彈條耐1000萬次疲勞壽命技術報告

王曉謙 張磊

摘 要：重載線鋪設75 kg/m鋼軌，全部鋪設區間無縫線路和跨區間無縫線路;新II型混凝土枕，扣件為彈條II型扣件;軌下鋪設橡膠墊板。雙層道砟，但經過多年運營已分辨不出底砟，石砟多為石灰巖。隧道內有部分寬軌枕板地段，軌枕板下墊層粉化、板結。現場調查中有較多橡膠墊板竄出、壓潰、彈條未扣緊軌底和折斷、軌距擋板竄動現象，小半徑地段鋼軌磨耗、軌頭擺動較大。

關鍵詞：扣件;方案;計算結果分析

1 設計原則及主要設計參數

扣件設計考慮了大秦鐵路軸重大、運量大的特點，針對曲線地段扣件扣壓力、抗橫向力不足的缺點，進行扣件系統的優化改進。

1.1 主要設計原則

（1）扣件應滿足鐵路重載運輸要求;（2）與既有軌枕扣件配套使用;（3）制造方便、養護維修工作量少。

1.2 主要設計參數

（1）設計軸重：30 t;（2）每個彈條扣壓力≤13 kN;（3）彈條疲勞試驗 1 000 萬次通過。

2 結構方案比選

保持既有III型軌枕尺寸不變，僅更換彈條，增加彈條扣壓力;采用熱塑性彈性體墊板代替傳統溝槽型橡膠墊板，增加墊板壽命， 同時增加墊板剛度，以改善軌道系統受力狀態。

2.1 彈條設計方案簡述

模擬彈條扣壓作用過程進行了方案設計，分別為II型彈條既有方案、II 型彈條雙肢加寬到 155 mm方案、雙肢連通加寬到 155 mm方案、II型彈條加大半徑、雙肢加寬到 155 mm方案、前后端均加寬到 200 mm方案、前端加寬到200 mm，后端 99 mm等方案。? 如下圖：

2.2 計算模型及邊界條件

通過進行有限元實體建模，簡化約束及加載條件，以彈條彈程為位移荷載，與軌距擋板接觸前后端施加豎向、水平支撐。

2.3 計算結果應力云圖

（1）II型彈條加粗彈程 10 mm，直徑 14 mm：

（2）方案四彈程 11 mm，直徑 14 mm：

（3）方案五 彈程 14 mm，直徑 14 mm：

II型彈條直徑改為 14 mm時，扣壓力顯著提高，達到 13.92 kN，最大von- Mises屈服應力達到1 684 MPa。方案一、二 、三、四技術上無太大優勢。方案五受力合理，但對方案改動較大，需調整軌距擋板和擋板座尺寸。

2.4 單位質量的彈性能W

由于彈條的設計參數較多，在滿足設計要求的扣壓力、彈程、最大復合應力、疲勞強度的前提下，彈條組裝后相同應力水平下單位質量所儲存的能量W 可作為評價彈條設計合理性、經濟性的指標：

W =P△（ mσmax）

其中：P-扣壓力（kN）;△-彈程（mm）;m-彈條質量（kg）;σmax-彈條組裝后最大復合應力（MPa）。

3 結束語

軌道部件所存在的問題會直接影響軌道幾何形位的正確與否，對機車車輛的安全運行及設備的使用壽命和線路養護工作量起著決定性作用，工務部門 60% ～70%的工作量都是進行軌道幾何尺寸的整正。 特別是對于重載鐵路，養護維修工作量很大。

參考文獻：

[1]陳宜強.精準定位耐候耐鹽型 彈條Ⅲ型分開式扣件. 安徽省，安徽金星預應力工程技術有限公司，2017-09-25.