[实用新型]一种抗疲劳断裂ω型扣件高频弹条

说明书

本实用新型提供了一种抗疲劳断裂ω型扣件高频弹条，涉及铁路扣件系统领域，该高频弹条(20)为“ω”形左右对称结构，包括两端的弹条趾端(21)，中间半圆段(22)，两侧弯臂(23)，大曲线段(24)和弹跟弯曲段(25)，两端的弹条趾端(21)依次与两侧弯臂(23)、弹跟弯曲段(25)、大曲线段(24)连接至中间半圆段(22)成为一体，所述的大曲线段(24)的后端与弹跟弯曲段(25)相连接，所述的两侧弯臂(23)的顶点到弹条趾端(21)底面的垂向高度h不大于40mm，两侧弯臂(23)的弯臂弧度半径R1不小于70mm。本实用新型对高频弹条的曲线段的弧度和空间形状及结构进行了改进，使高频弹条避免了因弹条共振响应引起的弹跟弯曲段(25)的疲劳断裂。

技术领域

本实用新型涉及铁路扣件系统领域，具体涉及一种抗疲劳断裂ω型扣件高频弹条。

背景技术

扣件弹条是使用最广泛的钢轨固定配件，其中的ω形状弹条具有扣压力可调、安装方便的优点，是国内外应用最广泛的扣件弹条之一。ω型弹条的设计特点是通过其两个趾端对钢轨施加扣压力来固定钢轨。

但是在实际使用中，出现了ω型弹条断裂的情况，断裂多发生在连接弹条两侧弯臂的弹跟弯曲段。

通过对典型的ω型弹条之一的SKL15的理论及实验研究，发现由于轨道波浪磨耗(波磨)的出现，使车轮在轨道上滚动时产生振动激励力，当激励力频率接近或与弹条的模态频率吻合时，引起弹条的共振而导致弹条发生疲劳断裂。

钢轨波磨的波长取决于列车行驶速度和轨道系统钢轨不连续支撑p-p频率f_p-p：

其中，E是钢轨的材料弹性模量，I是钢轨截面惯性矩，m_r是钢轨单位长度的等效质量，l是钢轨扣件支承间距，r_g是钢轨回转半径，ν是钢轨材料的泊松比，和κ(≈0.34)是钢轨截面剪切常数。

钢轨表面波浪磨耗的波长L(mm)与钢轨不连续支撑p-p频率和车辆运行速度 u(km/h)的关系如下：

L＝1000u/(3.6f_p-p) (公式2)

研究发现出现钢轨磨耗的主要原因是轨道系统的横向不连续支撑p-p频率。以高铁和地铁线路普遍使用的60kg/m钢轨为例，轨道系统的横向p-p频率范围在400-650Hz，对于车辆运行速度250-350km/h，根据公式2估算的钢轨表面波磨波长的范围为100-180mm，高铁线路实测发现大部分的波磨波长范围为120-150mm；同样考虑地铁轨道系统，车辆运行速度为40-100km/h，根据公式.2估算的钢轨表面波磨波长为20-70mm，而现场实测主要波磨波长范围在30-80mm。波磨的现场测试结果与理论估算相符，说明车辆运行时引起轨道波磨的主要激励频率为 400-650Hz。轨道现场对弹条的实验测量和有限元模拟模态分析发现SKL15型扣件弹条的主要模态频率也在400-650Hz以内，因此车辆运行时在轮载激励下扣件弹条会产生共振，在弹条的弹跟弯曲段产生高应力而导致疲劳破坏。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决现有ω型扣件弹条的疲劳断裂问题，提供一种抗疲劳断裂ω型扣件高频弹条。