1客专扣件讲稿扣件技术发展090330.ppt

1、客运专线扣件系统技术详解DESCRIPTION OF TECHNOLOGYON RAIL FASTENING SYSTEM FOR PDL,中国铁道科学研究院 CHINA ACADEMY OF RAILWAY SCIENCES 2009.4,客运专线扣件系统技术详解,讲解内容,第一讲 国内外扣件技术发展 第二讲 客专扣件系统自主研发情况 第三讲 自主研发扣件技术说明 第四讲 相关技术标准 第五讲 产品制造 第六讲 产品检验 第七讲 组装铺设和养护维修,客运专线扣件系统技术详解,世界各国扣件系统概况 我国扣件系统的发展历程 客运专线扣件系统技术要求和技术关键 扣件系统结构分析,第一讲 国内外扣件

2、技术发展,第一讲 国内外扣件技术发展,1. 世界各国有砟轨道扣件系统概况,各国铁路针对具体的运营条件与线路条件，采用不同的扣件型式。以下主要介绍日本、德国、英国、法国等国家高速铁路所采用的扣件系统。,日本 102型扣件 英国 PANDROL扣件 e系列 FAST扣件 德国 VOSSLOH扣件 W14型 法国 NABLA扣件,一、世界各国扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,1. 世界各国有砟轨道扣件系统概况,日本 102型扣件,弹性不分开式 有挡肩 有螺栓扣压 高低调整10mm 轨距无级调整 扣压力 5kN 弹程12mm 静刚度60kN/mm,一、世界各国扣件系统概况,英国 PANDROL

3、e系列扣件,1. 世界各国有砟轨道扣件系统概况,弹性不分开式 无挡肩 无螺栓扣压 高低不调整 轨距有级调整 -8+4mm 扣压力 11kN 弹程13mm 静刚度：80100kN/mm,一、世界各国扣件系统概况,1.世界各国有砟轨道扣件系统概况,英国 PANDROL FAST CLIP扣件,弹性不分开式 无挡肩 无螺栓扣压,高低不调整 轨距有级调整 -8+4mm 扣压力 10kN 弹程12mm 静刚度 80100kN/mm,一、世界各国扣件系统概况,德国 VOSSLOH W14型扣件,弹性不分开式 有挡肩 有螺栓扣压 高低调整10mm 轨距有级调整 -8+4mm 扣压力 10kN 弹程13mm

4、静刚度 5070kN/mm,1. 世界各国有砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,法国 NABLA扣件,弹性不分开式 有挡肩 有螺栓扣压 高低调整10mm 轨距有级调整 -8+4mm 扣压力 11kN 弹程9mm 静刚度 70kN/mm,1. 世界各国有砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,由于无砟轨道对扣件系统设计的特殊要求，各国铁路针对具体的运营条件与线路条件，采用不同的扣件型式。,荷兰无砟轨道扣件 DE 日本无砟轨道扣件 直结4型 直结5型 直结7型 直结8型 直结8k型 德国VOSSLOH无砟轨道扣件 336型 300型 DFF300

5、型 DFF14型 德国RST无砟轨道扣件 英国PANDROL无砟轨道扣件 FAST型 SFC型 前苏联无砟轨道扣件 型 桥上板式轨道扣件,一、世界各国扣件系统概况,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,荷兰 DE型扣件,弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 无螺栓扣压 高低调整8mm 轨距无级调整6mm 扣压力 10kN 静刚度 47kN/mm,一、世界各国扣件系统概况,最早的无砟轨道扣件系统,日本 直结4型,弹性不分开式 有挡肩 无铁垫板 有螺栓扣压,高低调整 10mm 轨距无级调整6mm 扣压力 3kN 静刚度 60kN/mm,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,直结5型,

6、弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 有螺栓扣压 扣压力 3kN,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,高低调整 50mm 轨距无级调整15mm,直结7型,高低调整 40mm 轨距无级调整10mm,静刚度 60kN/mm,日本 直结8k型,弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 有螺栓扣压,高低调整 40mm 轨距无级调整10mm 扣压力 3kN 静刚度 约60kN/mm,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,德国 VOSSLOH 336型,弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 有螺栓扣压 扣压力 12kN,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,德

7、国 VOSSLOH 300型,弹性不分开式 有挡肩 带铁垫板 有螺栓扣压 高低调整 -4+26mm 轨距调整16mm 扣压力 9kN 静刚度 22.5kN/mm,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,德国,分开不分开式混合 有无挡肩混合 带铁垫板 有螺栓扣压,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,VOSSLOH DFF14型,高低调整 60mm 轨距调整 46mm 扣压力 9kN 静刚度 22.5kN/mm,VOSSLOH DFF300型,德国 RST,弹性分开式 有挡肩 带铁垫板 有螺栓扣压 高低调整 -6+52mm 轨距调整10mm 扣压力

8、9kN,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,英国 PANDROL SFC,高低调整 30mm 轨距调整12mm 扣压力 10kN 静刚度 3050kN/mm,弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 无螺栓扣压,2. 世界各国无砟轨道扣件系统概况,一、世界各国扣件系统概况,英国 PANDROL FAST,弹性分开式 无挡肩 带铁垫板 无螺栓扣压 高低不调整,前苏联,一、世界各国扣件系统概况,弹性分开式 有挡肩 有螺栓扣压,桥上板式轨道扣件,型,法国无砟轨道扣件,法国无砟轨道采用与有砟轨道相同的Nabla扣件，在枕下或混凝土支承块下采用靴套式弹性垫层以替代(模拟) 道砟道床所提供的

9、弹性。英吉利海峡隧道内弹性支承块式无砟轨道，就是法国无砟轨道的实例，有砟轨道扣件成套技术在无砟轨道上的应用。,螺栓扣板式扣件 63型扣板式扣件 70型扣板式扣件,67型弹片式扣件 弹片I型调高扣件,有螺栓弹条扣件 弹条I型扣件 弹条II型扣件 弹条I型调高扣件 无螺栓弹条扣件 弹条III型扣件 小阻力弹条扣件,我国从57年开始混凝土枕用扣件研究，采用过多种扣件型式。,1. 我国有砟轨道扣件系统的发展,二、我国扣件系统的发展历程,二、我国扣件系统的发展历程,扣板式扣件,1. 我国有砟轨道扣件系统的发展,二、我国扣件系统的发展历程,63型扣板式扣件,螺栓扣板式扣件,70型扣板式扣件,弹片式扣件,1

10、. 我国有砟轨道扣件系统的发展,二、我国扣件系统的发展历程,弹片I型调高扣件,67型拱形弹片式扣件,弹条I、II型扣件,1. 我国有砟轨道扣件系统的发展,二、我国扣件系统的发展历程,弹条I型调高扣件,弹条III型扣件,1-弹条 2-预埋铁座 3-尼龙轨距块 4-轨下胶垫,1. 我国有砟轨道扣件系统的发展,二、我国扣件系统的发展历程,小阻力弹条扣件,2. 我国无砟轨道扣件系统的发展,TFM型扣件 TF-Y型弹性扣件 64型扣件,我国从60年代开始无砟轨道的研究，采用过多种扣件型式。,秦岭隧道整体道床用弹性扣件 WJ-1型扣件 WJ-2型扣件 弹条I、II型弹性分开式扣件 WJ-3型扣件 弹条II

11、I型弹性分开式扣件 WJ-4型扣件,二、我国扣件系统的发展历程,TFY型扣件,2. 我国无砟轨道扣件系统的发展,二、我国扣件系统的发展历程,秦岭隧道整体道床用弹性扣件,弹条I、II型分开式扣件,WJ-3型扣件,2. 我国无砟轨道扣件系统的发展,二、我国扣件系统的发展历程,弹条III型分开式扣件,WJ-4型扣件,WJ-1型扣件,2. 我国无砟轨道扣件系统的发展,二、我国扣件系统的发展历程,WJ-2型扣件,2. 我国无砟轨道扣件系统的发展,二、我国扣件系统的发展历程,三、客运专线扣件系统技术要求与技术关键,1. 客运专线扣件系统技术要求 由于客运专线列车运行速度高、密度大，对扣件有更高的技术要求。

12、客运专线用扣件系统应具有以下主要性能。,三、客运专线扣件系统技术要求与技术关键,保持轨距能力 扣件系统应保持由钢轨和混凝土轨枕（或混凝土轨道板）组成的轨道框架几何特征稳定，即保持轨距和防止轨距扩大，同时增强轨道框架的弯曲和扭转刚度，以保证轨道框架的稳定性。,防爬阻力 扣件系统应防止钢轨相对于轨枕的纵向位移，即防止钢轨爬行，这就需要扣压件有足够的扣压力并且扣压力衰减小。 桥上轨道结构设计必须要考虑桥上无缝线路的铺设要求。线路纵向阻力如果太大，将会相应增加线路传递到桥梁墩台的纵向力和钢轨本身的应力；如果太小，可能导致钢轨爬行或在冬季发生断轨时断缝过大而影响行车安全。因而桥上扣件系统设计还应考虑这些

13、影响。,零部件和维修工作量 客运专线轨道维修只能在很短的封锁点内进行，因而要求扣件系统零部件少和养护维修工作量少。这就要求扣件各部件有足够的强度，在期望的使用寿命周期内扣件各部件不产生疲劳伤损和显著的残余变形；同时要求扣件有更好的性能，当扣压件和轨下弹性垫层产生磨耗和残余变形时，扣件阻力减少不大，扣件螺栓无需经常进行复拧。 平顺性 扣件系统应保证钢轨具有更好的平顺性。良好的平顺性可以降低由于轨道不平顺引起的激振，减少列车通过时的振动，从而提高乘客舒适度。,三、客运专线扣件系统技术要求与技术关键,减振性能 轨道的动力效应与行车速度有直接关系，高速列车通过时，轨道动力效应将急剧增大。因而要求扣件系

14、统有良好的减振性能，即要求采用弹性更好的缓冲垫板。 与有砟轨道相比，无砟轨道结构中由于取消了提供线路弹性的道碴层，这样就要求无砟轨道扣件系统具有比有砟轨道更好的弹性，以最大限度地降低轨道的振动，减缓轮轨间的冲击。对于客运专线无砟轨道来说，要求扣件系统各节点刚度一致，以减小动力不平顺。,三、客运专线扣件系统技术要求与技术关键,绝缘性能 为保证行车绝对安全，要求扣件系统有良好的绝缘性能，保证轨道电路正常工作。由于我国铁路信号制式的特殊性，轨道电路参数的要求特别高，这样我国客运专线对扣件系统的绝缘性能有更高要求。,钢轨高低与左右位置调整能力 由于无砟轨道结构中的扣件系统直接将钢轨与混凝土道床联接在一

15、起，受施工误差和混凝土基础变化等因素的影响，钢轨高低和轨向的变化不能象有砟轨道那样进行起道和拨道作业，只能通过扣件进行调整，因此，无砟轨道结构要求其所用扣件系统具有一定的调高和调整轨向即钢轨左右位置的能力。 对于桥上无砟轨道来说，受梁体收缩徐变上拱、墩台沉降等因素的影响，钢轨高低的变化更大，因此要求其所用扣件系统具有更大的钢轨高低调整能力。,三、客运专线扣件系统技术要求与技术关键,2.客运专线扣件系统技术关键,由于客运专线以乘客舒适和安全为主要目标，客运专线无砟轨道成段线路铺设，已不再是单一的下部基础结构，涉及到桥梁、隧道、路基等下部各种结构基础，要满足运营条件的要求，需要解决以下扣件系统主要

16、技术关键问题。,三、客运专线扣件系统技术要求与技术关键,具有良好的减振性能 无砟轨道扣件应具有比有砟轨道扣件更好的弹性，但弹性又不能无限制提高，否则会导致列车通过时钢轨倾翻很大从而动态轨距扩大影响列车的平顺性。如何确定系统的刚度与轨道刚度的匹配，如何实现扣件具有较低的刚度而且行车安全是扣件系统需要解决的技术关键。,具有较高的绝缘性能，满足轨道电路要求 根据轨道电路的要求，扣件系统不仅在干燥情况下具有较高的绝缘性能，而且在特大降雨情况下也应具有较高的绝缘性能。这就要求扣件系统结构上采取特殊技术措施提高水膜电阻。,三、客运专线扣件系统技术要求与技术关键,满足无缝线路铺设要求的扣件系统的通用性 因铺

17、设无缝线路的要求，隧道内和路基上扣件系统应有足够的防爬阻力，一般情况下防爬阻力越大越对无缝线路有利，因而往往采用扣压力较大的弹条扣压钢轨。而桥上扣件系统为满足铺设无缝线路的要求通常采用小阻力弹性扣件，即采用扣压力较小的弹条扣压钢轨且配合采用较低摩擦系数的复合垫板。因此要求扣件系统应同时具备安装大扣压力弹条和小扣压力弹条的功能。,各种无砟轨道结构上扣件系统的通用性 各种无砟轨道结构不一，但从设计、施工及运营管理角度要求扣件系统具有通用性，无论轨枕埋入式还是板式无砟轨道，所采用扣件系统均应可安装，即扣件系统可适应各种不同类型的无砟轨道结构。,扣压力衰减与疲劳寿命 轨下弹性垫层刚度降低，意味着列车通

18、过时有较大的变形，弹条前端的动态变形加大，这就对弹条的弹性性能和疲劳性能提出了较高的要求，如何解决在采用较低刚度轨下弹性垫层时弹条的扣压力衰减及大变形下的疲劳寿命也是技术关键之一。,三、客运专线扣件系统技术要求与技术关键,扣件系统与基础的可靠联结 无砟轨道扣件一般采用带铁垫板的弹性分开式扣件，根据功能要求，铁垫板通过锚固螺栓与混凝土基础中预埋绝缘套管配合紧固在基础上。根据以往工程实践，混凝土基础中预埋件的强度和疲劳寿命是薄弱环节，采取措施有效地提高预埋绝缘套管的强度和疲劳寿命是需要解决的技术关键之一。,较少备件且作业方便模式实现钢轨高低左右位置调整 总结我国无砟轨道工程实践经验，钢轨高低和左右

19、位置调整量较大而且要求进行精细调整。因此采用的扣件系统结构应具有采用较少备件而且作业方便的模式实现调整钢轨高低和左右位置。在进行左右位置调整时应尽量不更换部件，而且调整模式最好是无级调整。,1.扣压件形式,1) 世界各国采用的扣压件形式,四、扣件系统结构分析,四、扣件系统结构分析,视国情与使用习惯不同，世界各国铁路分别采用弹片和弹条作为扣压件。,法国 日本 弹片 英国PANDROL 扣件 德国VOSSLOH扣件 弹条 荷兰D.E型扣件 瑞典的Fist扣件 弹条 前苏联 型扣件为弹条式, 型扣件则为弹片式。,67型拱形弹片扣件，九江长江大桥WJ-1型小阻力扣件 弹片 弹条型、 型、 型扣件小阻力

20、扣件 弹条,2) 我国采用扣压件的形式,弹条扣压件与弹片扣压件各有利弊。,弹条 弹片,2.扣压件紧固方式,有螺栓紧固方式 无螺栓紧固方式,两种形式各有利弊。 有螺栓式扣件便于轨道高低调整，扣压件扣压力衰减后可复拧螺栓恢复扣压力，但零部件较多，需进行涂油作业，养护维修工作量相对较大。 无螺栓式扣件零部件较少，无需进行涂油作业，养护维修工作量相对较小。但不能调整钢轨高低位置。,四、扣件系统结构分析,3.扣件系统与基础联结方式,1）锚入螺栓式,四、扣件系统结构分析,荷兰无砟轨道扣件和德国VOSSLOH 336型扣件与基础的联结方式均为锚入螺栓式。联结螺栓用胶粘剂锚入混凝土孔中。我国有砟轨道用的硫磺锚

21、固也属这种方式。,优点：构造简单、成本低、强度高。 缺点：螺栓不能取出，不便进行换轨作业， 螺栓一旦损坏，更换困难。 绝缘性能较差。,2）预埋套管式,四、扣件系统结构分析,将螺旋套管预埋于混凝土基础中或以胶粘剂将套管固定于混凝土孔中，借以旋入螺栓的方式。,套管的材料分：木质、塑料、钢，前者因强度和耐久性差，后者因绝缘性能差而很少采用。目前套管的材料大部分为工程塑料，也有将钢螺纹套与塑料外套结合到一起的套管。,大部分国家的无砟轨道扣件系统采用塑料套管的方式，我国也基本采取这一形式。日本最新研制的无砟轨道联结套管采用内嵌钢螺纹套的形式，澳大利亚等国家铁路也采取这种形式。 由于预埋螺旋套管方式可使得

22、螺栓旋进卸出，避免了锚入螺栓式的缺点，但这种方式成本较高，有些地段采用时套管内螺纹出现不足。而内嵌钢螺纹套的塑料套管在使用中钢螺纹套容易生锈，影响使用。,3）T型螺栓式,四、扣件系统结构分析,日本直结5、7、8型扣件和前苏联无砟轨道扣件均采用这种形式，它是把螺栓的一端作成T形，并在混凝土基础中安放金属或塑料卡套卡住螺栓的T形头部以进行固定。,很多国家铁路将这种形式更换成了预埋套管方式，如日本将直结8型扣件的这种联结方式改变成预埋套管方式而演变为直结8K型扣件。,优点：使螺栓不必设置螺纹而提高螺栓强度，同时螺栓也实现了可拆卸的功能。,缺点：混凝土基础本部位构造复杂，而且卡套一旦损坏，不易维修。,

23、4.扣件结构,按与道床的联结方式区分 不分开式扣件 分开式弹性扣件 按承受水平力的方式区分 有挡肩扣件 无挡肩扣件,四、扣件系统结构分析, 不分开式扣件,钢轨由扣件直接联结于混凝土轨枕或整体道床，零部件少，连接牢固，但钢轨高低调整量较小，且紧固件的工作条件复杂。, 分开式扣件,通常为带铁垫板的扣件，钢轨由扣压件紧固于铁垫板上，铁垫板通过锚固螺栓与预先埋设于混凝土轨枕或整体道床的绝缘套管配合或其它方式直接紧固在基础上，钢轨高低调整量大，而且轨下和铁垫板下均设弹性垫层提供弹性，减振效果较好，但零部件较多，维修工作量相对较大。,各国铁路有砟轨道扣件均为不分开式结构，我国铁路有砟轨道扣件也均为不分开式

24、结构。各国铁路无砟轨道扣件基本上为分开式结构，但也有的为不分开式结构，如日本无砟轨道用直结4型扣件为不分开式结构，德国无砟轨道VOSSLOH 300型扣件为带铁垫板的不分开式结构。我国铁路无砟轨道扣件基本上为分开式结构。, 有挡肩扣件,混凝土轨枕或混凝土整体道床上设承轨槽，由钢轨传来的横向荷载主要由混凝土承轨槽挡肩承受，横向承载能力较大，这种方式扣件零部件承受横向力较小，如采用分开式扣件，钢轨高低调整量更大。, 无挡肩扣件,混凝土轨枕或混凝土整体道床上不设承轨槽，由钢轨传来的横向荷载主要由埋设挡肩或紧固铁垫板的锚固螺栓承受和摩擦力克服，承载能力相对较小，由于不设挡肩，特别适合无砟轨道尤其是板式

25、轨道使用。如采用分开式扣件，钢轨高低调整量较大。,四、扣件系统结构分析,对有砟轨道用扣件 英国、瑞典、荷兰、美国、巴西等国均采用无挡肩扣件，日本、德国、法国等国均采用有挡肩扣件。 对无砟轨道用扣件 日本直结4型、德国RST扣件、德国VOSSLOH 300型、前苏联型和桥上板式轨道扣件以及我国的TF-Y型扣件为有挡肩扣件，其它无砟轨道扣件基本上均为无挡肩扣件。,5. 技术总结,1）各主要类型有砟轨道扣件系统结构分析,四、扣件系统结构分析,5. 技术总结,1）各主要类型有砟轨道扣件系统结构分析,四、扣件系统结构分析,5. 技术总结,2） 各主要类型无砟轨道扣件系统结构分析,四、扣件系统结构分析,2） 各主要类型无砟轨道扣件系统结构分析,四、扣件系统结构分析,2） 各主要类型无砟轨道扣件系统结构分析,四、扣件系统结构分析,2） 各主要类型无砟轨道扣件系统结构分析,四、扣件