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高速铁路钢轨波磨高发区段弹条断裂机理研究

振动与冲击 2023年第23期42卷 267-275页

作者：周世祺崔晓璐杨冰西南交通大学牵引动力国家重点试验室成都610031 重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

我国高速铁路钢轨在长期应用中出现了大量波浪形磨耗(简称钢轨波磨),且在钢轨波磨高发区段伴随着大量扣件弹条的断裂问题,具有重大安全隐患。为探究我国高速铁路扣件弹条在钢轨波磨高发区段的断裂机理,首先现场调研掌握了广深高铁波磨... 详细信息

我国高速铁路钢轨在长期应用中出现了大量波浪形磨耗(简称钢轨波磨),且在钢轨波磨高发区段伴随着大量扣件弹条的断裂问题,具有重大安全隐患。为探究我国高速铁路扣件弹条在钢轨波磨高发区段的断裂机理,首先现场调研掌握了广深高铁波磨区段的弹条断裂情况,并构建了波磨高发区段的轮对-钢轨-扣件系统有限元模型;然后从共振特性角度,对比分析了波磨诱导的轮轨系统振动与扣件弹条的固有振动特性;进而从疲劳特性角度,基于线性累积损伤理论分析了扣件弹条的疲劳寿命;最后,从波磨特性与弹条扣压的角度,提出了相应的高速铁路钢轨波磨区段扣件弹条断裂的控制方法。研究结果表明:在钢轨波磨高发区段轮轨激励频率与安装状态下弹条的固有频率相近,由此产生的共振现象可能是导致弹条断裂的主要成因;轮轨激励造成的剧烈振动使弹条疲劳寿命急剧降低,计算寿命为39.5万次,明显低于设计寿命500万次的要求;通过控制钢轨波磨深度,保证弹条正常扣压的方法,均可以有效保证扣件弹条使用寿命。

关键词：高速铁路弹条断裂钢轨波磨共振特性疲劳特性

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高速铁路SKL15扣件弹条断裂原因分析

哈尔滨工业大学学报 2023年第3期55卷 10-19页

作者：杨新文张英杰刘姝彤王小华上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室(同济大学) 上海201804 道路与交通工程教育部重点实验室(同济大学) 上海201804 中国铁路上海局集团有限公司合肥工务段合肥230031

为了分析高速铁路运营线路扣件弹条断裂原因,以SKL15型弹条为研究对象,采用现场测试与仿真分析相结合的方法进行研究。首先,现场调查线路的波磨情况与弹条的振动响应特性;其次,建立扣件系统有限元模型,分析弹条在自由状态和安装状态下... 详细信息

为了分析高速铁路运营线路扣件弹条断裂原因,以SKL15型弹条为研究对象,采用现场测试与仿真分析相结合的方法进行研究。首先,现场调查线路的波磨情况与弹条的振动响应特性;其次,建立扣件系统有限元模型,分析弹条在自由状态和安装状态下的模态特征,并进行基于模态叠加法的谐响应分析,通过对比现场测试结果和仿真结果,证明模型的可靠性;最后,结合测试结果和线路运营情况,分析造成弹条断裂的原因并提出整治措施。结果表明:造成弹条断裂的主要原因是列车以120 km/h的时速通过显著波长为50~60 mm的波磨区段时所激发的载荷频率与安装状态下的弹条模态频率(550~650 Hz)十分接近,从而引起弹条强烈的共振作用,导致弹条跟端应力显著增大,最终引发疲劳损伤。针对这一原因,提出了如钢轨打磨、列车调速、弹条结构优化等一系列解决方法。

关键词：高速铁路弹条断裂波磨频响分析模态分析共振

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钢轨波磨区段科隆蛋扣件弹条断裂机理

西南交通大学学报 2023年

作者：崔晓璐彭双千徐佳钟建科祁亚运重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆市轨道交通(集团)有限公司

钢轨波磨作为地铁线路的典型钢轨损伤形式，其高发区段常伴随着扣件弹条断裂的问题，严重影响列车的运营安全。其中，科隆蛋扣件小半径区段是钢轨波磨的高发区段，本文结合该区段现场调研和数值仿真开展了钢轨波磨高发区段科隆蛋扣件弹... 详细信息

钢轨波磨作为地铁线路的典型钢轨损伤形式，其高发区段常伴随着扣件弹条断裂的问题，严重影响列车的运营安全。其中，科隆蛋扣件小半径区段是钢轨波磨的高发区段，本文结合该区段现场调研和数值仿真开展了钢轨波磨高发区段科隆蛋扣件弹条的断裂机理研究。首先，结合现场调研，构建了包含完整科隆蛋扣件的轮对-钢轨-扣件系统有限元模型。然后，从共振响应的角度探究了轮轨摩擦耦合振动激励下科隆蛋扣件弹条的共振响应。最后，从疲劳寿命角度，对比了有无波磨区段科隆蛋扣件弹条的疲劳寿命情况，并以此量化和对比了不同弹条的疲劳损伤情况。研究结果表明：在钢轨波磨高发区段，轮轨摩擦耦合振动主频与科隆蛋扣件弹条一阶约束模态一致，轮轨摩擦耦合振动引起的弹条共振是科隆蛋扣件断裂的主要原因；钢轨波磨加剧了轮轨摩擦耦合振动，使得科隆蛋扣件弹条寿命相较无波磨区段下降了99.04%，仅为设计寿命的3.11%；此外，科隆蛋扣件小半径曲线区段低轨工作边一侧的弹条更容易发生疲劳失效，失效位置位于其弹条后拱端内侧。

关键词：钢轨波磨轮轨摩擦耦合振动弹条断裂共振响应疲劳失效

双非减振扣件区段钢轨波磨诱导弹条断裂机理和控制方法

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西南交通大学学报 2024年

作者：崔晓璐万久渝彭双千李想张洪伟柳宁钟建科重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆市轨道交通(集团)有限公司

为研究地铁双层非线性减振扣件区段钢轨波磨诱导的弹条断裂问题并对其断裂控制进行探究，以典型的GJ-Ⅲ型双层非线性减振扣件为研究对象，结合现场调研和数值仿真，对该区段扣件弹条的断裂诱因及其影响因素进行分析。首先，构建了含有... 详细信息

为研究地铁双层非线性减振扣件区段钢轨波磨诱导的弹条断裂问题并对其断裂控制进行探究，以典型的GJ-Ⅲ型双层非线性减振扣件为研究对象，结合现场调研和数值仿真，对该区段扣件弹条的断裂诱因及其影响因素进行分析。首先，构建了含有钢轨波磨的轮对-钢轨-扣件系统有限元模型；然后，采用瞬时动态分析方法从共振响应角度探究了钢轨波磨区段扣件弹条的断裂诱因；接着，通过疲劳累计损伤理论从疲劳特性角度对比研究了低轨两侧弹条在有无波磨情况下的疲劳寿命；最后，进行参数化分析探究了钢轨波磨外在激励和扣件部件内在特性对弹条疲劳寿命的影响规律。结果表明：钢轨波磨诱导的高频激励导致了GJ-Ⅲ型扣件弹条共振，是弹条断裂的主要诱因；钢轨波磨加剧了轮轨系统的振动响应，降低了弹条的使用寿命且对低轨外侧弹条影响更为严重，使其疲劳寿命降低至2.18×105次，仅为弹条设计寿命的4.36%；钢轨波磨外在激励方面，波磨波深的减小和波磨波长的增加会使弹条疲劳寿命有所增加，且当波磨波长在40 mm以上时，其疲劳寿命提升较大；扣件部件内在特性方面，减小弹条弹性模量，增加弹条泊松比、橡胶垫板泊松比和弹性模量，能一定程度上减少弹条的疲劳损伤，进而缓解钢轨波磨区段扣件弹条的断裂现象。

关键词：钢轨波磨弹条断裂 GJ-Ⅲ型扣件共振响应疲劳失效

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Ⅲ型弹条断裂原因分析

铁道建筑 2019年第4期59卷 135-138页

作者：杨程亮李承亮中国铁道科学研究院研究生部北京100081 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

针对一地铁线DT-Ⅲ型扣件弹条断裂情况进行统计和分析,发现弹条断裂主要集中在曲线地段钢轨波磨处。利用有限元方法建立数值模型,分析了弹条安装状态下的模态特征,对弹条在实际工作状态下的振动特性进行了测试分析,并与现场动力学试验... 详细信息

针对一地铁线DT-Ⅲ型扣件弹条断裂情况进行统计和分析,发现弹条断裂主要集中在曲线地段钢轨波磨处。利用有限元方法建立数值模型,分析了弹条安装状态下的模态特征,对弹条在实际工作状态下的振动特性进行了测试分析,并与现场动力学试验结果进行了对比。研究结果表明,当轮轨力激励频率与弹条固有频率接近或一致时,将会引起弹条的共振效应,从而导致弹条断裂。

关键词：地铁 DT-Ⅲ型扣件数值模拟现场试验弹条断裂模态分析振动特性

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DT-Ⅲ型扣件弹条断裂原因分析

DT-Ⅲ型扣件弹条断裂原因分析

作者：杨程亮中国铁道科学研究院

学位级别：硕士

扣件系统中的各零部件均发挥着不可替代的重要功能,由于扣件中零部件的制造精度要求较高,故其对安装和使用环境的要求也较为严格。在列车高速运行的轨道上,扣件零部件的破坏和失效均会使扣件整体功能下降,行车的安全也将受到影响。从201... 详细信息

扣件系统中的各零部件均发挥着不可替代的重要功能,由于扣件中零部件的制造精度要求较高,故其对安装和使用环境的要求也较为严格。在列车高速运行的轨道上,扣件零部件的破坏和失效均会使扣件整体功能下降,行车的安全也将受到影响。从2017年1月份至7月26日,深圳市城市轨道交通1 1号线共发现弹条断裂221个,伤损比例约为0.62‰,并且呈现非连续性断裂。其中有钢轨波磨地段伤损的弹条有200个,约占伤损总数的90.4%;无钢轨波磨地段伤损的弹条有21个,约占伤损总数的9.6%。弹条在扣件系统中占有重要比重,扣件系统的主要功能需靠其完成,但是弹条在使用的过程中经常会出现断裂失效现象,从而导致轮轨的作用力加剧,加速车辆和轨道各部件的破坏,严重影响行车安全。为实现列车安全、平稳运行的目的,对现场出现的弹条断裂问题进行研究是非常有必要的。一定行车区段产生的钢轨波磨或车轮多边形具有相对恒定的波长,其与列车相对固定的运行速度共同决定了轮轨间剧烈的相互作用相对集中在某一频率范围内。同时由于列车轴重相对较大、车速较高,这就导致轮轨相互作用产生的振动荷载在该频率范围内具有极高的能量,并会通过钢轨传至扣压在轨底的弹条上。此时,若振动荷载的频率与弹条组装状态下的固有频率接近会引起弹条的共振,从而导致弹条的断裂。本论文以深圳地铁11号线DT-Ⅲ型扣件弹条为研究对象,通过NX软件建立数值仿真计算模型,在非线性接触理论的基础上,以有限元的方法真实模拟Ⅲ型弹条在扣件系统中的实际工作状态,理论分析了弹条在自由状态和安装状态下的模态特征,并且分析了弹条在制造误差下(自由状态和组装状态)的模态特征,最后对弹条在实际工作状态下的振动特性进行了测试分析。理论分析和试验分析结果相互印证,并提出了一些相关的建议和预防措施。主要结论如下:(1)弹条在组装状态下,激励的施加选用锤击法,若为室内试验,则激光传感器和声压传感器是首选的拾振设备;若为现场试验,宣选用加速度传感器。(2)在自由状态下,Ⅲ型弹条在0～2000Hz范围内具有四阶模态。在组装状态下,Ⅲ型弹条在0～2000Hz范围内具有两阶模态。(3)在制造公差范围内,无论是自由状态还是组装状态下,Ⅲ型弹条同阶次的模态频率随前拱大圆弧拱高H1、后拱小圆弧拱高H2和长度L的增大而减小,随中肢与趾端宽度D、直径Φ的增大而增大。(4)组装状态下,Ⅲ型弹条同阶次的模态频率与中肢插入铁垫板长度呈负相关。(5)Ⅲ型弹条在正常组装状态下的敏感频率范围:706.70～798.08Hz。(6)根据试验段波磨以30mm～50mm为主,弹条敏感频率最小706Hz,为避免引起弹条共振,建议列车行驶速度不大于75km/h。(7)当轮轨力激励频率与弹条固有频率接近或一致时,将会引起弹条的共振效应,弹条振动能量急剧增大,从而导致弹条断裂。

关键词：地铁 DT-Ⅲ型扣件弹条断裂模态分析振动特性

城市轨道交通运营线路弹条断裂原因浅析及应对措施研究

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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2022年第4期 150-153页

作者：唐雅琦重庆市轨道交通(集团)有限公司重庆401120

随着现代经济高速发展,乘坐城市轨道交通已成为人们通勤出行最主要的交通方式。尤其针对人流密集的一、二线城市主要交通运营线路,每天承载着巨大的交通客运流量,随之而来的是高负荷运载导致地铁钢轨减震扣件疲劳破坏。其中,弹条最为扣... 详细信息

随着现代经济高速发展,乘坐城市轨道交通已成为人们通勤出行最主要的交通方式。尤其针对人流密集的一、二线城市主要交通运营线路,每天承载着巨大的交通客运流量,随之而来的是高负荷运载导致地铁钢轨减震扣件疲劳破坏。其中,弹条最为扣件系统中最易发生疲劳破坏的构件,其使用情况及工作状态对城市轨道交通安全运营将产生的最直接的影响。本文通过对DTⅥ2型扣件进行断裂原因分析,并针其断裂失效机理提出切实可行的应对措施。

关键词：轨道交通弹条断裂振动疲劳破坏 DTⅥ2型扣件

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地铁轨道弹条断裂原因分析及防治措施研究

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 2023年第9期 41-44页

作者：傅强谢权威席洲佛山市地铁运营有限公司广东佛山528000

针对某地铁地下线DT-Ⅲ型扣件系统“E”型常阻力弹条过早断裂情况,统计了现场弹条断裂规律,分析了弹条在实际安装工况下的受力和振动特性,讨论了不同安装情况对弹条断裂的影响。研究结果表明:引起弹条过早断裂的主要原因为钢轨轨面短波... 详细信息

针对某地铁地下线DT-Ⅲ型扣件系统“E”型常阻力弹条过早断裂情况,统计了现场弹条断裂规律,分析了弹条在实际安装工况下的受力和振动特性,讨论了不同安装情况对弹条断裂的影响。研究结果表明:引起弹条过早断裂的主要原因为钢轨轨面短波波磨,短波波磨区段轮轨相互作用产生的振动荷载在峰值频率范围内具有极高能量,当荷载振动加速度频率与弹条组装状态下的固有频率接近将会引起弹条的共振,对弹条输入较大能量导致断裂,弹条的不规范安装也是引起弹条断裂的重要原因。最后基于弹条断裂原因出具了可操作性防治措施,提出延缓曲线波磨滋生、构建设备全方位维护方法,从而达到有效控制弹条断裂,保障运营安全的目的。

关键词： “E”型常阻力弹条弹条断裂短波波磨共振

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地铁DTⅥ2扣件弹条力学特性及断裂研究

中南大学学报（自然科学版） 2019年第11期50卷 2813-2822页

作者：陈宪麦屈郑嘉陈文韬管吉波李岳涛中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中国铁路设计集团有限公司天津300142 深圳市地铁运营集团有限公司广东深圳518035

为分析DTⅥ2扣件弹条的力学性能,基于大型计算程序ABAQUS,建立扣件弹条有限元模型,并验证模型可靠性。研究结果表明:弹条应力产生的最大区域为弹条小圆弧内侧及跟端下侧与铁垫板接触部分,此区域易产生较大塑性变形、萌生裂纹并不断发展... 详细信息

为分析DTⅥ2扣件弹条的力学性能,基于大型计算程序ABAQUS,建立扣件弹条有限元模型,并验证模型可靠性。研究结果表明:弹条应力产生的最大区域为弹条小圆弧内侧及跟端下侧与铁垫板接触部分,此区域易产生较大塑性变形、萌生裂纹并不断发展,在安装和养护维修过程中应加以关注;安装状态、摩擦因数和温度对扣压力影响相对较小,弹程对扣件弹条扣压力和最大等效应力影响较大;弹条特征部位的最大等效应力和垂向加速度在782~934,1 160~1 270和1 620~1 700 Hz频率范围出现3个明显的峰值,表明在这些频率下弹条易突然发生断裂。

关键词： DTⅥ2扣件力学性能弹条断裂