WJ-8型钢轨扣件系统

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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。

WJ-8型扣件系统的研发经历了以下两个阶段：一阶段：在经多方案比选后提出了WJ-8型扣件系统的初结构，采取技术措施提高了扣件系统的绝缘性能，解决了原型扣件不能满足客运专线轨道电路的问题。对零部件进行了试制和试验，尤其是研发了高疲劳强度的弹条和**命高弹性的铁垫板下弹性垫层。试验结果表明，零部件各项性能达到设计目标。对扣件组装技术性能进行了较为深入的试验研究。扣压力、钢轨纵向阻力、静刚度等性能达到了设计要求。但进行疲劳试验时发现，如果钢轨高低位置调整量较大（大于20mm）时，在动态荷载作用下轨距挡板上翘，出现结构不稳定现象，不能有效地保持轨距，扣件系统难以适应较大调高量的要求。二阶段：针对研发中存在的问题，2006年下半年，在大量室内试验基础上，对结构进行了大幅度改进。突破了原有结构的限制，提出了为合理的扣件结构，解决了结构不稳定的**问题。对新结构进行了完善设计，试制了所有零部件。对零部件和扣件组装技术性能进行了全面的试验验证。

WJ-8型扣件系统结构特征，扣件系统为带铁垫板的弹性不分开式扣件混凝土轨枕或轨道板承轨槽设混凝土挡肩，由钢轨传递而来的列车横向荷载通过铁垫板传递至轨距挡板，从而由混凝土挡肩承受横向水平力，降低了水平荷载的作用位置，使结构加稳定。铁垫板上设挡肩，挡肩与钢轨之间设置工程塑料制成的绝缘块，不仅可以缓冲钢轨对铁垫板的冲击，而且大幅提高扣件系统的绝缘性能，尤其是提高系统在降雨时的绝缘电阻； 铁垫板与混凝土挡肩间设置工程塑料制成的轨距挡板，用以保持和调整轨距，同时起二次绝缘作用；扣件组装紧固螺旋道钉时，以弹条中肢前端接触轨底为准，避免了在钢轨与铁垫板间垫入调高垫板时弹条扣压力不足或弹条应力过大。同一铁垫板可安装多种弹条（常规扣压力弹条和小扣压力弹条），配合使用摩擦系数不同的轨下垫板（橡胶垫板或复合垫板）可获得不同的线路阻力，既可用于要求大阻力的地段，又可用于要求小阻力的地段，满足各种线路条件下铺设无缝线路的要求。配套设计的弹条比我国既有弹条在结构上作了优化，使弹条弹程增大（各种弹条弹程均为14 mm），提高了其疲劳强度，在采用较低刚度弹性垫层时弹条的扣压力衰减小。铁垫板下设弹性垫层，扣件系统具有良好的弹性，垫层采用**命热塑性弹性体材料制成。与本扣件系统配套的既有混凝土轨枕或轨道板的承轨槽型式和尺寸*变动，适应性强。

WJ-8型扣件系统已应用于多个地段，总体使用情况良好，1）铁科院环行试验基地无砟轨道试验段经过两年多的运营考验，进行了监控，试铺表明，扣件系统能保持良好的轨道状态，轨距在1435～1436 mm之间。 2）武广客运专线无砟轨道综合试验段在双块式无砟轨道上铺设，铺设安装和综合试验表明，扣件与双块式无砟轨道匹配情况良好，达到预期设计目标。3）郑西客运专线已铺设结果表明，扣件与旭普林双块式无砟轨道接口一致。4）京津城际铁路无砟轨道与有砟轨道过渡段采用了WJ-8型扣件，安装轨距等状态尚未发现异常。WJ-8型扣件配套的承轨槽尺寸标注与旭普林双块式轨枕承轨槽尺寸标注一致，与CRTS II型轨道板承轨槽尺寸标注略有差异。主要差异：轨距控制尺寸标注位置不同，扣件在标准安装状态钢轨轨面到承轨台表面的高度略有差异：WJ-8型扣件：208 mm，300型扣件：210mm。为确认WJ-8型扣件与CRTS II型轨道板的打磨程序的匹配情况，2008年7月，在工管中心组织下制板场进行WJ-8型扣件与CRTS II型轨道板的匹配试验。试验时在轨道板打磨过程中未对打磨机内的任何程序和参数进行改动。试验结果： 扣件与承轨槽匹配。

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