高速鐵路道岔輪軌接觸理論與設(shè)計(jì)優(yōu)化研究項(xiàng)目摘要

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(dòng)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(duì)等效錐度、輪對(duì)傾角、單輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律，提出道岔動(dòng)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(dòng)力學(xué)，對(duì)道岔動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)法進(jìn)行校核，對(duì)高速列車過岔安全性與平穩(wěn)性進(jìn)行仿真分析和評(píng)估；基于課題組前期研究的輪對(duì)橫移測(cè)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(chǎng)列車高速過岔時(shí)的輪軌橫移測(cè)試、道岔區(qū)輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化測(cè)試、共同承載鋼軌的動(dòng)載分配測(cè)試等試驗(yàn)研究，對(duì)所建立的道岔區(qū)輪軌接觸理論、動(dòng)力設(shè)計(jì)方法、仿真評(píng)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。

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(duì)等效錐度、輪對(duì)傾角、單輪對(duì)蛇行運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律，提出了道岔動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)方法；建立了列車/道岔耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)道岔動(dòng)力參數(shù)設(shè)計(jì)法進(jìn)行了校核，并對(duì)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(píng)估；本項(xiàng)目基于前期研究的輪對(duì)橫移測(cè)試、道岔區(qū)輪軌接觸幾何狀態(tài)可視化測(cè)試、共同承載鋼軌的動(dòng)載分配測(cè)試、高速道岔實(shí)車動(dòng)力測(cè)試等試驗(yàn)研究，對(duì)所建立的道岔區(qū)輪軌接觸理論、動(dòng)力設(shè)計(jì)方法、仿真評(píng)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(huì)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(dòng)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(shí)的輪軌動(dòng)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(duì)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(duì)橫向位移越大，對(duì)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(duì)過岔時(shí)的蛇行運(yùn)動(dòng)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(duì)提高車體的橫向穩(wěn)定性是有利的。（5）通過對(duì)等效錐度、輪對(duì)傾角、動(dòng)力附加力、蛇行運(yùn)動(dòng)振幅四項(xiàng)動(dòng)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)。

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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)分析

第六節(jié)道岔動(dòng)力學(xué)仿真評(píng)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(dòng)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(shí)，本書內(nèi)容對(duì)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(dòng)作用。該書對(duì)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(jià)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(hào)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(shí)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(shí)產(chǎn)權(quán)的時(shí)速250公里和350公里的18號(hào)、42號(hào)、62號(hào)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(shí)、運(yùn)營速度350公里/4,時(shí)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(chǎng)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(dòng)了道岔行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，打破了德、法兩國對(duì)國際高速道岔市場(chǎng)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(jià)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(duì)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(jià)值，而且對(duì)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。