高速鐵路道岔輪軌接觸理論與設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

高速道岔是高速鐵路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，要求具有高安全性、高平穩(wěn)性。本項(xiàng)目重點(diǎn)開展道岔區(qū)輪軌靜態(tài)接觸理論研究，主要分析了道岔區(qū)輪軌關(guān)系設(shè)計(jì)對等效錐度、輪對傾角、單輪對蛇行運(yùn)動的影響規(guī)律，提出了道岔動力參數(shù)設(shè)計(jì)方法；建立了列車/道岔耦合系統(tǒng)動力學(xué)理論，對道岔動力參數(shù)設(shè)計(jì)法進(jìn)行了校核，并對高速列車的過岔安全性與平穩(wěn)性進(jìn)行了仿真分析與評估；本項(xiàng)目基于前期研究的輪對橫移測試、道岔區(qū)輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化測試、共同承載鋼軌的動載分配測試、高速道岔實(shí)車動力測試等試驗(yàn)研究，對所建立的道岔區(qū)輪軌接觸理論、動力設(shè)計(jì)方法、仿真評估體系進(jìn)行了驗(yàn)證；最后基于所建立的理論，開展高速道岔尖軌及心軌頂面降低值、水平藏尖、轉(zhuǎn)轍器部分軌距加寬、轍叉部分翼軌加高設(shè)計(jì)等輪軌關(guān)系的設(shè)計(jì)優(yōu)化研究，得到如下結(jié)論： （1）轉(zhuǎn)轍器及轍叉部分尖軌頂面寬度及高度的變化，會導(dǎo)致輪軌接觸點(diǎn)位置隨沿線路方向變化，從而形成豎向及橫向的結(jié)構(gòu)不平順，這是列車與道岔系統(tǒng)振動的激振源之一；（2）道岔各種結(jié)構(gòu)不平順均限制了側(cè)向過岔速度的提高，為了減緩列車側(cè)向過岔時的輪軌動力作用，可采用雙肢彈性心軌及整體叉心式結(jié)構(gòu)；（3）輪對在轉(zhuǎn)轍器部分的橫向平穩(wěn)性較轍叉部分差得多，車輪輪緣必將與鋼軌貼靠，輪對橫向位移越大，對鋼軌的橫向沖擊作用越厲害，因此在道岔輪軌關(guān)系的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能降低輪對過岔時的蛇行運(yùn)動幅值；（4）降低尖軌頂面降低值和減小尖軌開始承載的斷面對提高車體的橫向穩(wěn)定性是有利的。（5）通過對等效錐度、輪對傾角、動力附加力、蛇行運(yùn)動振幅四項(xiàng)動力學(xué)參數(shù)的比較認(rèn)為我國高速道岔轍叉應(yīng)按水平藏尖9mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。

高速道岔是高速鐵路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一，要求具有高安全性、高平穩(wěn)性。本項(xiàng)目重點(diǎn)開展道岔區(qū)輪軌動靜態(tài)接觸理論研究；通過分析道岔區(qū)輪軌關(guān)系設(shè)計(jì)對等效錐度、輪對傾角、單輪對蛇行運(yùn)動的影響規(guī)律，提出道岔動力參數(shù)設(shè)計(jì)方法；通過所建立的列車/道岔耦合系統(tǒng)動力學(xué)，對道岔動力參數(shù)設(shè)計(jì)法進(jìn)行校核，對高速列車過岔安全性與平穩(wěn)性進(jìn)行仿真分析和評估；基于課題組前期研究的輪對橫移測試系統(tǒng)、輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化裝置，開展試驗(yàn)技術(shù)研究，通過現(xiàn)場列車高速過岔時的輪軌橫移測試、道岔區(qū)輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化測試、共同承載鋼軌的動載分配測試等試驗(yàn)研究，對所建立的道岔區(qū)輪軌接觸理論、動力設(shè)計(jì)方法、仿真評估體系進(jìn)行驗(yàn)證；最后開展高速道岔尖軌及心軌頂面降低值、基本軌彎折、水平藏尖、鋼軌刨切輪廓、軌底坡等輪軌關(guān)系的設(shè)計(jì)優(yōu)化研究，為進(jìn)一步提高我國高速道岔行車平穩(wěn)性和380km/h及以上超高速道岔的研制提供理論與技術(shù)支撐。

第一章概述

第一節(jié)高速道岔的技術(shù)要求與特點(diǎn)

第二節(jié)國外高速鐵路道岔技術(shù)

第三節(jié)我國高速鐵路道岔技術(shù)

第二章道岔平面線形設(shè)計(jì)理論

第一節(jié)高速道岔的設(shè)計(jì)條件與結(jié)構(gòu)選型

第二節(jié)道岔平面線形與基本參數(shù)法

第三節(jié)高速道岔總布置圖設(shè)計(jì)

第四節(jié)輪軌系統(tǒng)動力學(xué)在道岔平面線形設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

第三章列車道岔系統(tǒng)動力學(xué)理論及應(yīng)用

第一節(jié)道岔區(qū)輪軌接觸幾何與輪軌蠕滑

第二節(jié)列車道岔系統(tǒng)動力學(xué)理論

第三節(jié)道岔區(qū)輪軌關(guān)系研究設(shè)計(jì)

第四節(jié)道岔區(qū)軌道剛度研究設(shè)計(jì)

第五節(jié)道岔不平順動力學(xué)分析

第六節(jié)道岔動力學(xué)仿真評估與試驗(yàn)驗(yàn)證

第四章道岔轉(zhuǎn)換計(jì)算理論

第一節(jié)道岔轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)換原理

第二節(jié)道岔轉(zhuǎn)換計(jì)算理論

第三節(jié)高速道岔轉(zhuǎn)換研究設(shè)計(jì)

第四節(jié)高速道岔轉(zhuǎn)換試驗(yàn)研究

第五節(jié)高速道岔夾異物動力仿真研究

第五章道岔部件研究設(shè)計(jì)與受力分析

第一節(jié)道岔鋼軌件強(qiáng)度檢算

第二節(jié)道岔鐵墊板強(qiáng)度檢算

第三節(jié)道岔扣件系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)與受力分析

第四節(jié)道岔軌下基礎(chǔ)研究設(shè)計(jì)

第五節(jié)道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備受力分析

參考文獻(xiàn)

王平編著的《高速鐵路道岔設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐》系統(tǒng)全面介紹了高速鐵路道岔設(shè)計(jì)相關(guān)知識，本書內(nèi)容對高速道岔基礎(chǔ)理論研究及設(shè)計(jì)方法的普及和提高起到了有益的推動作用。該書對從事鐵路軌道工程教學(xué)、科研、設(shè)計(jì)及工程管理人員具有重要的參考價值。

道岔是實(shí)現(xiàn)列車轉(zhuǎn)線或跨線運(yùn)行必不可少的軌道設(shè)備，是影響行車平穩(wěn)性與安全性的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，是我國高速鐵路建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。因高速道岔(編者注：鐵路行業(yè)將“高速鐵路道岔”習(xí)稱“高速道岔”)要求具有高速度、高安全性、高平穩(wěn)性、高舒適性和高可靠性，2005年以前在我國是一項(xiàng)空白技術(shù)。為滿足我國高速鐵路大規(guī)模建設(shè)的需要，鐵道部制定了“引進(jìn)法國技術(shù)、中德合資生產(chǎn)、自主研發(fā)”并行的高速道岔技術(shù)路線。

在鐵道部科技司和工程管理中心的領(lǐng)導(dǎo)下，2005年組織了“用、產(chǎn)、學(xué)、研”高速道岔聯(lián)合攻關(guān)課題組，由西南交通大學(xué)、中國鐵道科學(xué)研究院、中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司、北京全路通號總公司、中鐵山橋集團(tuán)有限公司、中鐵寶橋集團(tuán)有限公司、北京交通大學(xué)等十多家單位組成的聯(lián)合課題組，歷時六年，多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)，歷經(jīng)理論研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試制生產(chǎn)、試鋪試驗(yàn)等研發(fā)過程，完成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的時速250公里和350公里的18號、42號、62號有砟及無砟軌道基礎(chǔ)系列高速道岔的研制，并在武廣、滬杭等高速鐵路線上鋪設(shè)，通過了最高試驗(yàn)速度410公里/小時、運(yùn)營速度350公里/4,時的考核，已在哈大(哈爾濱一大連)、京鄭(北京一鄭州)、鄭武(鄭州一武漢)等高速鐵路線上大規(guī)模推廣應(yīng)用，市場份額已達(dá)75%以上。

我國高速鐵路道岔的成功研制，為我國高速鐵路建設(shè)提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)備，顯著推動了道岔行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，打破了德、法兩國對國際高速道岔市場的壟斷，開始出口到國外，并迫使德、法兩國的高速道岔在我國大幅度降低銷售價格，為我國高速鐵路建設(shè)節(jié)約了數(shù)十億元的直接投資。

金屬礦業(yè)在近代工業(yè)文明的進(jìn)程中可謂居功至偉，但它對生態(tài)環(huán)境的破壞給人類帶來巨大沖擊。我國金屬礦山頗多，金屬礦開采已成為各行業(yè)中最嚴(yán)重的污染源和災(zāi)害源之一。礦山設(shè)計(jì)優(yōu)化理論和方法一直以經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率為目標(biāo)，結(jié)果往往是造成更大的生態(tài)環(huán)境沖擊。.本項(xiàng)目基于金屬礦產(chǎn)生產(chǎn)系統(tǒng)的資源代謝、生態(tài)足跡理論和采礦學(xué)等，開展交叉研究；從源頭減量視角出發(fā)，緊緊結(jié)合金屬礦床開采系統(tǒng)及其生產(chǎn)工藝過程，開展礦床開采的生態(tài)壓力度量、開采工藝與生態(tài)壓力的耦合關(guān)系、生態(tài)壓力的成本化、生態(tài)化設(shè)計(jì)優(yōu)化理論和方法等關(guān)鍵問題的研究，革新礦山設(shè)計(jì)理念，逐步構(gòu)建生態(tài)化設(shè)計(jì)優(yōu)化原理和方法體系。目前，金屬礦山生態(tài)化設(shè)計(jì)在國內(nèi)外幾乎還是空白，本項(xiàng)目具有前沿性和開拓性，其成果不但有重要學(xué)術(shù)價值，而且對金屬礦山節(jié)能、減排、降耗，推進(jìn)金屬礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大現(xiàn)實(shí)意義。