高铁无砟轨道扣件

高速铁路扣件系统
摘要：随着中国铁路事业的蓬勃发展，中国高铁普及率逐渐增长，这同时也对铁路扣件系统提出了更高的要求，以适应不同环境。

如今铁路运输是中国的主要交通方式，人们出行的首要选择，可是当你们乘车时，往往只是关注动车组是多么的豪华，流线是多么的均称，内部空间是多么的宽敞，座椅是多么的舒服等等一些关于火车直观的一些东西，但是往往因此就会忽略了，动车组这样的庞然大物是在什么上行驶，你肯定能随口答道轨道上行驶，如果我继续深究，轨道是如何固定在铁路上的，有些人也许就会丈二的和尚摸不到头脑了。

人们也许往往只会是被眼前为之一亮的事物蒙蔽了双眼，就像公路上每天干干净净，而人们很少会赞扬环卫工的辛苦劳动。

其实知道如何运营高速列车，还是需要很多种零配件的相互协作配合，铁路就是个系统工程，铁路是由轨枕、扣件、钢轨、路基组成。

钢轨通过扣件紧紧扣压在轨枕上。

下面就着重介绍下高铁扣件。

高速铁路扣件就是轨道上用以联结钢轨和轨枕(或其他类型轨下基础）的零件，又称中间联结零件。

其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距和阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动。

包括道钉、轨下垫板以及弹性或刚性的扣压件等。

扣件应能长期、有效地保持钢轨与轨枕的可靠联结，并能在动力作用下充分发挥其缓冲减震性能，延缓轨道残余变形积累。

因此要求其应具有足够的强度、耐久性和一定的弹性，还应构造简单，便于安装及拆卸。

此外，对预应力混凝土轨枕来讲，扣件还应具有足够的扣压力和轨距、水平调整量。

扣件说白了就是连接钢轨和轨枕的一组零配件。

高速铁路线上可以分为无砟轨道和有砟轨道，传统的有砟轨道高铁扣件包括弹条Ⅳ型扣件、弹条Ⅴ型扣件，无砟轨道扣件包括WJ7、WJ8型扣件。

1 有砟轨道vs无砟轨道
砟顾名思义即岩石、煤等的碎片。

在铁路上作路基用的小块石头。

传统的铁路轨道通常由两条平行的钢轨组成,钢轨固定放在枕木上,之下为小碎石铺成的路砟。

路砟和枕木均起加大受力面、分散火车压力、帮助铁轨承重的作用,防止铁轨因压力太大而下陷到泥土里。

此外,路砟小碎石还有几个作用：减少噪音、吸热、减震、增加透水性等。

这就是有砟轨道。

有砟轨道是铁路的传统结构。

它具有弹性良好、价格低廉、更换与维修方便、吸噪特性好等优点。

但随着行车速度的提高,有砟轨道不均匀下沉产生的120Hz以下频率范围的激振严重,轨道破损和变形加剧,从而使维修工作量显著增加,维修周期明显缩短。

传统有砟轨道具有铺设简便、综合造价低廉的特点，但容易变形，维修频繁，维修费用
较大。

同时，列车速度受到限制。

无砟轨道由铁轨、扣件、单元板组成，起减震、减压作用。

无砟轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上。

无砟轨道是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环境，而且列车时速可以达到300公里以上。

但由于两类轨道结构在技术经济性方面的差异，对于我国的轨道结构选型需根据自己的国情、铁路的特点合理选用，以取得最佳的技术经济效益。

要做好不同轨道结构型式的经验总结不断修正和完善轨道结构形式，加大对不同轨道结构型式的对比分析，从工程成本、工程进度、施工工艺和方法、运营效果等方面进行比较，研究最适合我国高速铁路建设的轨道结构型式。

2 无渣轨道扣件特点
扣件是轨道结构的重要组成部件。

在有砟轨道结构中，扣件连接钢轨与轨枕并使之构成轨排，承受列车荷载，抵抗纵横向作用力，故要求扣件具有足够的扣压力，以及适当的弹性和一定的轨距和水平调整量；在无砟轨道结构中，扣件基本上是轨道弹性和轨距、水平调整能力的唯一提供者；因此，扣件技术是无砟轨道结构关键技术，掌握扣件的设计要领，对做好无砟轨道设计至关重要。

3 无渣轨道扣件的技术要求
3.1 足够的高低、轨距能力
由于无砟轨道结构中的扣件直接将钢轨与混凝土道床联接在一起，与传统的有砟轨道相比，可大大减少线路的养护维修工作量，但由于轨道结构中取消了道砟层，受施工误差和混凝土基础变化等因素的影响，轨道高低状态的变化不能像有砟轨道那样进行起道、捣固作业，只能通过扣件进行调整，因此，无砟轨道结构要求其所用扣件具有一定的调高能力。

3.2 足够的扣压力
钢轨扣件必须有足够的扣压力，以保证钢轨与支承体之间的可靠联结。

这个扣压力应使钢轨在弯曲和转动时，不致使轨底沿垫板发生纵向位移，即要求扣件的纵向阻力大于道床的纵向阻力。

当然，扣压力也不易太大，否则会使扣件弹性急剧下降，影响扣件使用寿命。

如果钢轨扣压力较大，则由于防爬阻力的增大，钢轨的温度伸缩或断口量就小；又由于轨排刚性的增大，阻止长钢轨臌曲的能量就大，这对无缝线路的稳定性是极其有效的。

3.3 零部件少，减小维修工作量
现代铁路轨道维修只能在很短的封锁点内进行，因而要求钢轨扣件少维修。

这就要求扣
件各部件有足够的强度，在期望的使用寿命周期内扣件各部件不产生疲劳伤损和显著的残余变形；同时要求扣件有更好的性能，当扣压件和轨下弹性垫层产生磨耗和残余变形时，扣件阻力减小不大，扣件螺栓无需经常进行复拧。

3.4 刚度均匀，平顺性好
现代快速铁路为保证良好的行车品质，提高行车舒适性，要求扣件各节点刚度一致，以保证线路弹性的均匀，保证旅客乘坐的舒适性。

与有砟轨道相比，无砟轨道结构中由于取消了提供线路弹性的道砟层，这样就要求无砟轨道的扣件更能具有良好的弹性，以最大限度地降低轨道的振动，减缓轮轨间的冲击。

在相当长一段时间内，限于我国的生产设备和管理能力，扣件刚度的均匀、稳定往往很难保证。

3.5 减振性能良好
钢轨扣件具有较低的刚度是减小轮轨作用力、实现减振降噪的有效手段，但较低的刚度容易影响扣件对轨条的约束能力，特别是防止扣件外翻的能力，需要通过巧妙的结构设计实现二者的平衡。

3.6 绝缘性能好
为保证行车绝对安全，要求钢轨扣件有良好的绝缘性能，保证轨道电路的正常工作。

4 无渣轨道扣件
下面针对我国自主研发的高铁无渣轨道扣件WJ-7、WJ-8两种进行介绍。

4.1 WJ-7型扣件系统技术说明
WJ-7型扣件系统就是为适应铺设各类无挡肩无碴轨道，满足客运专线扣件系统的技术要求而研发的一种无碴轨道扣件系统，是在原WJ-1型和WJ-2型无碴轨道扣件系统的基础上优化而成的。

该扣件系统在桥上、隧道内和路基上的轨枕埋入式（双块式轨枕和长轨枕）和板式无碴轨道均可应用。

针对客运专线无碴轨道扣件系统需要解决的高弹性、高绝缘、结构通用性强、弹条扣压力衰减小和疲劳强度高、与基础可靠联结、钢轨高低和左右位置调整量大等关键技术问题，本扣件系统研究中作了以下几方面的优化改进。

1）提高扣件结构通用性；2）提高扣件系统绝缘性能；3）降低弹条扣压力衰减，提高其疲劳强度；4）提高扣件系统与基础联结的可靠性；5）降低扣件系统的刚度；6）提高T型螺栓在铁垫板中固定的可靠性。

4.1.1 适用范围
扣件系统适用于客运专线各类无挡肩无碴轨道结构并满足以下运营条件：
最高速度350km/h客运专线：轴重170kN（考虑轴重可能增加10%）。

最高速度250km/h客运专线（兼顾货运）：客车最大轴重230kN（客运机车），货车最高速度120km/h，最大轴重250kN。

4.1.2 扣件系统组成
扣件系统的联接组装如图1所示，扣件系统由T型螺栓、螺母、平垫圈、弹条、绝缘块、铁垫板、绝缘缓冲垫板、轨下垫板、锚固螺栓、重型弹簧垫圈、平垫块和定位于混凝土轨枕或轨道板的预埋套管组成。

钢轨高低调整时采用调高垫板（分轨下调高垫板和铁垫板下调高垫板）。

4.1.3 结构特征
本扣件系统为带铁垫板的无挡肩弹性分开式结构，具有以下结构特征：
1）混凝土轨枕或轨道板承轨槽不设混凝土挡肩，铁垫板上设置1：40轨底坡，混凝土轨枕或轨道板承轨面为平坡，既可用于轨枕（双块轨枕、长枕）埋入式无碴轨道，又可用于轨道板无碴轨道，列车传来的横向荷载主要由铁垫板的摩擦力克服。

2）钢轨轨底与铁垫板间设橡胶垫板，实现系统的弹性。

通过更换不同刚度的轨下垫板可分别适应350km/h客运专线和250km/h客运专线（兼顾货运）的运营条件。

3）铁垫板上设有T型螺栓插入座和钢轨挡肩，通过拧紧T型螺栓的螺母紧固弹条。

弹条弹程大，在采用较低刚度轨下弹性垫层时弹条的扣压力衰减小且疲劳强度高。

4）铁垫板上钢轨挡肩与钢轨间设有绝缘块，用以提高扣件系统的绝缘性能。

5）铁垫板与混凝土枕或轨道板间设绝缘缓冲垫板，缓冲列车荷载对混凝土枕或轨道板的冲击，同时提高系统的绝缘性能。

绝缘缓冲垫板周边设凸肋并留有排水口，可有效地提高水膜电阻。

6）同一铁垫板可安装多种弹条（常规扣压力弹条和小扣压力弹条），配合使用摩擦系数不同的轨下垫板（橡胶垫板或复合垫板）可获得不同的线路阻力，既可用于要求大阻力的地段，又可用于要求小阻力的地段，满足各种线路条件下铺设无缝线路的要求。

7）铁垫板通过锚固螺栓与预埋于混凝土枕或轨道板中的绝缘套管配合紧固。

预埋套管上设有螺旋筋定位孔，便于螺旋筋准确定位。

混凝土枕或轨道板中的预埋套管中心对称布置，便于混凝土枕或轨道板的布筋设计。

8）调整轨向和轨距时无需任何备件，通过移动带有长圆孔的铁垫板来实现，为连续无级调整，可精确设置轨向和轨距且作业简单方便。

9）钢轨高低位置调整量大，满足无碴轨道的使用要求，在轨下垫入充填式垫板可实现高低的无级调整。

10）本扣件在钢轨接头处安装时无需特殊备件，不妨碍接头夹板的安装。

4.2 WJ-8型扣件技术说明
WJ-8型扣件就是为适应铺设德国既有有挡肩无碴轨道，满足客运专线扣件系统的技术要求而研发的一种无碴轨道扣件系统。

该扣件系统是在原板式和双块式无碴轨道承轨槽尺寸和位置的限定条件下设计的，属带铁垫板的弹性不分开式扣件结构。

本扣件的研发重点在以下几个方面：1）确定扣件系统的基本结构，使结构稳定和合理；2）研究解决在同一结构上既可安装常规扣压力弹条又可安装小扣压力弹条以满足路基、隧道、桥梁上铺设无缝线路纵向阻力要求的技术措施；3）采取措施提高扣件系统的绝缘性能；4）研究提高系统弹性的技术措施并配套研发长寿命高弹性减振垫层及与之相适应的高疲劳强度弹条。

4.2.1 适用范围
扣件系统适用于客运专线既有德国有挡肩结构板式和双块式无碴轨道。

并满足以下运营条件：
最高速度350km/h客运专线：轴重170kN（考虑轴重可能增加10%）。

最高速度250km/h客运专线（兼顾货运）：客车最大轴重230kN（客运机车），货车最高速度120km/h，最大轴重250kN。

4.2.2扣件系统组成
扣件系统的联接组装如图1所示，扣件系统由螺旋道钉、平垫圈、弹条（分W1型和X2型）、绝缘块（分I型和II型）、轨距挡板、轨下垫板（分橡胶垫板和复合垫板）、铁垫板、铁垫板下弹性垫板和定位于混凝土轨枕或轨道板的预埋套管组成。

钢轨高低调整时采用调高垫板（分轨下调高垫板和铁垫板下调高垫板）。

每组扣件用零件见表2。

图1WJ-8型扣件系统结构
4.2.3结构特征
1）扣件系统为带铁垫板的弹性不分开式扣件，混凝土轨枕或轨道板承轨槽设混凝土挡肩，由钢轨传递而来的列车横向荷载通过铁垫板和轨距挡板，最后传递至混凝土挡肩，降低了横向荷载的作用位置，使结构更加稳定。

2）铁垫板上设挡肩，挡肩与钢轨之间设置工程塑料制成的绝缘块，不仅可以缓冲钢轨对铁垫板的冲击，而且大幅提高扣件系统的绝缘性能，尤其是提高系统在降雨时的绝缘电阻；
3）铁垫板与混凝土挡肩间设置工程塑料制成的轨距挡板，用以保持和调整轨距，同时起绝缘作用；
4）同一铁垫板可安装多种弹条（常规扣压力弹条和小扣压力弹条），配合使用摩擦系数
不同的轨下垫板（橡胶垫板或复合垫板）可获得不同的线路阻力，既可用于要求大阻力的地段，又可用于要求小阻力的地段，满足各种线路条件下铺设无缝线路的要求。

5）扣件组装紧固螺旋道钉时，以弹条中肢前端接触轨底为准，避免了在钢轨与铁垫板间垫入调高垫板时弹条扣压力不足或弹条应力过大。

6）配套设计的弹条比我国既有弹条在结构上作了优化，使弹条弹程增大（各种弹条弹程均为14mm），提高了其疲劳强度，在采用较低刚度弹性垫层时弹条的扣压力衰减小。

7）铁垫板下设弹性垫层，扣件系统具有良好的弹性，垫层采用长寿命热塑性弹性体材料制成。

8）与本扣件系统配套的既有混凝土轨枕或轨道板的承轨槽型式和尺寸无需变动，适应性强。

5 总结
但凡是高端大气上档次的美好事物，都是些朴实无华默默无闻的东西烘托出的，高铁亦是如此，美丽婀娜的身段下的扣件系统是默默支撑其行驶的基础。

伟大是无数的渺小造就出的一种美丽景象，扣件系统看似微不足道，不值一提，但是它用它强大的扣压力，柔韧的身躯，宽容的气量，为高速铁路的发展，提供了坚强有力的基础。

但是随着外界环境的不同，扣件也需要及时更新以适合更高要求的需要。