轨道弹条高频疲劳断裂机理研究及优化

作     者：王安斌 高晓刚 肖俊恒 闫子权 WANG Anbin;GAO Xiaogang;XIAO Junheng;YAN Ziquan

作者机构：上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 

出 版 物：《铁道学报》 (Journal of the China Railway Society)

年 卷 期：2021年第43卷第9期

页      面：93-99页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：高速铁路轨道技术国家重点实验室开放基金(2017YJ093) 国家自然科学基金(U1834201) 

主　　题：轮轨波浪磨耗 高频振动 轮轨激励 扣件弹条 疲劳断裂 

摘      要：在高铁和地铁线路上最常见的轨道扣件是所谓的“蝶形弹条,这种弹条在使用过程中由于钢轨波浪或车轮多边形磨耗引起的高频激励而经常出现弹条断裂的情况,弹条断裂的主要原因之一是弹跟内弧面的应力集中。对弹条断裂现场的调查发现钢轨表面有明显的周期性波浪磨耗或运营车辆车轮存在周期性车轮多边形,表明导致弹条断裂的激励力和钢轨波浪磨耗或车轮多变形有关联。根据在线测量的波浪磨耗的波长、列车运行速度以及车辆轨道耦合系统的横向p-p频率,估算出由于波浪磨耗引入的激励力频率范围是400~800 Hz。通过对弹条动态特性的实验研究和理论分析,发现弹条两个主要模态频率在500、600 Hz与周期性波浪磨耗产生的高频激励频率相接近从而导致扣件弹条疲劳断裂。提出一种简单而有效的解决方案,以使共振频率远离激发范围。优化后的弹条应力响应能够降低了80%以上,主要模态频率提高了40%,达到了避免疲劳损坏的目的。