高絕緣耐腐蝕Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)試驗(yàn)研究

林紅松，顏華，郟保琪

（1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031；2.寧波曙翔新材料股份有限公司，浙江寧波315100）

高絕緣耐腐蝕Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)試驗(yàn)研究

林紅松1，顏華1，郟保琪2

（1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031；2.寧波曙翔新材料股份有限公司，浙江寧波315100）

基于新材料技術(shù)，研發(fā)了一種高絕緣耐腐蝕Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)，同時(shí)開(kāi)展了扣件系統(tǒng)縱向阻力、扣壓力、絕緣性能等系列測(cè)試，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試鋪應(yīng)用。測(cè)試結(jié)果表明:扣件系統(tǒng)縱向阻力和扣壓力分別為16.17，21.1 kN；300萬(wàn)次組裝疲勞試驗(yàn)后，扣件系統(tǒng)靜剛度、扣壓力、縱向阻力、軌距變化均滿足要求；兩軌間電阻達(dá)10.6 Ω·km?，F(xiàn)場(chǎng)試鋪應(yīng)用結(jié)果表明:該扣件系統(tǒng)顯著提高了道床漏泄電阻，大幅降低螺栓日常涂油作業(yè)，減少扣件系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修工作量。

有砟軌道；扣件系統(tǒng)；絕緣性能；防腐；試驗(yàn)研究

彈條Ⅱ型扣件系統(tǒng)為帶擋肩有螺栓扣件，在我國(guó)普速鐵路有砟軌道線路中得到了廣泛應(yīng)用。然而在彈條Ⅱ型扣件使用過(guò)程中，不同程度出現(xiàn)了軌距擋板磨損、道釘銹蝕、軌下墊板壓潰、絕緣性能降低等典型病害。目前，根據(jù)部件功能和特點(diǎn)，復(fù)合材料在扣件系統(tǒng)中已得到了一定范圍的應(yīng)用，如彈條V型、WJ-8型扣件軌距擋板均采用玻纖增強(qiáng)聚酰胺66，預(yù)埋套管也采用玻纖增強(qiáng)聚酰胺66或高密度聚乙烯HDPE；W300-1型扣件彈性墊板采用了聚氨酯或三元乙丙橡膠發(fā)泡材料。為提高彈條Ⅱ型扣件的絕緣性、耐久性等綜合性能，本文基于新材料技術(shù)，研究提出了高絕緣耐腐蝕Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)，同時(shí)為驗(yàn)證Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)的綜合性能，對(duì)Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)縱向阻力、扣壓力、垂向剛度、絕緣性能等進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，并開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試鋪應(yīng)用。

1?、蛐蛷棗l新型扣件系統(tǒng)

Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成與原彈條Ⅱ型扣件系統(tǒng)相同，由彈條、軌距擋板、擋板座、軌下墊板、道釘?shù)冉M成，采用ω型彈條、螺旋道釘將鋼軌扣壓在軌枕上，螺旋道釘錨固于軌枕上，如圖1所示。

針對(duì)彈條Ⅱ型扣件的應(yīng)用情況及其主要病害，軌距擋板、擋板座、軌下墊板、螺旋道釘、螺母采用新材料，而彈條保持不變，Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)與原彈條Ⅱ型扣件系統(tǒng)的材料對(duì)比見(jiàn)表1。

根據(jù)我國(guó)有砟軌道技術(shù)要求，適用CHN60軌的Ⅱ型彈條新型扣件的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

圖1?、蛐蛷棗l新型扣件系統(tǒng)

表1　扣件系統(tǒng)對(duì)比

表2　Ⅱ型彈條新型扣件主要技術(shù)參數(shù)

2　Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1室內(nèi)試驗(yàn)

對(duì)Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)開(kāi)展的試驗(yàn)主要包括縱向阻力、扣壓力、垂向靜剛度、動(dòng)態(tài)軌距擴(kuò)大量、絕緣性能等指標(biāo)，并開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試鋪應(yīng)用驗(yàn)證。由于軌距擋板采用樹(shù)脂基復(fù)合材料，螺旋道釘及螺母采用鋁基合金材料，均為非銹蝕材料，具有固有的優(yōu)異防腐能力，因此不需開(kāi)展鹽霧試驗(yàn)。

2.1.1縱向阻力

將扣件系統(tǒng)扣壓鋼軌，采用液壓千斤頂（量程100 kN，精度0.1 kN）對(duì)鋼軌一端施加縱向力，采用百分表（量程30 mm，精度0.01 mm）測(cè)量鋼軌另一端的縱向位移，如圖2所示。典型的縱向阻力-相對(duì)位移關(guān)系曲線如圖3所示。圖中D1為最大縱向位移，D2為殘余縱向位移，D3為彈性縱向位移?？奂到y(tǒng)3組縱向阻力均值為16.17 kN，滿足Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)技術(shù)要求。

圖2　縱向阻力測(cè)試裝置

圖3　縱向阻力-相對(duì)位移關(guān)系曲線

2.1.2扣壓力

將扣件系統(tǒng)固定在工裝上，采用液壓千斤頂（量程100 kN，精度0.1 kN）對(duì)鋼軌施加向上拉力，采用百分表（量程30 mm，精度0.01 mm）測(cè)量鋼軌相對(duì)于工裝的豎向位移。當(dāng)軌下墊板恰好能被移除時(shí)，對(duì)應(yīng)的拉伸荷載為P，移除軌下墊板后卸載至0.9P，再加載至1.1P，鋼軌位移為0時(shí)對(duì)應(yīng)的拉伸力即為扣壓力，典型的荷載-位移關(guān)系曲線如圖4所示?？奂到y(tǒng)3組扣壓力均值為21.1 kN，滿足Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)技術(shù)要求。

圖4　扣件扣壓力測(cè)試荷載-位移關(guān)系曲線

2.1.3扣件系統(tǒng)疲勞試驗(yàn)

采用加力架對(duì)一根軌枕上2組扣件同時(shí)加載，鋼軌加力架水平傾角45°；采用FCS0118四通道電液伺服協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)進(jìn)行加載，加載頻率4 Hz，共300萬(wàn)次。疲勞試驗(yàn)前后，分別測(cè)試扣件系統(tǒng)的靜剛度、縱向阻力、扣壓力和軌距，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　扣件疲勞試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，疲勞試驗(yàn)前后的扣件系統(tǒng)剛度、縱向阻力和扣壓力均滿足表2的技術(shù)要求，且疲勞前后指標(biāo)變化率及軌距變化率也滿足限值要求。

2.1.4扣件系統(tǒng)絕緣性能

既有彈條Ⅱ型扣件系統(tǒng)在使用過(guò)程中出現(xiàn)了軌距擋板銹蝕、扣件系統(tǒng)及道床臟污等現(xiàn)象，從而引起道床漏泄電阻降低，出現(xiàn)“紅光帶”，部分地段道床漏泄電阻最小僅為0.3 Ω·km。為此，Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)采用樹(shù)脂基復(fù)合材料的軌距擋板。為驗(yàn)證扣件系統(tǒng)的絕緣性能，將2根短鋼軌固定于同一軌枕上，開(kāi)展噴淋條件下的兩軌間電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。測(cè)試結(jié)果表明：在干態(tài)情況下，兩軌間扣件電阻值為3.8 MΩ；濕態(tài)情況下，修正后的兩軌間扣件絕緣電阻為10.6 Ω·km，具有優(yōu)異的絕緣性能。

表4　新型彈條Ⅱ型扣件系統(tǒng)電阻

2.1.5螺旋道釘抗拔力試驗(yàn)

為驗(yàn)證鋁基合金螺旋道釘?shù)目拱涡阅埽捎靡簤呵Ы镯敚砍?00 kN，精度0.1 kN）對(duì)螺旋道釘施加拉力，以（50±10）kN/min的加載速率施加荷載至60 kN，然后保持3 min，在無(wú)振動(dòng)情況下卸載，觀察螺旋道釘周圍是否存在裂縫。螺旋道釘抗拔力試驗(yàn)表明，螺旋道釘周圍未發(fā)現(xiàn)裂縫，滿足要求。

2.2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為驗(yàn)證Ⅱ型彈條新型扣件的綜合性能，在既有線鐵路進(jìn)行了試鋪應(yīng)用。試鋪應(yīng)用情況表明：Ⅱ型彈條新型扣件各部件狀態(tài)良好，樹(shù)脂基軌距擋板未出現(xiàn)破損，鋁基合金螺旋道釘未出現(xiàn)銹蝕，軌下墊板也未出現(xiàn)破損及壓潰；采用彈條Ⅱ型扣件系統(tǒng)綜合性能提升措施后，能明顯提高扣件系統(tǒng)的使用壽命，大幅降低螺栓日常涂油工作，減少養(yǎng)護(hù)維修工作量。

3　結(jié)論

為提升彈條Ⅱ型扣件系統(tǒng)絕緣、防腐等綜合使用性能，基于新材料研究提出了高絕緣耐腐蝕Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)，并對(duì)扣件系統(tǒng)的縱向阻力、扣壓力、絕緣性能、疲勞前后軌距、抗拔力等開(kāi)展系統(tǒng)測(cè)試，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試鋪應(yīng)用。研究結(jié)果表明：

1）Ⅱ型彈條新型扣件系統(tǒng)軌距擋板采用樹(shù)脂基復(fù)合材料，濕態(tài)情況下兩軌間絕緣電阻為10.6 Ω·km，顯著提高了扣件系統(tǒng)的絕緣性能；采用鋁基合金螺旋道釘，避免了銹蝕問(wèn)題。

2）扣件系統(tǒng)縱向阻力為16.17 kN，夾緊力為21.1 kN；300萬(wàn)次疲勞試驗(yàn)后，靜剛度、縱向阻力、夾緊力及軌距分別變化10.2%，1.3%，6.2%和1 mm；螺旋道釘抗拉力滿足要求。

3）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試鋪應(yīng)用，Ⅱ型彈條新型扣件各部件狀態(tài)良好，且顯著提高了道床漏泄電阻，大幅降低螺栓日常涂油工作，減少扣件系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修工作；可以為有砟軌道扣件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。

［1］盧祖文.我國(guó)鐵路的鋼軌扣件［J］.中國(guó)鐵路，2005（7）：25-27.

［2］于春華.鐵路鋼軌扣件發(fā)展綜述［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006（增）：188-191.

［3］王其昌.無(wú)碴軌道鋼軌扣件［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2006.

［4］李煒紅.高速鐵路有碴軌道的扣件選擇［J］.鐵道建筑，2002（9）：15-18.

［5］潘自立，顏華，楊吉忠.委內(nèi)瑞拉北部鐵路用WT-1型扣件系統(tǒng)試驗(yàn)研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2014（6）：35-38，55.

［6］British Standards Institution.EN 13146Railway Application-Track-Test Methods for Fastening Systems［S］.London：British Standards Institution，2002.

［7］中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.渝懷線道床漏泄電阻現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試報(bào)告［R］.成都：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2010.

（責(zé)任審編孟慶伶）

Experimental Study on NewⅡ-type Elastic Bar Fastening System with High Insulation and Excellent Rust-resistance

LIN Hongsong1，YAN Hua1，JIA Baoqi2
（1.China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu Sichuan 610031，China；2.Ningbo Shuxiang New Material Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315100，China）

Based on new material technology，a newⅡ-type elastic bar fastening system with high insulation and excellent rust-resistance was proposed.In order to validate the new fastening system performance，a series of laboratory tests including longitudinal resistance，clamping force and insulation performance of fastening system were carried out and the field trial laying experiments were implemented.Research results show that the longitudinal resistance and clamping force are 16.17 kN and 21.1 kN respectively，the static stiffness，clamping force，longitudinal resistance and track gauge change of fastening system could meet the requirements after 3 million times of fatigue tests，the electrical resistance of the fastening system between two rails is up to 10.6 Ω·km，this new fastening system significantly improves the leakage resistance of ballast bed and greatly reduces the daily bolt oiling work and maintenance and repair work of fastening system.

Ballast track；Fastening system；Insulation performance；Rust resistance；Experimental study

U213.5+3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.10.29

1003-1995（2016）10-0109-03

2016-04-25；

2016-07-28

林紅松（1982—），男，高級(jí)工程師，博士。