维普资讯 http://www.cqvip.com 高速铁路有碴轨道的扣件选择 李 炜 红 （铁道部产品质量监督检验中心） 【摘要】首先阐述高速铁路有碴轨道扣件选择的原则，然后在对我国现有弹条扣件试验比 选的基础上，对我国高速铁路有碴轨道扣件的选择提出建议。 【关键词】弹条扣件 绝缘电阻 减振性能 静刚度 １ 前言 自１９６４年日本东海道新干线开通以来，世 界上许多国家争相发展高速铁路。高速铁路有 碴轨道的扣件无论是有螺栓式的，还是无螺栓 式的，均有使用，其结构性能经过适应性的调整 基本上能满足需要。 ２高速铁路有碴轨道扣件选择的原则 我国采用弹性扣件已有２０多年的历史，已 成功开发了弹条Ｉ型扣件、弹条Ｉ型调高扣件、 弹条Ⅱ型扣件及弹条Ⅲ型扣件，全部通过部级 鉴定并推广使用。借鉴先进国家扣件的设计、 使用经验并根据我国现行标准、技术条件，扣件 应满足以下性能要求：（１）单个弹条的初始扣压 力不小于１０ ｋＮ；（２）弹条的前端弹程不小于ｌ０ ｍｍ；（３）轨下胶垫的静刚度不大于８０ ｋＮ／ｍｍ； （４）扣件的绝缘性能为：每公里轨道两股钢轨的 阻抗不小于４ Ｑ。 高速铁路由于列车运行速度高，除了要求 扣件的弹性件具有足够的扣压力、相当的弹程 以及保持轨距的很强能力外，还必须具有以下 特性： （１）扣件的少维修。高速铁路一旦开通，由 于行车速度高、密度大，轨道维修只能在很短的 封锁点内进行。这就要求扣件各部件有足够的 强度和耐久性。 ３高速铁路有碴轨道扣件的选择 根据扣件选择的原则及性能要求，我国现 （２）扣件有良好的降噪、减振性能。随着列 车速度的提高轨道动力效应急剧增大，因而要 有的扣件中，弹条Ⅱ型扣件（其中塑料套管代替 求扣件有良好的降噪、减振性能，即要求扣件采 用弹性更好的缓冲垫板。 （３）为保证高速铁路行车绝对安全，要求扣 件有良好的绝缘性能，则两股钢轨间应有足够 的阻抗，以保证轨道电路的正常工作。 （３）对养路机具应进行技术改造：①“开天 窗”捣固是连续作业，对捣固机的性能及功率要 求比较高，应增加捣固机功率，加长加宽镐板， 硫磺锚固螺栓）和弹条Ⅲ型扣件，均为适应高速 重载铁路而研制出的新型弹性扣件。现将其性 能及测试结果进行比较。 ３．１两种型号弹条扣件的构造类型、主要参数 及特点 线上容易掉道；走行架低，走行时受碴肩限制； 本身刚度不够，易弯曲变形。③应在ＹＱＤ一２００ 液压起道机上安装水平装置及自动夹实装置。 改回日期：２００１—０７—０８ 使捣固机的夹实力加大，以减少捣固次数，提高 捣固效率和质量。②对走行下道架应进行技术 改造：现有走行架走行轮小，特别是在小半径曲 铁道建筑 ２００２年第９期 （责任审编 李从熹） 一１５— 维普资讯 http://www.cqvip.com （１）弹条Ⅱ型扣件（塑料套管式） 弹条Ⅱ型扣件是在弹条Ｉ型扣件的基础上 簧钢制成，初始扣压力１１ ｋＮ，弹程１３ ｍｍ，具有 保持轨距很强的能力。这种形式的扣件零部件 研制出的新型弹性扣件，除弹条外，其余部件与 弹条ｌ型扣件部件相同，弹条改进为扣压力 １０．８ ｋＮ，弹程１０ ｍｍ．大大改善了原有弹条Ｉ型 扣件弹条的性能。 少，装卸简便，养护维修工作量小，这些都非常 适于铁路高速化后的大型养路机械作业。弹条 Ⅲ型扣件在我国属新型的弹性扣件，经路局试 铺反映较好。 多年的实践表明，由于现有弹条Ⅱ型扣件 仍采用硫磺锚固螺栓，其绝缘性能安全储备量 小，可靠性差，难以满足每公里电阻不小于４ Ｑ 的要求，再者，现在多为现场进行硫磺锚固作 业，对环境造成严重污染。为此，特将弹条Ⅱ型 扣件中硫磺锚固部分改进为预埋塑料套管式， 改进后的弹条Ⅱ型扣件的绝缘性能可大大提 高，为适应高速铁路提供了保证。 （２）弹条Ⅲ型扣件 图１为弹条Ⅲ型扣件组装图，该扣件是一 种无螺栓式的全新结构，利用预埋于轨枕中的 注：１．弹条２．预埋件３．绝缘轨距块 铁件保持轨距，承受横向力并固定弹条，以弹条 扣压钢轨，绝缘轨距块作为绝缘部件，并用以调 整轨距，其弹条用 ２０ｍｍ的６０Ｓｉ，Ｍｎ的热轧弹 表１钢轨间绝缘电阻值 ４橡胶垫板 图１ 弹条Ⅲ型扣件 两钢轨间的绝缘电阻／ｎ 扣件类 型 干燥 弹条Ｉ型（硫磺锚固） 弹条Ⅱ型（塑料套管） 弹条Ⅲ型 淋１ ｈ ３．５ ｋ ｌ１ ０ ｋ １０．０ ｋ 淋２ ｈ ３．５ ｋ ｌ１．０ ｋ ９．５ ｋ 淋３ ｈ ３．５ ｋ ｌ１．０ ｋ ９．０ ｋ 淋４ ｈ ３．５ ｋ ｌ１．０ ｋ ９．０ ｋ 关水即测 ５．０ ｋ ２９．０ ｋ １５．０ ｋ Ｏ．１ Ｍ ２．Ｏ Ｍ １８．ＯＭ 注：本试验模拟的降雨量为６．４ ｍｒｒｄｍｉｎ。 表２实测每公里线路绝缘电阻值 每公里线路的绝缘电阻，ｎ 扣 件 类 型 干燥 弹条ｌ型（硫磺锚固） 弹条Ⅱ型（塑料套管） 弹条Ⅲ型 淋１ ｈ ２．Ｏ ６－８ ５ ７ 淋２ ｈ ２．Ｏ ６ ３ ５．４ 淋３ ｈ ２．Ｏ ６．３ ５．１ 淋４ ｈ ２．Ｏ ６．３ ５．１ 关水即测 ２．８ １６．５ ８．５ ５６－８ １ １３６．Ｏ １０ ２２７．０ ３．２模拟暴雨下扣件的绝缘电阻 值是在暴雨情况下以每公里两股钢轨的阻抗来 衡量的。而所述的对扣件绝缘电阻的要求，正 是指在暴雨情况下扣件所必须提供的阻抗值， 铁道建筑 ２００２年第９期 列车高速运行时，为使轨道电路正常工作， 必须保证两股钢轨间有足够的阻抗，这一阻抗 维普资讯 http://www.cqvip.com 两股钢轨之间的阻抗由多个电阻的并联值所决 定，即主要取决于其中最小的电阻。在干燥的 情况下，轨下胶垫、挡板座的电阻值一般均在 １０ Ｑ以上，硫磺锚固体电阻值也相当高，但在 降雨时由于两股钢轨之间形成水膜，水膜电阻 随降雨量的增大而下降，其值在１０ Ｑ以下。 水膜电阻的大小决定于降雨强度。降雨强 度越大，水膜越厚，电阻越小。在法国和南非铁 路，其试验所选用的降雨强度均为２．５ ｍｍ／ｍｉｎ。 表１为模拟暴雨过程中，每种扣件轨枕两 侧钢轨间的绝缘电阻值。 每根轨枕两侧钢轨间的绝缘电阻 与每 公里线路的绝缘电阻值ｒ的关系如下： １／ｒ＝ｎ／ ｎ为每公里铺设轨枕的数量。若按高速铁路每 公里铺设１ ７６０根轨枕换算，则可得出表２的结 果。 由表２可知，喷淋２ ｈ后，扣件绝缘电阻值 基本趋于稳定；在暴雨下采用硫磺锚固螺栓时， 每公里电阻仅为２ Ｑ，而塑料套管式的弹条丌 型扣件和弹条Ⅲ型扣件在暴雨喷淋下分别能达 到每公里线路６．３ Ｑ和５．１ Ｑ的绝缘电阻值， 均满足高速铁路所要求的每公里４ Ｑ绝缘电 阻。 ３．３轨下橡胶垫板的减振性能 高速铁路有碴轨道上，为保证道床稳定，道 碴必须密实，因此道床的弹性作用相应降低，从 而更多的需要轨下垫层的弹性和阻尼来发挥减 振作用。 但是，胶垫的静刚度不能完全反映在高频 振动情况下胶垫的减振性能，能正确反映胶垫 的动态减振性能的动刚度应通过扣件动刚度试 验、落锤试验和落轴试验取得。德国目前进行 胶垫动态减振性能试验时采用动刚度试验，英 国和美国采用落锤试验，而日本则采用落轴试 验。三种试验方法从不同角度均能验证胶垫的 减振性能。 结合我国的实际情况，选用三种型式的橡 胶垫板，采用落轴冲击试验来验证扣件的减振 性能。试验测点布置如图２所示。图中１、３、５ 铁道建筑 ２００２年第９期 为钢轨加速度测点，２、４、６为轨枕加速度测点。 实测三种橡胶垫板的静刚度值见表３。 通过落轴冲击试验，得出表４所示的测试 结果。 轨枕 １ ３ ５ 钢勒 图２测点布置图 表３橡胶垫板的静刚度值 胶垫板 类型 铁标规定静刚度值范围 枕号 静刚度 ／（ｋＮ／ｍｍ） ／（ｋＮ／ｍｍ） Ａ ｌ１４．３ ６ｏ一１Ｏ—ｌ１ ９０～１２Ｏ Ｂ １Ｏ７．６ Ｃ ｌ１５．４ Ａ ８０．Ｏ ６ｏ一１Ｏ一１７ ５５～８Ｏ Ｂ ７０、０ Ｃ ７５．Ｏ Ａ ６０．Ｏ ６ｏ一１２—１７ ４０～６ｏ Ｂ ５５．Ｏ Ｃ ６０．Ｏ 表４落轴冲击试验值 胶垫板类型 钢轨加速度，ｇ 轨枕加速度，ｇ 衰减比例 ６ｏ一１Ｏ—ｌ１ １７０．８ ６０．１ ２．８４ ６ｏ一１Ｏ一１７ ２ｏ６．８ ４９．８ ４．１５ ６ｏ一１２—１７ ２ｏ６ ４６．４ ４．４６ （１）由表４可知，轨下胶垫刚度越小，钢轨 振动传递到轨枕上的加速度越小，振动衰减比 例越大，胶垫的减振性能越好，这同理论分析的 结果一致。 （２）与６０—１０—１１型胶垫相比，６０—１０—１７型胶 垫的减振效果明显提高，衰减比例增加了 １．３１，可大大减少道床的下沉和维修工作量。 （３）与６０—１０—１７型胶垫相比，６０—１２—１７型胶 垫的减振效果也有所改善，但衰减比例仅增加 １ ７— 维普资讯 http://www.cqvip.com 高架桥无碴轨道用小阻力弹性扣件的研究设计 肖俊恒 赵汝康 杜功立 （铁道科学研究院铁道建筑研究所）一（上海市轨道交通明珠线工程指挥部） 【摘要】根据高架桥无碴轨道铺设无缝线路对扣件的特殊要求，研制出小阻力弹性扣件 ——ｗＪ一２型扣件。文章重点介绍其结构特点、性能指标、室内试验和现场试铺情况。 【关键词】高架桥无碴轨道扣件 小阻力 上海轨道交通明珠线采用高架桥无碴轨道 与铺设于其上的焊接长钢轨发生相对位移而产 结构型式并铺设无缝线路，在我国城市轨道交 生相互作用力。减小这种相互作用力的有效方 通中尚属首例。由于高架桥无碴轨道铺设无缝 法是减小扣件阻力，日本山阳新干线桥上板式 线路对钢轨扣件有特殊要求，世界各国情况各 轨道就是采用这种办法。扣件阻力为每股钢轨 异，不能照搬、照套常规铁路和地铁上使用的扣 ５ ｋＮ／ｍ。在胶垫上粘贴不锈钢板，同时减小扣 件。针对工程需要，研制出适于高架桥无碴轨 件的扣压力来实现减小摩擦系数的目的。我国 道的小阻力弹性扣件——ｗＪ一２型扣件。 以往在普通铁路桥上采取的办法是扣件松紧搭 配，即每隔若干轨枕布置扣紧的扣件，其它轨枕 １ 高架桥无碴轨道对扣件的特殊要求 采用零扣压力或扣压力极小的扣件。这种方式 使扣件类型繁多，运营中扣件受力往往不均。 高架桥无碴轨道铺设无缝线路，当温度变 而小阻力扣件采用同一较低阻力的扣件，可以 化或桥梁承受机车车辆荷载产生挠曲时，桥面 保证每个扣件受力。 了０．３１，而从厚度而言，６０—１２—１７型比６０—１０—１７ （１）铁路高速化后由于使用大型养路机械 型增加了２０％。比较试验所采用的两种胶垫 无垫垫板作业的要求，而且无螺栓式的弹条Ⅲ 的实际静刚度，３块６０—１２—１７型胶垫的静刚度 型扣件零部件少，装卸方便，从长远的观点看， 值也在６０—１０—１７型胶垫允许的静刚度范围内。 可大大减少养护维修费用。 纵观世界各国高速铁路所用轨下橡胶垫板，经 （２）弹条Ⅱ型扣件必须选用塑料套管式代 改进后其静刚度值均在６０～７０ ｋＮ／ｍｍ范围内， 替硫磺锚固方能满足高速铁路有碴轨道的要 因而，虽然６０—１２—１７型胶垫的减振性能优于６０— 求；而且弹条Ⅱ型扣件的结构，螺栓受弯、塑料 １０—１７型胶垫，但是６０—１０—１７型胶垫作为高弹性 套管进水和进脏物不好解决；为防止螺栓锈蚀 垫板在高速铁路中也能得到较满意的减振效 还要采取其它防护措施。而弹条Ⅲ型扣件则不 果 存在这些问题。 （３）建议轨下垫板选用６０—１０—１７型橡胶垫 ４关于高速铁路有碴轨道扣件选择的 板，其静刚度值范围为５５～８０ ｋＮ／ｍｍ。可获得 建议 较满意的结果。 综合上述，弹条Ⅱ型扣件（塑料套管式）和 改回日期：２００２—０７—０９ 弹条Ⅲ型扣件均能满足高速铁路有碴轨道的要 （责任审编 王天威） 求，其中弹条Ⅲ型扣件更为优越。原因如下： １８一 铁道建筑 ２００２年第９期