高速道岔尖軌矯直理論及應(yīng)用研究.pdf

1、高的平順性是提高列車過岔速度、提高旅客乘坐舒適性及保障列車運(yùn)行安全的基礎(chǔ)，因此高速道岔對(duì)制造精度要求非常高。尖軌矯直是高速道岔生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)之一，尖軌矯后線形對(duì)道岔的平順性等制造精度影響較大，軌底殘余應(yīng)力影響尖軌的使用壽命。當(dāng)前尖軌矯直仍停留在憑操作者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行粗放生產(chǎn)的水平，需多次反復(fù)才能矯直合格，返工率高，產(chǎn)品報(bào)廢也時(shí)有發(fā)生，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，而且達(dá)到高精度要求比較困難，影響高速道岔生產(chǎn)進(jìn)度，增加產(chǎn)品成本。本文針對(duì)高速道岔尖軌的

2、矯直特點(diǎn)，基于彈塑性理論，通過理論分析、有限元數(shù)值計(jì)算，對(duì)高速道岔尖軌矯直理論及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，論文的主要研究工作如下： (1)尖軌矯直理論研究 在分析壓力矯直基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上，通過采用彈塑性理論，建立具有復(fù)雜斷面特性的高速道岔尖軌矯直力學(xué)分析模型，對(duì)尖軌矯直的彈塑性區(qū)域分布、矯直應(yīng)力、殘余應(yīng)力、尖軌矯直撓度及殘余幾何形態(tài)進(jìn)行分析討論，研究尖軌矯直機(jī)理，建立相應(yīng)的計(jì)算公式。采用數(shù)值計(jì)算方法，通過編程求解尖軌不規(guī)則形狀

3、截面彈塑性區(qū)域分布方程、應(yīng)力方程及撓度方程。 (2)尖軌矯直有限元分析研究 針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件，無法用解析法求解矯直參數(shù)的工程難題，采用彈塑性有限元法，建立尖軌矯直三維實(shí)體模型，對(duì)尖軌豎向矯直、橫向矯直及曲線尖軌頂彎進(jìn)行有限元分析計(jì)算，詳細(xì)分析尖軌豎向矯直、橫向矯直及曲線尖軌頂彎的線形變化、矯直應(yīng)力和殘余應(yīng)力分布規(guī)律。結(jié)果表明，豎向矯直與橫向矯直的線形變化、矯直應(yīng)力和殘余應(yīng)力分布規(guī)律不同，橫向矯直與項(xiàng)彎的線形變化、矯直應(yīng)力

4、和殘余應(yīng)力分布規(guī)律比較相似。 為驗(yàn)證本文采用的彈塑性有限元法及計(jì)算模型的正確性，進(jìn)行尖軌矯直試驗(yàn)。結(jié)果表明，有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差較小，本文采用的彈塑性有限元法及計(jì)算模型可用于尖軌矯直分析。 (3)尖軌矯直關(guān)鍵參數(shù)研究 加載支距和壓彎量是尖軌矯直的兩個(gè)關(guān)鍵矯直參數(shù)。分析不同加載支距及壓彎量條件下尖軌的殘余變形、矯直應(yīng)力、殘余應(yīng)力和矯直力的變化規(guī)律。結(jié)果表明，殘余變形、矯直應(yīng)力、殘余應(yīng)力和矯直力隨加載支距的增

5、大而減小，隨壓彎量的增大而增大。 (4)初始變形及矯直部位對(duì)尖軌矯直的影響研究 分析尖軌在不同初始變形條件下矯后殘余線形、矯直應(yīng)力和殘余應(yīng)力。結(jié)果表明，不同初始變形尖軌在相同矯直參數(shù)條件下殘余撓度、矯直應(yīng)力及殘余應(yīng)力相差不大。尖軌不同彎曲方向矯后殘余應(yīng)力及線形變化不同。 分析尖軌不同部位矯后殘余線形、矯直應(yīng)力和殘余應(yīng)力。結(jié)果表明，尖軌切削部位被削弱，抗彎模量變小，相同的壓彎量所需矯直力減小，殘余曲率、矯直應(yīng)力及殘

6、余應(yīng)力減小。 (5)尖軌矯直工藝及矯直質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 總結(jié)分析尖軌支點(diǎn)、壓點(diǎn)組合的確定方法及原則。采用有限元方法，編程計(jì)算尖軌矯直及尖軌頂彎的壓彎量。結(jié)果表明，給定尖軌初始曲率半徑條件下，加載支距越大，所需壓彎量也越大；相同加載支距下，初始曲率半徑越大，所需壓彎量越小。尖軌初始曲率半徑越小，矯直后軌底殘余拉應(yīng)力越大；曲線尖軌頂彎時(shí)加載支距越大，所需壓彎量也越大，但軌底最大殘余拉應(yīng)力相差不大。 建立尖軌矯直質(zhì)量評(píng)價(jià)方