重载线路固定型合金钢组合辙叉受力研究.pdf

铁道建筑
2013年第4期
ray Rngineering
117
文章编号:1003-1995(2013)04-0117-04
重载线路固定型合金钢组合辙叉受力研究
萵品晶,王树国,王猛
(中国铁道科学研究院铁道建筑硏究所,北京100081)
摘要;固定型合金钢组合叉维修エ作量少,造价低,易安装,在我国重载线路上大量使用,但使用中出
现了轍叉翼轨和心轨件伤损严重的现象,直接影响了橄叉的使用寿命。目前固定型撤叉的通用设计方
法是在心轨薄弱断面让翼轨和心轨共同承受垂向荷载,保护心轨的薄弱断面,为验证翼轨和心轨承受垂
向荷载的适合比例,本文依据目前中国轮对尺寸和固定型撤叉主要尺寸计算轮轨垂直力在轍叉上的过
渡区间,并利用ProE、 Hypermesh、 Ansys W orkbench等有限元软件,单独分析了车轮与心轨、车轮与翼轨
在不同垂向荷載下的接触应力。分析结果表明目前设计的轮轨垂直力过渡值对于合金钢材质的心轨较
合理,但翼轨受力不合理,对结构优化提出了建议。
关键词:辙叉受力有限元仿真心轨加宽
中图分类号:U213.62文献标识码:AD01:10.3969/j.issn.1003-1995.2013.04.36
辙又是车轮由一股钢轨转移到另一股钢轨的轨道的关键部件,其结构特点和使用寿命直接影响了撤叉
结构,主要有可动心轨又和固定型辙叉,各有优缺的使用效果和质量,因此在设计辙叉时应重点考虑。
点。对我国在用的撤叉进行调研后发现虽然相比于可
磨耗车轮为锥形踏面,列车逆向进岔时,车轮
动心轨辙又,固定型辙叉存在轨距线不连续、易产生轨由翼轨滚向心轨时,车轮与翼轨接触点逐渐远离转向
道不平顺等缺点,但凭借维修工作量少,造价低,易安架中心,滚动半径逐渐变小,引起的后果是车轮逐渐下
装等优点在我国时速低于160km/h的既有线路和重降,同时转向架中心向着车轮滚动半径减小的一侧转
载线路上得到了大量应用2。目前,线路上使用的动。为了保持车轮中心在一个水平面上运动,翼轨需
固定型辙又主要有钢轨拼装、锰钢整铸、合金钢组合和要设置抬高。
合金钢拼装式结构,固定型合金钢组合辙又因加工简
2)对于心轨轨头宽20~50mm的薄弱断面,翼轨
单、成本低廉和寿命长等优点,被广泛采用。
需要和心轨共同承担机车车辆过岔时的轮轨力,心轨
1合金钢组合辙又现场应用状况
需要设置轨顶纵坡,保护薄弱断面,承受的垂向荷载应
在合理范围内。
我国的固定型合金钢组合辙叉自1997年研制并
3)设置护轨,保护心轨薄弱断面不受横向力水平
上道试验,至今有十余年运营经验。通过总重达到约冲击。
2亿t,其优越性能受到广大用户的欢迎。目前我国重
通过设置翼轨拎高值和心轨轨顶纵坡,使翼轨与
载线路的最大轴重为25t,撤又主要伤损类型为翼轨、心轨按照一定的百分比承受车轮垂向荷载。辙又应用
心轨的垂向磨耗及剥离掉块,部分辙叉翼轨在对应于心现状显示,心轨和翼轨的垂直磨耗一般同时出现在辙
轨尖端到心轨50mm宽断面区间内磨出一个三角坑,造叉垂直力过渡区间,对撤叉过渡区间垂直力进行计算,
成磨耗超限而下道,直接影响歡叉寿命。
分析合金钢组合辙叉在该区间内翼轨和心轨的受力。
2固定型合金钢组合辙叉设计
2.2辙又上轮轨垂直力过渡区计算
列车过岔时的车轮碾压面如图1所示。列车的车
2.1合金钢组装辙又设计思想
轮轮辋宽度,轮缘槽宽度和车轮与钢轨间的游隙影响
合金钢组装撤叉主要由翼轨、心轨、又跟轨、护轨、翼轨的承压面。由图1可以看出,逆向过岔时车轮逐
螺纹联结件和扣件系统组成,其中翼轨和心轨是辙叉渐脱离翼轨,翼轨承压面逐渐减小直至为0,形成三角
区。此三角区内翼轨承受过多荷载时,极易出现剥离
收稿日期:2012-12-10;修回日期:2013-01-20
掉块,顶面压溃,形成三角坑。
作者简介:葛晶(1981ー),女,天津人,助理研究员,硕士。
列车过岔时,车轮存在两个极限位置,分别为工况
铁道建筑
pril, 2013
b2=0时,翼轨不再承受垂向荷载,对应的心轨宽度
护轨冲
护轨平衷段
bm,=50mm;对应的心轨宽度b,mm=32m
做拟的
根据以上的计算可知,翼轨在心轨宽度32~62
nm区间范围内停止承受荷载。
3合金钢组合橄又应力分析
图1车轮碾压面
本节采用三维弹性接触有限元法分别对车轮与翼
轨的接触应力和车轮与心轨的接触应力进行仿真计
和工况2。
算,为心轨和翼轨受力的合理分配提供指导。
1)工况1。车轮轮背紧贴护轨运行,即图2所示A3.1仿真模型建立
点接触位置,此时翼轨承压宽度最大,为翼轨承载最有
采用ProE进行三维图形绘制, Hypermesh划分有
利位置。
限元网格和 Ansys W orkbench仿真计算。
2)工况2。车轮轮缘沿翼轨运行,即图2所示C
1.1计算模型概况
点接触位置,此时翼轨承压宽度最小,为翼轨承载最不
翼轨采用长度为600mm的标准75kg/m轨;心轨
利位置。
模型是截取一段长度600mm的12号合金钢组合辙
又用心轨;为了减少单元数量,在不影响分析的情况
下,截取1/6车轮进行分析,车轮踏面采用LMA磨耗
型踏面,如图3所示。
直
基本轨
护轨轨
心轨
翼轨
图2轮轨位置尺寸
目前中国轮对尺寸和固定撤叉主要尺寸及其养护
(a)车轮与翼轨轮轨接触(b)车轮与心轨接触
维修公差管理值有关参数3?参见表1
图3轮轨接触实体模型
表1新标准中规定的轮对尺寸及轨道资料mm
3.1.2计算参数的选取
参数
最大值名义尺寸最小值
有限元参数设置如下:钢轨弹性模量E=2.1x
轮背距
机车1354411353
10,泊松比以=0.3;轮轨间摩擦系数f=0.2,单元类
车辆13551353
1351
型为 Solid45,如图4所示。
车轮轮辋宽度H客车
140
货车
轨距S
14
435
1433
护轨轮缘槽平直段
辙叉轮緣槽2
46
(a)车轮与翼轨轮轨接触
(b)车轮与心轨轮執接触
根据表1中车辆和轨道的尺寸,计算列车位于工
图4网格划分示例
况1和工况2时翼轨和心轨的受力区间(假定车轮完3.1.3仿真分析计算工况
全脱离翼轨,护轨轮缘槽仍处于平直段,忽略车轮
约束条件为两端约東(轮载作用于跨中),垂向力
和钢轨尺寸测量基准不统一引起的误差)
作用于车轮轴槽内,限制车轮沿轨道纵向和横向的位
1)工况1的翼轨承压宽度bめ2=Hーb,-2-(S-7移,仅产生垂向位移。依据垂向力的大小设计不同的
-2),当b2=0时,翼轨不再承受垂向荷载,对应的心工况
轨宽度最大值bm,=62mm;对应的心轨宽度最小值
1)翼轨工况。翼轨仅承受来自车轮的垂向荷载。
b1m=34mm。
当车轮的垂向荷载全部作用于翼轨时,动荷载系数取
2)工况2的翼轨承压宽度ん2=Hーな2ーb1-1,当2.-0,单股钢轨受力250kN;设计工况时,将荷载大小

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