高速道岔用钢岔枕的力学性能

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摘要：在道岔尖轨及可动心轨牵引点处设有钢岔枕，从根本上解决了电务设备占用枕木空间的问题，为机械化捣固作业创造了条件。该文运用有限元软件ANSYS对钢岔枕进行受力分析，研究了高速道岔采用钢岔枕的可行性。

关键词：牵引点；钢岔枕；捣固；有限元；高速道岔

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）09-2261-03

1 概述

为适应大型养路机械作业的需要，在道岔尖轨及可动心轨牵引点处设有钢岔枕，将道岔电务转换杆件甚至转辙机均放于岔枕内，不占用道岔捣固空间，从根本上解决了电务设备占用枕木空间的问题，为机械化捣固作业创造了条件[1]。

1996年研制的提速道岔，全面采用了钢岔枕。经过几年的运营实践，取得了一定的经验，也发现了部分不足，之后采取有关的措施，如增加筋板的数量，以提高钢岔枕的挠曲刚度； 在钢枕底面焊接不规则条块，以增大钢枕的摩擦系数，防止钢枕爬行等。随着高速道岔的推广，有必要对设计时速为250km/h与350km/h的高速客运道岔用钢岔枕进行专门的研究分析，完善并提高钢岔枕设计水平。

2 钢岔枕结构特点

钢岔枕的结构形式与普通岔枕不同，如图1。

与普通岔枕相比，钢岔枕在两个上翼缘处承受列车荷载，因而有两个作用点，且为偏心作用；在偏心力作用下钢岔枕的扭转变形不容忽视[2]，因此在轮载作用处设置筋板，增大钢岔枕的抗扭转变形能力；耳板采用通长耳板，以增加其稳定性；钢岔枕尺寸既应满足转辙机设备安装空间要求，也应保证钢岔枕及相邻混凝土岔枕能进行大型养路机械作业。

3 有限元模型建立及仿真分析

本文主要运用大型有限元分析软件ANSYS对钢岔枕进行受力分析，并提取计算结果。对钢岔枕进行性能分析和模拟时，有以下三个过程：

1）前处理：运用UG NX4.0软件对钢岔枕进行建模，建立合理的有限元分析模型。

2）有限元分析：将三维模型导入ANSYS软件中，定义计算参数与边界条件，并划分网格，然后对有限元模型进行单元特性分析、有限元系统求解和有限元结果生成。

3）后处理：根据模型与设计要求，提取图形及数字结果，辅助用户判定计算结果与设计方案的合理性。

3.1 模型建立

将UG NX4.0建立的钢岔枕模型导入ANSYS中，建立如图2模型。

3.2 仿真分析

3.2.1 计算参数

车轮动荷载：19t轴重客车250km/h和17t轴重客车350km/h运行时的准静态荷载作为高速条件下的竖向荷载，即竖向力P=300kN。钢岔枕所受荷载按照（准静态）车轮动荷载的0.4倍考虑，即四处作用点合力为120KN。道床竖向支承线刚度78.85kN/mm。

钢岔枕材料属性：铸钢ZG230-450，弹性模量为211GPa，屈服强度为248MPa。

3.2.2 划分单元网格

对模型进行自由网格划分，并定义钢岔枕属性。

3.2.3 计算结果分析

有限元计算并提取Z向位移、节点总位移、节点最大应力数据，如图4-6所示。Z向最大位移为0.07mm，节点最大位移为0.072mm。单元应力强度最大为40.59MPa。

计算结果表明：钢岔枕受高速列车轮载作用后，节点位移低于普通岔枕的垂向位移0.3mm；节点最大应力远小于屈服强度值。说明该钢岔枕结构的抗压及抗扭转能力满足设计要求，理论上说明高速道岔用钢岔枕的可行性[3]。

4 结束语

1）前述结果表明耳板采用通长耳板、增加筋板可有效避免钢岔枕出现倾斜的现象，提高轮载作用点的抗变形能力[4]；2）若采用钢板焊接工艺，加强对轮载作用点处的焊点要求；3）建议采用整体轧制，整体性能好，目前国内已有通过静载及疲劳试验的整铸钢岔枕。

参考文献：

[1] 侯爱滨.道岔用钢岔枕的设计[J].铁道标准设计，2002（4）：49-50.

[2] 王平.钢岔枕的力学特性分析及其改进措施[J].铁道建筑，2000（1）：8-10.

[3] 王锐.提速道岔钢岔枕振动分析研究[J].科技咨询，2009（17）.

[4] 代永波.提速Ⅰ型道岔钢岔枕改造实施方案[J].山西建筑，2008，38（29）.