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400 km·h-1高速道岔号码选型与结构优化

王璞 王树国 王猛 赵振华 司道林 马思远 孙照亮

王璞, 王树国, 王猛, 赵振华, 司道林, 马思远, 孙照亮. 400 km·h-1高速道岔号码选型与结构优化[J]. 交通运输工程学报, 2023, 23(3): 114-126. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.03.008
引用本文: 王璞, 王树国, 王猛, 赵振华, 司道林, 马思远, 孙照亮. 400 km·h-1高速道岔号码选型与结构优化[J]. 交通运输工程学报, 2023, 23(3): 114-126. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.03.008
WANG Pu, WANG Shu-guo, WANG Meng, ZHAO Zhen-hua, SI Dao-lin, MA Si-yuan, SUN Zhao-liang. Number selection and structural optimization of 400 km·h-1 high-speed turnout[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2023, 23(3): 114-126. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.03.008
Citation: WANG Pu, WANG Shu-guo, WANG Meng, ZHAO Zhen-hua, SI Dao-lin, MA Si-yuan, SUN Zhao-liang. Number selection and structural optimization of 400 km·h-1 high-speed turnout[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2023, 23(3): 114-126. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.03.008

400 km·h-1高速道岔号码选型与结构优化

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2023.03.008
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51878661

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划 P2021G053

中国铁道科学研究院集团有限公司重大项目 2022YJ177

详细信息
    作者简介:

    王璞(1988-),男,河北沧州人,中国铁道科学研究院集团有限公司副研究员,工学博士,从事轨道工程研究

    通讯作者:

    王树国(1974-),男,山东聊城人,中国铁道科学研究院集团有限公司研究员,工学博士

  • 中图分类号: U213.6

Number selection and structural optimization of 400 km·h-1 high-speed turnout

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51878661

Science and Technology Research and Development Project of China State Railway Group Co., Ltd P2021G053

Major Project of China Academy of Railway Sciences Co., Ltd 2022YJ177

More Information
  • 摘要: 基于中国高速铁路进一步提升运营速度的需求,系统研究了400 km·h-1高速道岔号码选型与结构优化方法;基于车辆-道岔耦合动力学仿真,分析了道岔号码与平顺性的关系,并给出了号码选型建议;研究了道岔线型对动力学性能的影响,并考虑既有岔枕通用原则,提出了线型优化方案;建立了客专线18号道岔尖轨转换原型试验平台,研究了尖轨不足位移的影响因素与影响机制,提出了尖轨不足位移的控制方法;基于有限元理论,建立了道岔区轨道刚度计算模型,结合岔区钢轨动位移现场实测数据,提出了岔区轨道刚度目标取值与均匀化方案。研究结果表明:在现有车站布置方案条件下,400 km·h-1高速道岔仍建议选择18号道岔;将400 km·h-1高速道岔相离值增大至28 mm,可显著提升耐磨性能与使用寿命,也可实现岔枕通用;综合考虑系统匹配设计、制造工艺、工电结合要求等多方面因素,建议将第三牵引点至固定端距离减小600 mm,可减小尖轨不足位移,同时最小轮缘槽和第三牵引点牵引力符合规范要求;建议改进高速道岔辙叉结构设计方法,根据实际受力确定心轨弹性变形状态,在此基础上进行连接件与心轨转换设计;建议岔区目标刚度由25±5 kN·mm-1减小为23±3 kN·mm-1

     

  • 图  1  仿真结果

    Figure  1.  Simulation results

    图  2  基于18、21和42号道岔的车辆-道岔动力学响应

    Figure  2.  Vehicle-turnout dynamic responses based on No. 18, 21 and 42 turnouts

    图  3  18号高速道岔曲尖轨磨耗

    Figure  3.  Wear of curved switch rail of No. 18 high-speed turnout

    图  4  车体横向加速度响应对比

    Figure  4.  Comparison of lateral acceleration responses of vehicle body

    图  5  不同可动段长度条件下尖轨不足位移分布特性

    Figure  5.  Distribution characteristics of insufficient displacements of switch rail under different movable section lengths

    图  6  预弯前后尖轨不足位移分布特性

    Figure  6.  Distribution characteristics of insufficient displacements of switch rail before and after pre-bending

    图  7  心轨转换计算模型

    Figure  7.  Calculation model of point rail conversion

    图  8  弹性铁垫板

    Figure  8.  Elastic iron plate

    表  1  标准动车组常规启动与制动距离

    Table  1.   Normal starting and braking distances of standard EMUs

    动车组 启动距离/m 制动距离/m
    0~80 km·h-1 0~90 km·h-1 0~100 km·h-1 备注 0~80 km·h-1 0~90 km·h-1 0~100 km·h-1 备注
    CR400 521 673 850 100%牵引力 260 329 406 紧急制动
    703 911 1 152 75%牵引力 311 393 485 常用7级
    1 083 1 408 1 786 50%牵引力 561 710 877 常用4级
    5 742 7 813 10 427 12.5%牵引力 2 352 2 976 3 674 常用1级
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    表  2  不同相离值下道岔平面参数

    Table  2.   Plane parameters of turnout under different mutual distances

    方案 相离值/mm 半切点位置尖轨宽度/mm 尖轨直线段长度/mm 转辙始角/(°) 动能损失 下股支距最大偏差/mm
    客专线(07)009 12 26.8 5 168 0.297 2 0.17
    方案1 28 57.9 7 855 0.422 1 0.35 13.9
    方案2 34 69.2 8 652 0.458 0 0.41 18.8
    方案3 35 71.0 8 779 0.463 6 0.42 19.6
    方案4 36 72.9 8 902 0.469 1 0.43 20.5
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    表  3  动力学响应峰值

    Table  3.   Dynamics response peaks

    方案 轮对横移最大值/mm 轮对横移恢复值/mm 车体横向加速度/(m·s-2) 轮轨垂向力/kN 轮轨横向力/kN 轮缘接触尖轨/mm 脱轨系数
    客专线(07)009 13.8 8.0 0.581 65.880 37.780 2.43 0.57
    方案1 14.3 4.8 0.666 70.856 48.535 1.69 0.68
    方案2 14.4 3.0 0.740 72.230 51.430 1.56 0.71
    方案3 14.5 2.7 0.750 72.430 51.880 1.53 0.71
    方案4 14.5 2.4 0.760 72.640 52.340 1.52 0.72
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-21
  • 网络出版日期:  2023-07-07
  • 刊出日期:  2023-06-25

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