【摘 要】
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重载铁路发达国家如美国、澳大利亚等,已普遍开行了轴重36-40 t的重载列车,而我国的重载运输依然采用25 t轴重。因此,开展大轴重重载铁路的研究,既有助于未来我国重载运输系统的升级,也大大助力我国铁路的“走出去”国家战略。论文搜集并对比分析了世界主要重载轨道的结构参数,对各国重载线路调查发现,现有建造、养护水平下,40 t轴重可行;适于40 t轴重、速度最高约90 km/h的轨道结构通常要求钢轨
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重载铁路发达国家如美国、澳大利亚等,已普遍开行了轴重36-40 t的重载列车,而我国的重载运输依然采用25 t轴重。因此,开展大轴重重载铁路的研究,既有助于未来我国重载运输系统的升级,也大大助力我国铁路的“走出去”国家战略。论文搜集并对比分析了世界主要重载轨道的结构参数,对各国重载线路调查发现,现有建造、养护水平下,40 t轴重可行;适于40 t轴重、速度最高约90 km/h的轨道结构通常要求钢轨规格为68 kg/m级及以上,强度为1300 MPa;轨枕间距0.6 m、道砟厚度不小于0.3 m,并确保有足够厚的底砟;路基承载力通常无法满足要求,需要进行强化处理。建立了轮轨接触模型、轨道模型及道床连续体模型等系列有限元模型,开展了钢轨强度校核、轨道结构强度分析及轨枕弯矩分析等计算,完成了40 t轴重重载铁路系统的有限元静态分析,结果表明:在大秦线轨道结构上开行速度不大于120 km/h的40t轴重列车时,路基表面应力将大于各国标准通常规定的0.13 MPa的路基承载力,高达0.17 MPa,路基必须经过强化处理才能满足要求;最优轨底坡取决于具体轮轨接触型面匹配;III型轨枕加宽或加长能有效提升其承载能力,考虑到道床的限界等因素,加宽轨枕应在40 t重载轨道设计中优先考虑。应用车辆—轨道耦合动力学原理与最新显式有限元方法,详细计算了美国五级路谱、车轮擦伤、钢轨焊接接头以及钢轨波磨等激励下轮轨力、扣件力、道床力的动态响应,激励频率范围从0.25 Hz直到近1000 Hz。结果显示:40 t轴重重载列车在最大时速为90 km/h运行时,最优轨垫动态刚度为165-300 MN/m;轮轨界面、轨枕和道床的动态系数分别为1.95、2.25和1.7。为了降低40 t轴重重载线路曲线段钢轨磨耗,采用车辆—轨道耦合动力学模型分析了车辆在不同速度下的曲线通过行为,分析表明:设置-10%左右的欠超高有利于降低曲线段钢轨磨损,尤其在半径小于600 m的小半径曲线段。
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