I型调高钢轨扣件系统

我国铁路扣件系统的研究与开发已有50年历史，经历了从刚性扣件到弹性扣件的发展历程，采用的扣压件从扣板到弹片，发展成以弹条为主要形式，扣件系统从单一的扣件形式向多种扣件形式发展，以适应不同轨道结构和新型轨道结构的发展，并满足不同运营条件的要求。

有砟轨道混凝土轨枕用扣件结构型式均为弹性不分开式，并分为混凝土轨枕带挡肩的有螺栓扣件和不带挡肩的无螺栓扣件，新型弹性扣件均采用弹条扣压件，单个弹条扣压力9～11kN，弹性垫板静刚度为55～80 kN/mm，对个别桥上有砟轨道采用小扣压力弹条。

无砟轨道用扣件一般为带铁垫板的弹性分开式扣件，轨下混凝土基础有设有挡肩和不设挡肩，扣压件紧固方式多为有螺栓式的。桥上用扣件系统轨下采用复合垫板，单个弹条扣压力4～5kN，隧道内扣件系统单个弹条扣压力8～11kN。扣件系统弹性垫板静刚度介于35～80kN/mm之间。

综合各国高速铁路无砟轨道扣件成功经验，各种不同类型的无砟轨道扣件均是在原有砟轨道扣件的基础上加以改进以适应无砟轨道的需要，除德国VOSSLOH 300型扣件外，基本上均采用带铁垫板的弹性分开式扣件（VOSSLOH 300型扣件为带铁垫板的弹性不分开式扣件），混凝土基础不设挡肩。大多扣件采用双弹性垫层，往往一层垫层弹性较好，为扣件系统提供弹性，另外一层垫层刚度很大，主要起缓冲作用，垫板静刚度介于20～60 kN/mm之间。 

各国高速铁路有砟轨道均采用弹性不分开式扣件。扣压件分为弹条和弹片两种，扣压力多数为9～11 kN（日本弹片5 kN）、弹程约10 mm，轨下胶垫厚约10 mm、静刚度50～100 kN/mm。其中法、德、日均为有混凝土挡肩的有螺栓扣件，英国Pandrol e型和Fast型扣件为无混凝土挡肩的无螺栓扣件。对有砟轨道用扣件  英国、瑞典、荷兰、美国、巴西等国均采用无挡肩扣件，日本、德国、法国等国均采用有挡肩扣件。对无砟轨道用扣件  日本直结4型、德国RST扣件、德国VOSSLOH 300型、前苏联КБ型和桥上板式轨道扣件以及我国的TF-Y型扣件为有挡肩扣件，其它无砟轨道扣件基本上均为无挡肩扣件。

无挡肩扣件，混凝土轨枕或混凝土整体道床上不设承轨槽，由钢轨传来的横向荷载主要由埋设挡肩或紧固铁垫板的锚固螺栓承受和摩擦力克服，承载能力相对较小，由于不设挡肩，特别适合无砟轨道尤其是板式轨道使用。如采用分开式扣件，钢轨高低调整量较大。有挡肩扣件，混凝土轨枕或混凝土整体道床上设承轨槽，由钢轨传来的横向荷载主要由混凝土承轨槽挡肩承受，横向承载能力较大，这种方式扣件零部件承受横向力较小，如采用分开式扣件，钢轨高低调整量大。

分开式扣件，通常为带铁垫板的扣件，钢轨由扣压件紧固于铁垫板上，铁垫板通过锚固螺栓与预先埋设于混凝土轨枕或整体道床的绝缘套管配合或其它方式直接紧固在基础上，钢轨高低调整量大，而且轨下和铁垫板下均设弹性垫层提供弹性，减振效果较好，但零部件较多，维修工作量相对较大。不分开式扣件，钢轨由扣件直接联结于混凝土轨枕或整体道床，零部件少，连接牢固，但钢轨高低调整量较小，且紧固件的工作条件复杂。

日本直结5、7、8型扣件和前苏联无砟轨道扣件均采用这种形式，它是把螺栓的一端作成T形，并在混凝土基础中安放金属或塑料卡套卡住螺栓的T形头部以进行固定。优点：使螺栓不必设置螺纹而提高螺栓强度，同时螺栓也实现了可拆卸的功能。缺点：混凝土基础本部位构造复杂，而且卡套一旦损坏，不易维修。很多国家铁路将这种形式换成了预埋套管方式，如日本将直结8型扣件的这种联结方式改变成预埋套管方式而演变为直结8K型扣件。

预埋套管式，将螺旋套管预埋于混凝土基础中或以胶粘剂将套管固定于混凝土孔中，借以旋入螺栓的方式。套管的材料分：木质、塑料、钢，前者因强度和耐久性差，后者因绝缘性能差而很少采用。目前套管的材料大部分为工程塑料，也有将钢螺纹套与塑料外套结合到一起的套管。大部分国家的无砟轨道扣件系统采用塑料套管的方式，我国也基本采取这一形式。日本新研制的无砟轨道联结套管采用内嵌钢螺纹套的形式，澳大利亚等国家铁路也采取这种形式。由于预埋螺旋套管方式可使得螺栓旋进卸出，避免了锚入螺栓式的缺点，但这种方式成本较高，有些地段采用时套管内螺纹出现不足。而内嵌钢螺纹套的塑料套管在使用中钢螺纹套容易生锈，影响使用。

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。