在断面的削弱问题，结构形式比较倒合理。故而已成为中国混凝土轨枕的主型扣件，但它也有设计和制造较复杂的缺点。中国弹条式扣件主要分弹条Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ型扣件三种。弹条Ⅰ型扣件见图5，因弹条形状像ω，所以又称ω扣件。弹条用于扣压钢轨，要求保持一定的扣压力及足够强度。弹条由直径为13mm的热轧弹簧圆钢制成。弹条有A，B 两种型号，其中A 型弹条较长。对于钢轨除14号接头轨距挡板安装B型弹条外，其余均安装A 型弹条。轨距挡板的作用是调整轨距，传递钢轨的横向水平推力。挡板座为支撑挡板用，后背斜面支承在轨枕挡肩上，要求挡板座有一定强度来承受和传递横向水平力，有足够的绝缘性能以防止漏电。档板座两斜面的厚度不同，可调换使用，也可起到调整轨距的作用。弹条Ⅰ型扣件的弹性好，加压力损失较小，能较好地保持轨道几何形位，已成为中国混凝土枕线路主型扣件。适用于标准轨距铁路直线及半径≥300mm的曲线地段，与50kg/m、60kg/m钢轨相联结。弹条Ⅱ型扣件见图6，除弹条采用新材料重新设计外，其余部件与弹条Ⅰ型扣件通用，仍为带挡肩、有螺栓扣件。选用弹钢作为Ⅱ型弹条的材料，屈服强度和抗拉强度比Ⅰ型扣件提高了42%和36 %，弹条直径不变。Ⅱ型扣件具有扣压力大、强度安全储备大、残余变形小等优点，适用于60kg/m钢轨与Ⅱ型或Ⅲ型混凝土轨枕。弹条Ⅲ型扣件见图7，是无螺栓无挡肩扣件，由弹条、预埋铁座、绝缘轨距块和橡胶垫板组成。适用于标准轨距铁路直线或半径≥350 m的曲线上，铺设60 kg/m钢轨和Ⅲ型无挡肩混凝土轨枕的无缝线路轨道。轨距的调整用不同号码的绝缘轨距块配置。Ⅲ型扣件具有压力大、弹性好等优点，特别是取消了混凝土枕挡肩，从而消除了轨底在横向作用下发生横移导致轨距扩大的可能性，因此保持轨距的能力很强，又由于取消了螺栓联结的方式，大大减小了扣件养护工作量。

弹条Ⅰ型扣件，1—螺纹道钉；2—螺母；3—平垫圈；4—弹条；5—轨距挡板；6—挡板座；7—橡胶垫板。弹条Ⅱ型扣件，1—螺纹道钉；2—螺母；3—平垫圈；4—弹条；5—轨距挡板；6—挡板座；7—橡胶垫板。弹条Ⅲ型扣件，1—弹条；2—预埋铁座；3—绝缘轨距块；4—橡胶垫板。调高扣件  一类专门用于轨距和水平调整量较大的特殊混凝土枕扣件。常见的主要型式有弹条Ⅰ型调高扣件、弹片Ⅰ型调高扣件及IF-Y型弹条扣件等。弹条Ⅰ性调高扣件见图8，由Ⅰ型弹条、轨距挡板、挡板座、橡胶垫板、调高垫板及螺旋道钉等组成。其结构与普通弹条Ⅰ型扣件一样，不同之处，它的调高量为20mm，而普通弹条Ⅰ型为8 ～10 mm。为达此调高量，从结构上对轨距挡板及挡板座进行了改进，以保持良好的扣压钢轨的能力。弹条Ⅰ型调高扣件只适用于60 kg/m钢轨，弹条用A型。弹片Ⅰ型调高扣件，与弹条Ⅰ型调高扣件类似，弹片分中间弹片、接头弹片及补强弹片。它适用于50、43kg/m钢轨混凝土枕线路，不便进行捣固作业，需用轨下调高垫片对钢轨水平进行较大调整的地段。大调高量25 mm。TF-Y型弹条扣件，适用于50kg/m钢轨整体道床曲线地段，允许调高量大为20mm，用调高垫板来调整水平。 弹条Ⅰ型调高扣件

1—螺纹道钉；2—螺母；3—平垫圈；4—弹条；5—轨距挡板；6—挡板座。弹片Ⅰ型调高扣件1—螺纹道钉；2—螺母；3—补强弹片；4—弹片；5—轨距挡板；6—挡板座；7—橡胶垫板；8—调高垫板；9—衬垫；10—垫片。TF-Y型弹条扣件，1—中间弹条；2—接头扣件；3—螺纹道钉；4—轨卡螺栓及螺母；5—铁垫板；6—胶垫；7—塑料垫板；8—平垫圈；9—弹簧垫圈；10—楔形轨距块；11—调高垫板。

高速铁路的轨道结构从总体上可分为两类：一类为传统的有砟轨道；另一类为无砟轨道，实践表明，两种轨道结构均可高速例车的安全运营。但由于两类轨道结构存技术经济方面的差异，各国均根据自己的国情、铁路的特点合理选用，以佳的技术经济效益。

国内外扣件系统技术总结及我国客运专线扣件结构选型，总结分析了扣件系统运用情况以及我国铁路扣件系统的发展历程，对各主要类型扣件系统进行了系统的归纳和分析。提出了我国客运专线扣件系统的结构选型：（1）选用弹条扣压件是我国扣件系统发展主要思路。（2）对有砟轨道用扣件，应采用弹性不分开式结构，在线路状态良好的地段应采用混凝土轨枕不带挡肩的无螺栓扣件，在其它需要钢轨高低调整的地段采用混凝土轨枕带挡肩的有螺栓扣件。（3）对无砟轨道用扣件，应以带铁垫板的弹性分开式扣件为基本结构，轨下混凝土基础不设挡肩。还应考虑与既有无砟轨道结构相匹配，对于承轨槽带有混凝土挡肩的无砟轨道结构，应选择有挡肩扣件系统，可选用带铁垫板的弹性不分开式扣件结构。

编制《客运专线扣件系统暂行技术条件》根据客运专线对扣件系统的要求而制订，适用于有碴和无砟轨道客专扣件系统。技术条件规定了扣件系统的技术要求、试验方法、验收规则、标识与包装和。在多年研究工作的基础上，参照新的欧洲标准EN13481《铁路应用－轨道－扣件系统性能要求》EN13146《铁路应用－轨道－扣件系统试验方法》参考日本和国内的相关标准。性能指标、试验方法等方面的技术要求与接轨。已于2006年3月由铁道部正式颁布。

研究提出客运专线扣件系统的弹性指标（1）总结分析了国内外有关轨道刚度和扣件系统弹性指标的相关研究和运营实践。（2）提出客专扣件系统的弹性指标应在确定合理轨道整体刚度前提下研究确定。（3）无砟轨道，高速度350 km/h的客运专线：20～30 kN/mm；高速度250 km/h的客运专线：30～40 kN/mm。4）有砟轨道：50～70kN/mm（5）弹性指标的初步试验验证表明在不同条件下钢轨垂向位移实测值与理论计算值较为接近，验证了研究的可靠性。

研发适应不同线路条件的客运专线扣件系统，弹条IV型扣件系统－－无挡肩有砟轨道用，弹条V型扣件系统 －－有挡肩有砟轨道用，WJ-7型扣件系统－－无挡肩无砟轨道用，WJ-7A型－－高速度250km/h，WJ-7B型－－高速度350km/h，WJ-8型扣件系统－－有挡肩无砟轨道用，WJ-8A型－－高速度250km/hWJ-8B型－－高速度350km/h。

研究提出客运专线弹条用原材料供货技术条件，客专弹条技术要求：高疲劳强度、**命，参照上主要弹条所用材质，考虑与接轨，收集、消化DIN、BS、JIS标准，详细分析既有弹条各项性能指标，经比选后弹条原材料选用60Si2MnA牌号热轧弹簧钢。对弹簧钢的供货技术条件提出了特殊要求：（1）对尺寸精度（直径和不圆度）和外观提出了严格的要求。（2）降低化学成分中的P、S含量，并加严了其允许偏差；（3）提高了断面收缩率，提出了冲击韧性的要求；（4）加严了低倍组织的要求；（5）加严了表面脱碳层要求；（6）明确了石墨碳含量的要求；（7）非金属夹杂物要求相应加严；（8）增加了不允许存在轴心聚碳现象的要求；（9）晶粒度由不小于5级提高到不小于7级。

研发适应客运专线扣件系统的弹性垫层，（1） 通过对扣件系统弹性垫层分析，结合我国工程实践，了客各类弹性垫层技术要求，物理性能指标与接轨。（2）利用弹性有限元法研究设计垫板结构，提高了设计技术水平，与**业设计方法接轨。（3）通过合理配方选型，利用橡胶和丁苯橡胶为主体材料，研制出各种轨下垫板，其各项性能指标满足客专扣件系统橡胶垫板技术规范。采用橡塑共混材料研制的绝缘缓冲垫板能够满足系统绝缘、缓冲和防滑等性能要求。（4）采用技术，研究了聚酯弹性体注塑发泡微孔结构，发泡倍率等对产品物理性能及刚度的影响；研究了注塑工艺对产品性能的影响，确定了控制产品稳定生产的工艺参数；研发了热塑性弹性体弹性垫板。

螺栓动态附加力，各类列车通过时锚固螺栓轴向力无显着变化，表明预埋套管不承受明显的交变荷载，从而预埋套管的使用寿命，另外锚固螺栓可有效地紧固铁垫板，能良好地保持轨距。铁垫板稳定性各类列车通过时铁垫板相对轨枕或轨道板基本上不产生相对位移，铁垫板紧固牢靠。扣件横向力，货车通过时扣件承受横向力比客车通过时大；各类列车通过时扣件所承受横向力较小，大值约为20kN，小于扣件设计荷载。钢轨轨头横移  轨头横移方向指向轨道内侧，这是由于在直线地段横向力小，车轮踏面锥度为1/20，而轨底坡为1/40，造成轮轨垂直力的作用点偏向轨头内侧所致。客车通过时，轨头横移大值为0.88mm；货车通过时轨头横移大值为1.16mm。          

扣件刚度测试分析，采用静刚度50kN/mm轨下垫板：钢轨垂移，韶9机车+青藏客车小编组，平均 0.78mm ，大0.83mm，DF11机车+实验车+平车小编组，平均 0.88mm，大0.91mm，韶9机车+货车小编组，平均 1.03mm，大1.14mm，采用静刚度35 kN/mm轨下垫板：钢轨垂移，DF11机车+实验车+平车小编组，平均 1.18mm，大1.44mm，CRH2动车组，平均0.52mm，大0.62mm，采用静刚度25～30kN/mm轨下垫板：钢轨垂移，DF11机车+实验车+平车小编组，平均 1.64mm，大1.89mm，CRH2动车组，平均0.68mm，0.82mm。

螺旋道钉动态附加力，列车通过时道钉未出现上拔力，仅存在松弛力，道钉大松弛力为3.85 kN，表明预埋套管未承受附加上拔力，所承受交变荷载也较小，从而预埋套管具有可靠的使用寿命。钢轨轨头横移，与WJ-7型扣件系统测试结果一样，轨头横移方向指向轨道内侧，列车通过时轨头横移大值为0.90mm。扣件刚度分析，230kN轴重机车通过时钢轨大垂移1.45～1.66mm，较为均匀，平均大位移1.56mm，位移偏大，因而在较大轴重列车通过的线路，弹性垫板静刚度（25kN/mm）偏小，如折算为170kN轴重列车通过，位移约为1.15 mm，采用的垫板刚度值较为合适，因此在高速度350 km/h的客运专线中采用这一弹性指标是合适的。

在以下技术方面实现了与接轨：（1) 消化吸收标准，了各扣件组装及零部件技术条件，在国内采用标准相应试验方法对扣件系统组装技术性能和零部件性能进行试验验证。（2) 通过对弹条材质的分析，研究了客专弹条用弹簧钢供货技术条件。（3) 采纳标准，研究提出了适应客运专线运营环境的橡胶垫板物理性能指标，利用弹性有限元法设计垫板结构，提高了设计水平。

研究在以下几方面具有：（1) 在国内研发成功高疲劳强度弹条，与高弹性垫板相匹配，达到同类产品水平。2) 研发的橡胶发泡材料和热塑性弹性体发泡材料新型高弹性垫板，性能指标符合运营条件的要求。（3) 采取二次绝缘措施和特殊设计的绝缘缓冲垫板，提高了无砟轨道扣件系统的绝缘性能。（4) 在国内将一般地段采用的扣件结构与桥上小阻力扣件结构统一，实现了不同地段同类轨道结构扣件系统通用。

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