滑床板摩擦力对尖轨不足位移的影响

Ｊ ｎ ａ ｙ，２ ０ ａｕ ｒ ０７
滑床 板摩 擦力对 尖轨不足位 移 的影响
蔡小培 ，李成辉 ，王
（ 西南交通大学 土木工程学 院 ，四川 成都 摘
平
６０３） １０ １
要 ：为解决道岔尖轨不足位移 问题 ，根据 尖轨 的特殊结 构外形 、受力 特性和 扳动机理 ，建立尖 轨不足
位移计算仿真模型，分析不同滑床板表面摩擦系数取值下尖轨不足位移的变化。结果表明：摩擦力是导致尖轨
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第１ 期
滑床板摩擦力对尖轨不足位移的影响
图 １ 道岔尖轨不足位移计算仿真模型
（ ）滑床板摩擦力假定 为作用于尖轨节点上 ２
的集中力 ，其作用方 向总是与尖轨 的运动方 向相 反 ，大小与该滑床板支承的钢轨重量成正比，且不 随尖轨位移大小而改变。 （ ）基本轨和尖轨尖端的密贴及顶铁和尖轨轨 ３ 腰位置的相互作用考虑为非线性弹簧接触 ，接触时 弹性系数为基本轨和顶铁的横向刚度 ，反作用力为
产生不足位移的主要原 因；尖轨不足位移随滑床 板摩擦 系数 的增加 而增大 ，基 本成线 性递增关 系 ；最后 牵引点
距尖轨跟端间间距越大 ，摩擦系数对不 足位移 的影 响也越 大 。减小摩 擦力 和优化牵 引点 间距能够 较好地 控制尖
轨不足位移。提出设置滚轮式滑床板方案，将轨底与滑床板间的滑动摩擦转化为滚动摩擦，并优化滚轮式滑床
板布置方式 ，进一步减小 了尖轨不足位移 。
关键词：不足位移；道岔尖轨｝滑床板摩擦力；仿真模型
中图分类号 ：Ｕ２ ３ ６ １． ６ 文献标识码 ：Ａ
尖轨作为道岔转辙器的重要组成部分 ，依靠尖 轨的扳动 ， 将列车引入正线或侧线方 向［ 。 目前， １ ］ 我国线路上使用的提速道岔及秦沈线铺设的 １ 号 、 ８
尼作用下 由斥离状态扳动至贴靠状态。尖轨扳动后
的位置与扳动前的位置不能够完全重合 ，两者位置 之间的间隙即为尖轨不足位移 。
仿真模型能够较真实地反映尖轨实际工作状态 ，可
以用于计算尖轨的不足位移 。
按不 同的滑动摩擦系数取值分别进行计算 ， 具体结 果列于表 ｌ 。不足 位移和扳动力变化 曲线如 图 ２ 、
图３ 所示 。计算得出最大不足位移发生在第 ３ 个牵 引点与间轨跟端 间，大小为 ２７ ｍ，与运 营线 ．４ｍ 路实际值 ３ ｍ 基本相符 ，说 明不足位移计算 ～５ ｍ
（ ）尖轨与基本轨贴靠为初始状态 ， ４ 在无阻尼 状态下先 由贴靠状态扳动至斥离状态，然后在有阻
一
尖轨在转换过程中，转辙器拉杆在牵引点位置
收稿 日 ：２ ０—０２ ，修订 日期 ：２０ —８１ 期 ０ ５１—８ ０：教育部博 士点基金资助项 目 （０５６３０） ２００ １０７ 作者简介：蔡小培 （９２ ） １８一 ，男 ，江苏徐州人 ，博士研究生。
３ 号道岔 ，均存在尖 轨轨头刨切段与 基本轨不密 ８
对尖轨施加扳动力 ，使各牵引点位置产生给定位移 即牵引动程 。各牵引点扳动力为该点处 的尖轨集中 反作用力 ，总扳动力为各牵引点扳动力之和 。尖轨 由贴靠状态至斥离 状态时 ，钢轨 中储存弯 曲变形 能 ；由斥离状态至贴靠状态时，尖轨发生反弹，弯
曲变形能逐渐释放 。扳动到位时，尖轨线型和轨距
贴、最后 １ 个牵引点与尖轨跟端间的轨距偏小、顶 铁离缝严重、轨向不 良等病害现象Ｅ 。 引
近年来 ，已陆续有专家对尖轨不足位移进行研 究［ ］ ３ ，并涉及到滑床板摩 擦力对其 的影 响 ， 但未
均满足设计要求 ，尖轨轨头刨切范 围内的非工作边 与基本轨密贴 固定。
算仿真模型如 图 ｌ 所示。 １３ 计算假定 ．
（）尖轨只在水平面 内发生弯曲变形 ，不考虑 １
轴向力的影响。尖轨刨切点前截面特性线性变化 ， 刨切点后至跟端为等截面［ 。跟端支点处的横向位 ４ ］ 移将受到扣件 的横 向作用力 ，扣件横向刚度模拟为 定弹性系数的线性弹簧 。跟端 ４ 组扣件以后横向
密贴 反力 和顶铁 反力 。
时 间差 。
２ １ 方案 一 ．
设置 ３ 个牵引点 ，牵引点间距和动程亦采用秦 沈线 １ 号单开道岔半切线型方案 ：牵引点等间距 ， ８ 大小为 ４２０ ｍ，动程分别为 １０ 摩 系 一 ０ ｍ。 加 吼 ０ ｍ ６ ，１０ｍ ∞ ２ ，８ ｍ 擦数 一 ∞
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第２卷， １ ８ 第 期 ２００７年 １月
文章编号 ：１ ０—６ ２ （０ ７ １０ ０— ５ ０ １４ ３ ２ ０ ）０ —０ ８０
中 国 铁 道 科 学
ＣＨＩ ＮＡ ＲＡＩ ＬＷ ＡＹ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ
Ｖｏ． ８ Ｎｏ １ １２ ．
１ 仿真模型
１１ 尖轨锁闭机理 ． 提速道岔的尖轨转换设备通常采用多机多点牵 引方案和分动外锁闭装置 。道岔在运营中，借助转 辙器外锁拉杆与转辙机连接，按列车规定 的进路方 向转换尖轨 尖轨转换到位后，外锁闭机构把尖轨 和基本轨夹紧固定。 ．
贴反力 、顶铁反力、扣件阻力等。尖轨不足位移计
１ ２ 模型 ．
对影响滑床板摩擦力的量值进行具体分析并提出相 应减小不足位移 的措施。本文通过建立道岔尖轨不 足位移计算仿真模型，在对滑床板摩擦力与尖轨转 换不足位移之间的关系进行深入研究 的基础上，提
出设置滚轮式滑床板方案 ，并进行优化布置 ，通过 降低滑床板的摩擦力 ，减小尖轨不足位移。
基于有限元理论建立尖轨不足位移计算仿真模 型 ，尖轨尖端、岔枕 、牵引点 、顶铁位置分别为尖
轨单元节点 。对尖轨采用变截 面粱单元进行模拟 ，
除了考虑尖轨的特殊结构外形 和关 键性细节部位 ， 如尖轨的刨切 、牵引点位置、动程等 ，还考虑了转
换过程 中的一些线性和非线性因素 ，如摩擦力 、密