[发明专利]轨道扣件用轨下弹性垫板的非均匀刚度设计方法

说明书

技术领域

本发明属于轨道扣件垫板刚度设计技术领域，尤其是轨道扣件用轨下弹性垫板的非均匀刚度设计方法。

背景技术

轨下弹性垫板直接置于轨道之下，对轨道的减振和列车行驶的安全性能起着重要作用。一般来讲，轨下弹性垫板的刚度越小，减振效果越好，但刚度越小则轨头偏移越大，是矛盾的统一体，所以刚度的设计原则必须符合安全性能。在现有的所有轨道扣件中，轨下弹性垫板均采用均匀刚度设计方法。

轨下弹性垫板的实际受力情况是外侧受力大，内侧受力小，均匀刚度设计的轨下弹性垫板容易导致轨头外翻，轨距扩张，影响安全性能。因此安全性能的考虑大大限制了轨下弹性垫板刚度的进一步降低，从而限制了整个扣件系统减振降噪效果的进一步提高。

目前尚没有轨道扣件用轨下弹性垫板非均匀刚度设计方面的报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种轨道扣件用轨下弹性垫板的非均匀刚度设计方法，该设计方法旨在模拟轨道的实际受力情况，根据垫板不同部位的受力情况采用非均匀刚度设计，在降低弹性垫板整体刚度的前提下，减小列车行驶过程中轨头外翻和轨距扩张，保证行车安全性。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的轨道扣件用轨下弹性垫板的非均匀刚度设计方法包含以下内容：

I、轨道受力分析

给定F1为横向受力，F2为垂向受力，合力F或称侧向力即轨道施加于其下的弹性垫板的力是不均匀的，也就是说轨下弹性垫板的受力是内侧小、外侧大；通常情况下F1和F2的取值标准依据线路车辆的实际情况而预先给定；

II、确定轨下弹性垫板的整体刚度值

轨下弹性垫板的整体刚度值与线路减振要求、安全要求、扣件整体性能有关，其整体刚度值为设计给定的目标值，它通过其下的第IV部模拟分析后进行验证；

III、分配刚度值

先对轨下弹性垫板进行分区，将轨下弹性垫板沿垂直轨道方向分为三区，三区分别为弹性垫板外侧、弹性垫板中部、弹性垫板内侧，并对三区分配各自的刚度值，三区所分配刚度值的依据如I，即弹性垫板内侧受力小则分配刚度小，弹性垫板外侧受力大则分配刚度大，弹性垫板中部可有两种刚度值分配：

①约为内、外侧刚度值的平均值；

②为零，即垫板中部不受力；

上述三区的刚度值之和等于整体刚度值；

IV、模拟分析及验证

将轨道、轨下弹性垫板材料参数和几何条件、受力情况输入MSC Patran &Nastran软件，其中轨道、轨下弹性垫板的弹性模量、泊松比可通过查阅工具书或测试方法获得；对轨下弹性垫板的三区分别建立弹簧模型，所分配的刚度值即为弹簧模型的弹性系数，对数组刚度分配方案一一进行分析，分析结束后选取轨头偏移最小、且该偏移值小于国内设计院对轨头偏移要求范围的3.50mm之内符合设计要求的刚度组合，作为最终刚度值分配方案。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、模拟列车真实运行条件，结果可信度高；

2、使弹性垫板在整体刚度不变的情况下，提高列车的行驶安全性；

3、在进一步降低弹性垫板刚度，提高扣件减振降噪性能时，列车仍能具有高的安全性能。

附图说明

图1是轨道受力及轨下弹性垫板分区示意图。

具体实施方式

结合图1，本发明的轨道扣件用轨下弹性垫板的非均匀刚度设计方法包含以下内容：

I、轨道受力分析

给定F1为横向受力，F2为垂向受力，合力F或称侧向力即轨道施加于其下的弹性垫板的力是不均匀的，也就是说轨下弹性垫板的受力是内侧小、外侧大；通常情况下F1和F2的取值标准依据线路车辆的实际情况而预先给定；

II、确定轨下弹性垫板的整体刚度值

轨下弹性垫板的整体刚度值与线路减振要求、安全要求、扣件整体性能有关，其整体刚度值为设计给定的目标值，它通过其下的第IV部模拟分析后进行验证；

III、分配刚度值

先对轨下弹性垫板进行分区，将轨下弹性垫板沿垂直轨道方向分为三区，三区分别为弹性垫板外侧、弹性垫板中部、弹性垫板内侧，并对三区分配各自的刚度值，三区所分配刚度值的依据如I，即弹性垫板内侧受力小则分配刚度小，弹性垫板外侧受力大则分配刚度大，弹性垫板中部可有两种刚度值分配：

①约为内、外侧刚度值之和的一半平均值；

②为零，即垫板中部不受力；

上述三区的刚度值之和等于整体刚度值；

IV、模拟分析及验证