京沪高速铁路调节器尖轨轨型选择的研究-

1、铁 道 建 筑Railway EngineeringDecember,2006文章编号:1003 1995(200612 0078 03京沪高速铁路调节器尖轨轨型选择的研究马战国,李 伟(铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京 100081摘要:对比了C HN60AT 钢轨和60D40钢轨的强度、适用范围、轨型尺寸和长度、尺寸允许偏差和平直度、供货技术条件、检验规则等方面存在的差异。建议京沪高速铁路调节器尖轨采用C HN60AT 钢轨。关键词:高速铁路 调节器 尖轨轨型 强度中图分类号:U213 9+3 文献标识码:B在京沪高速铁路大跨度桥梁上使用的钢轨伸缩调节器基本轨采用中国60kg m 钢轨,

2、基本轨轨底坡为1 401。调节器的尖轨采用AT 轨加工,本文结合调节器结构特点,分析了不同断面类型的AT 轨对尖轨强度的影响,比较了CHN60AT 钢轨和60D40钢轨的性能。1 国内外AT 轨比较1 1 国外调节器尖轨轨型 德国SA 340B 型调节器尖轨采用Vol 60型钢轨加工制造,Vol 60主要用于固定辙叉的心轨和调节器。德国B WG 公司设计的伸缩量较大的调节器尖轨采用Zul 60型钢轨加工制造2,Zul 60型钢轨用于道岔尖轨和调节器尖轨,Zul 60钢轨轨底宽度为140mm,轨高134mm,轨腰厚度为44mm,轨头宽度为72mm 。日本新干线调节器尖轨采用80S 或90S 型钢

3、轨加工制造。日本80S 型钢轨轨底宽度145mm,轨高159mm,轨腰厚度为40mm,轨头宽度为65 8mm 。90S 型钢轨的轨头宽度为65mm,90S 钢轨截面面积明显大于80S 截面面积。80S 型钢轨为对称截面,制造尖轨时非工作边轨底的刨切量较大,90S 为对称截面,制造尖轨时非工作边轨头和轨底的刨切量更大1。1 2 国内调节器尖轨轨型我国既有线和秦沈客运专线调节器尖轨采用CHN60AT 轨,目前与60kg m 钢轨相配合的尖轨主要有两种,即CHN60AT 钢轨和60D40钢轨,相对应的技术标准为: AT 钢轨!(TB T 31092005(以下简称#60AT 标准, 客运专线60AT

4、 钢轨暂行技术条件!(以下简称#60D40标准。60AT 标准适用于设计和制造速度为200km h 及以下客货共线铁路50kg m 、60kg m(及以上轨型的道岔尖轨、可动心轨辙叉的心轨和翼轨、钢轨伸缩调节器的尖轨等部件AT 轨的坯料。60D40技术条件适用于250km h 和350km h 客运专线铁路道岔用60AT 热轧钢轨。客运专线道岔尖轨选用60D40钢轨5。CHN60AT 钢轨断面尺寸见图13,60D40钢轨断面尺寸见图26。图1 C HN60AT 钢轨断面尺寸(单位:mm1 3 AT 轨几何参数对比我国的C HN60AT 轨、60D40钢轨,德国的Zul 60轨以及日本的90S

5、钢轨四种轨型的主要几何参数见表1。60D40和Zul 60的x 轴惯性矩较C HN60AT 分别降低了20%和30%,90S 轨x 轴惯性矩则较C HN60AT 轨增加了15 3%。C HN60AT 截面面积、单位质量、高度、惯性矩均大于60D40和Zul 60轨型。78 图2 60D40钢轨断面尺寸(单位:mm表1 AT 轨几何参数轨型CHN60AT 60D40Zul-6090S 截面面积 cm 21048993126 9单位重量 (kg m82707399 6与基本轨高差 mm 24%34%38&15x 轴惯性矩I x cm 42539204017282928注:%指与中国标准60kg m

6、 钢轨的高差,60kg m 钢轨高度为176mm;&指与UIC60钢轨的高差,UIC60钢轨高度为172mm;指与日本60kg m 钢轨的高差,60kg m 钢轨高度为174mm 。2 AT 尖轨强度分析在AT 轨强度分析中分别计算高速客车和货车作用下,C HN60AT 轨、60D40轨轨底钢轨应力、枕上压力和钢轨位移,计算采用连续弹性梁理论,选择准静态计算模型。2 1 客车作用下AT 轨强度计算客车轮载和轮距采用德国高速客车ICE3动车,参数见图3。钢轨支点弹性系数:D =500kN cm;轨枕间距a =60cm;钢轨基础弹性系数u =D a =8 33kN cm 2;高速 图3 客车轮载和

7、轮距(单位:cm铁路客车运行速度按300km h 计算,速度系数取2 0,横向水平力系数取1 25。客车作用下A T 钢轨的强度和位移汇总见表2。在350km h 高速条件下,C HN60AT钢轨、60D40钢轨的强度和位移均能满足要求,钢轨强度均在容许范围之内4,但60D40钢轨的强度和位移均大于C HN60AT 钢轨,钢轨轨底应力增加约11 11%。表2 高速客车条件下AT 钢轨强度和位移轨型及参数增量CHN60AT 轨60D40AT轨60D40AT 轨比C HN60A T 的增加值 %轨底动应力 MPa 135 12150 1311 11轨头动应力 MPa177 48198 7912 0

8、0枕上压力 kN 97 185103 3056 29钢轨动位移 cm0 19440 20676 332 2 货车作用下AT 轨强度计算货车轮载和轮距采用DF4,参数见图4,以图中第3个轮载的作用位置作为计算断面。250kN 轴重货车运行速度按120km h 计算,横向水平力系数取1 25,计算轨底动弯应力时,速度系数取0 96,计算枕上压力、钢轨位移时,速度系数取0 72。货车作用下AT 钢轨的强度和位移汇总见表3。在货车运行条件下,CHN60AT 钢轨、60D40钢轨的强度和位移均能满足要求,钢轨强度均在容许范围之内,但60D40钢轨的强度和位移均大于C HN60AT 钢轨,钢轨轨底应力增加

9、约12 08%。计算结果表明,在各种运行条件下,C HN60AT 钢轨、60D40钢轨的强度均满足要求,C HN60AT 钢轨的强度和位移明显小于60D40钢轨的强度和位移。图4 货车轮载和轮距(单位:cm2.3 CHN60AT 轨和60D40轨的主要区别我国目前与60kg m 钢轨相配合的尖轨主要有CHN60AT 钢轨和60D40钢轨,CHN60AT 钢轨用于速度为200km h 及以下铁路,60D40钢轨用于250km h 和350km h 客运专线铁路。两种尖轨轨型所采用的技术标准有明显的区别,主要有:792006年第12期京沪高速铁路调节器尖轨轨型选择的研究表3 货车运行条件下AT钢轨

10、强度和位移轨型及参数增量CHN60AT轨60D40AT轨60D40AT轨比C HN60AT的增加值 %轨底动应力 MPa127 570142 98012 08轨头动应力 MPa167 580189 31012 97枕上压力 k N89 67693 9904 81钢轨动位移 cm0 1790 1874 471适用范围不同。C HN60AT钢轨用于速度为200 km h及以下铁路,而60D40钢轨用于250km h和350 km h客运专线铁路。2C HN60AT轨的定尺长度为25m。60D40钢轨标准轨定尺长度为60m或供需双方协议的其他长度。60D40钢轨采用1 40轨底坡,60D40的x轴惯

11、性矩较CHN60AT分别降低了20%。CHN60AT截面面积、单位重量、高度、惯性矩均大于60D40轨型。3钢轨断面、端面及长度允许偏差区别如表4。60D40标准分别对A T轨的轨端01 5m部位、距轨端1 2 5m部位、轨身(除去轨端01 5m外的其他部分以及钢轨全长的平直度和扭曲作了详细的规定,而60A T标准规定了端部弯曲(距轨端1m内、轨身弯曲(除两轨端各1m外、全长扭转的允许值,可见两标准对平直度和扭曲规定的检测部位和允许值有明显差异。表4 C HN60A轨和60D40轨尺寸允许偏差区别mm轨 型C HN60AT60D40钢轨高度(0 6(0 5轨头宽度(0 5(0 5轨头顶部断面(

12、0 6轨腰厚度+1 0-0 5(0 7轨底宽度(2 0(1 0轨底两肢边缘高度+0 75-0 5+0 75-0 5轨底凹陷0 40 3端面斜度(垂直、水平方向1 00 6轨头部位垂直中心轴对轨底的偏离0 5轨头中心线与轨腰侧面的距离0 5轨底两侧至轨头中心线的距离(1 0(1 0长度(环境温度20时(10(30 4两标准规定的AT钢轨的技术性能和指标不同,对AT钢轨的的检验项目、检验频次、取样部位、试验方法以及允许值都有差异。60D40标准规定了表面显微组织损伤、轨底面自动检测、轨底残余应力、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率、试样疲劳等。5两标准的检验规则、标志和质量证明书也有差别。60D40标准对

13、型式试验、验收检验的内容、频次、规则等作了明确的规定。如60D40标准规定#供方至少每隔5年和在生产过程中发生重大变化时,进行一次型式试验。每隔2年还要加做一次残余应力检验。3 结语在京沪高速铁路调节器尖轨轨型选择时,考虑京沪高速铁路列车的设计速度+300km h,合理增大尖轨的惯性矩,能降低钢轨的动弯应力、枕上压力和钢轨位移,降低对道床的破坏,减少线路的养护维修工作量,延长线路部件的使用寿命;而且与尖轨生产厂家沟通后,生产厂家表示可提高C HN60AT钢轨的技术性能,使其达到60D40钢轨要求的技术条件,因此建议京沪铁路调节器尖轨采用CHN60AT钢轨制造和加工。CHN60AT钢轨制造和加工必须满足AT钢轨!(TB T 31092005及客运专线60AT钢轨暂行技术条件!的要求。参考文献1铁道科学研究院.南京大胜关长江大桥钢轨伸缩调节器的研制中期报告R.北京:铁道科学研究院,2006.2德国DE咨询公司.京沪高速铁路特殊结构桥咨询报告R.德国