DTⅢ-2型钢轨扣件系统

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扣件系统与基础联结方式，锚入螺栓式，荷兰无砟轨道扣件和德国VOSSLOH 336型扣件与基础的联结方式均为锚入螺栓式。联结螺栓用胶粘剂锚入混凝土孔中。我国有砟轨道用的硫磺锚固也属这种方式。优点：构造简单、成本低、强度高。缺点：螺栓不能取出，不便进行换轨作业，螺栓一旦损坏，换困难。绝缘性能较差。

扣压件紧固方式，有螺栓紧固方式，无螺栓紧固方式。两种形式各有利弊。有螺栓式扣件便于轨道高低调整，扣压件扣压力衰减后可复拧螺栓恢复扣压力，但零部件较多，需进行涂油作业，养护维修工作量相对较大。无螺栓式扣件零部件较少，*进行涂油作业，养护维修工作量相对较小。但不能调整钢轨高低位置。

扣件系统结构分析，1.扣压件形式，弹条，弹片，视国情与使用习惯不同，铁路分别采用弹片和弹条作为扣压件。采用的扣压件形式，法国、日本，弹片，英国PANDROL扣件，德国VOSSLOH扣件，弹条，荷兰D.E型扣件，瑞典的Fist扣件，弹条，前苏联БП型扣件为弹条式, ЖБ型扣件则为弹片式。我国采用扣压件的形式，67型拱形弹片扣件，九江长江大桥WJ-1型小阻力扣件 弹片，弹条Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型扣件小阻力扣件弹条。弹条扣压件与弹片扣压件各有利弊。

客运专线扣件系统技术关键，由于客运专线以乘客舒适和安全为主要目标，客运专线无砟轨道成段线路铺设，已不再是单一的下部基础结构，涉及到桥梁、隧道、路基等下部各种结构基础，要满足运营条件的要求，需要解决以下扣件系统主要技术关键问题。具有良好的减振性能无砟轨道扣件应具有比有砟轨道扣件好的弹性，但弹性又不能无限制提高，否则会导致列车通过时钢轨倾翻很大从而动态轨距扩大影响列车的平顺性。如何确定系统的刚度与轨道刚度的匹配，如何实现扣件具有较低的刚度而且行车安全是扣件系统需要解决的技术关键。具有较高的绝缘性能，满足轨道电路要求根据轨道电路的要求，扣件系统不仅在干燥情况下具有较高的绝缘性能，而且在特大降雨情况下也应具有较高的绝缘性能。这就要求扣件系统结构上采取特殊技术措施提高水膜电阻。满足无缝线路铺设要求的扣件系统的通用性因铺设无缝线路的要求，隧道内和路基上扣件系统应有足够的防爬阻力，一般情况下防爬阻力越大越对无缝线路有利，因而往往采用扣压力较大的弹条扣压钢轨。而桥上扣件系统为满足铺设无缝线路的要求通常采用小阻力弹性扣件，即采用扣压力较小的弹条扣压钢轨且配合采用较低摩擦系数的复合垫板。因此要求扣件系统应同时具备安装大扣压力弹条和小扣压力弹条的功能。各种无砟轨道结构上扣件系统的通用性各种无砟轨道结构不一，但从设计、施工及运营管理角度要求扣件系统具有通用性，无论轨枕埋入式还是板式无砟轨道，所采用扣件系统均应可安装，即扣件系统可适应各种不同类型的无砟轨道结构。扣压力衰减与疲劳寿命轨下弹性垫层刚度降低，意味着列车通过时有较大的变形，弹条前端的动态变形加大，这就对弹条的弹性性能和疲劳性能提出了较高的要求，如何解决在采用较低刚度轨下弹性垫层时弹条的扣压力衰减及大变形下的疲劳寿命也是技术关键之一。扣件系统与基础的可靠联结无砟轨道扣件一般采用带铁垫板的弹性分开式扣件，根据功能要求，铁垫板通过锚固螺栓与混凝土基础中预埋绝缘套管配合紧固在基础上。根据以往工程实践，混凝土基础中预埋件的强度和疲劳寿命是薄弱环节，采取措施有效地提高预埋绝缘套管的强度和疲劳寿命是需要解决的技术关键之一。较少备件且作业方便模式实现钢轨高低左右位置调整总结我国无砟轨道工程实践经验，钢轨高低和左右位置调整量较大而且要求进行精细调整。因此采用的扣件系统结构应具有采用较少备件而且作业方便的模式实现调整钢轨高低和左右位置。在进行左右位置调整时应尽量不换部件，而且调整模式好是无级调整。

客运专线扣件系统技术要求与技术关键，由于客运专线列车运行速度高、密度大，对扣件有高的技术要求。客运专线用扣件系统应具有以下主要性能。保持轨距能力，扣件系统应保持由钢轨和混凝土轨枕（或混凝土轨道板）组成的轨道框架几何特征稳定，即保持轨距和防止轨距扩大，同时增强轨道框架的弯曲和扭转刚度，以轨道框架的稳定性。防爬阻力扣件系统应防止钢轨相对于轨枕的纵向位移，即防止钢轨爬行，这就需要扣压件有足够的扣压力并且扣压力衰减小。桥上轨道结构设计要考虑桥上无缝线路的铺设要求。线路纵向阻力如果太大，将会相应增加线路传递到桥梁墩台的纵向力和钢轨本身的应力；如果太小，可能导致钢轨爬行或在冬季发生断轨时断缝过大而影响行车安全。因而桥上扣件系统设计还应考虑这些影响。零部件和维修工作量客运专线轨道维修只能在很短的封锁点内进行，因而要求扣件系统零部件少和养护维修工作量少。这就要求扣件各部件有足够的强度，在期望的使用寿命周期内扣件各部件不产生疲劳伤损和显着的残余变形；同时要求扣件有好的性能，当扣压件和轨下弹性垫层产生磨耗和残余变形时，扣件阻力减少不大，扣件螺栓*经常进行复拧。平顺性，扣件系统应钢轨具有好的平顺性。良好的平顺性可以降低由于轨道不平顺引起的激振，减少列车通过时的振动，从而提高乘客舒适度。减振性能，轨道的动力效应与行车速度有直接关系，高速列车通过时，轨道动力效应将急剧增大。因而要求扣件系统有良好的减振性能，即要求采用弹性好的缓冲垫板。与有砟轨道相比，无砟轨道结构中由于取消了提供线路弹性的道碴层，这样就要求无砟轨道扣件系统具有比有砟轨道好的弹性，以大限度地降低轨道的振动，减缓轮轨间的冲击。对于客运专线无砟轨道来说，要求扣件系统各节点刚度一致，以减小动力不平顺。绝缘性能，为行车安全，要求扣件系统有良好的绝缘性能，轨道电路正常工作。由于我国铁路信号制式的特殊性，轨道电路参数的要求特别高，这样我国客运专线对扣件系统的绝缘性能有高要求。钢轨高低与左右位置调整能力，由于无砟轨道结构中的扣件系统直接将钢轨与混凝土道床联接在一起，受施工误差和混凝土基础变化等因素的影响，钢轨高低和轨向的变化不能象有砟轨道那样进行起道和拨道作业，只能通过扣件进行调整，因此，无砟轨道结构要求其所用扣件系统具有一定的调高和调整轨向即钢轨左右位置的能力。对于桥上无砟轨道来说，受梁体收缩徐变上拱、墩台沉降等因素的影响，钢轨高低的变化大，因此要求其所用扣件系统具有大的钢轨高低调整能力。

法国无砟轨道扣件，法国无砟轨道采用与有砟轨道相同的Nabla扣件，在枕下或混凝土支承块下采用靴套式弹性垫层以替代(模拟) 道砟道床所提供的弹性。英吉利海峡隧道内弹性支承块式无砟轨道，就是法国无砟轨道的实例，有砟轨道扣件成套技术在无砟轨道上的应用。

运营条件：高速度350km/h客运专线，高速度250km/h（兼顾货运）客运专线，线路条件：有砟轨道，无砟轨道，轨下混凝土轨枕或轨道板类型：有挡肩，无挡肩，有砟轨道用，无挡肩扣件系统，有挡肩扣件系统，无砟轨道用，无挡肩扣件系统，有挡肩扣件系统。

国内外扣件系统的技术总结，分析研究扣件系统的成功经验，总结我国扣件系统的发展历程和工程实践，确定我国客运专线扣件系统的技术发展方向。中国客运专线扣件系统技术条件，研究制订满足中国客运专线建设的扣件系统技术条件，为各扣件系统的研发确定设计依据。研究确定客运专线扣件系统的弹性指标研究扣件系统合理弹性指标的评价方法及扣件系统刚度与轨道刚度的合理匹配，确定客运专线扣件系统的弹性指标。研究确定客专不同运营条件和线路条件扣件系统的结构型式，研究确定分别满足350km/h、250km/h客运专线运营条件，适用于有碴与无砟轨道（含有挡肩与无挡肩混凝土轨枕或轨道板）的各种扣件系统结构型式，同时考虑不同地段扣件系统的通用性、互换性、不同轨下基础结构扣件系统的通用性、互换性。扣压件的设计与试验研究，研究确定扣压件结构型式，考虑扣压件与弹性垫层刚度的合理匹配、扣压件材质的比选确定和制造工艺的研究。减振垫层的设计与试验研究，研究减振垫层实现低刚度的结构技术措施，确定减振垫层的材质，研发高强度**命减振垫层材料。各扣件系统及零部件性能试验研究，依据标准对各扣件系统的性能进行试验验证，根据零部件制造验收技术条件对扣件各零部件性能进行试验验证。编制各扣件系统相关技术条件，编制各扣件系统技术条件，各零部件制造验收技术条件和铺设和养护维修要求。

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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