專利名稱：軌道扣件用軌下彈性墊板的非均勻剛度設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軌道扣件墊板剛度設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其是軌道扣件用軌下彈性墊板的非均勻剛度設(shè)計方法。

背景技術(shù)：
軌下彈性墊板直接置于軌道之下，對軌道的減振和列車行駛的安全性能起著重要作用。一般來講，軌下彈性墊板的剛度越小，減振效果越好，但剛度越小則軌頭偏移越大，是矛盾的統(tǒng)一體，所以剛度的設(shè)計原則必須符合安全性能。在現(xiàn)有的所有軌道扣件中，軌下彈性墊板均采用均勻剛度設(shè)計方法。
軌下彈性墊板的實際受力情況是外側(cè)受力大，內(nèi)側(cè)受力小，均勻剛度設(shè)計的軌下彈性墊板容易導致軌頭外翻，軌距擴張，影響安全性能。因此安全性能的考慮大大限制了軌下彈性墊板剛度的進一步降低，從而限制了整個扣件系統(tǒng)減振降噪效果的進一步提高。
目前尚沒有軌道扣件用軌下彈性墊板非均勻剛度設(shè)計方面的報道。


發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種軌道扣件用軌下彈性墊板的非均勻剛度設(shè)計方法，該設(shè)計方法旨在模擬軌道的實際受力情況，根據(jù)墊板不同部位的受力情況采用非均勻剛度設(shè)計，在降低彈性墊板整體剛度的前提下，減小列車行駛過程中軌頭外翻和軌距擴張，保證行車安全性。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 所述的軌道扣件用軌下彈性墊板的非均勻剛度設(shè)計方法包含以下內(nèi)容 I、軌道受力分析 給定F1為橫向受力，F(xiàn)2為垂向受力，合力F或稱側(cè)向力即軌道施加于其下的彈性墊板的力是不均勻的，也就是說軌下彈性墊板的受力是內(nèi)側(cè)小、外側(cè)大；通常情況下F1和F2的取值標準依據(jù)線路車輛的實際情況而預先給定； II、確定軌下彈性墊板的整體剛度值 軌下彈性墊板的整體剛度值與線路減振要求、安全要求、扣件整體性能有關(guān)，其整體剛度值為設(shè)計給定的目標值，它通過其下的第IV部模擬分析后進行驗證； III、分配剛度值 先對軌下彈性墊板進行分區(qū)，將軌下彈性墊板沿垂直軌道方向分為三區(qū)，三區(qū)分別為彈性墊板外側(cè)、彈性墊板中部、彈性墊板內(nèi)側(cè)，并對三區(qū)分配各自的剛度值，三區(qū)所分配剛度值的依據(jù)如I，即彈性墊板內(nèi)側(cè)受力小則分配剛度小，彈性墊板外側(cè)受力大則分配剛度大，彈性墊板中部可有兩種剛度值分配 ①約為內(nèi)、外側(cè)剛度值的平均值； ②為零，即墊板中部不受力； 上述三區(qū)的剛度值之和等于整體剛度值； IV、模擬分析及驗證 將軌道、軌下彈性墊板材料參數(shù)和幾何條件、受力情況輸入MSC Patran &Nastran軟件，其中軌道、軌下彈性墊板的彈性模量、泊松比可通過查閱工具書或測試方法獲得；對軌下彈性墊板的三區(qū)分別建立彈簧模型，所分配的剛度值即為彈簧模型的彈性系數(shù)，對數(shù)組剛度分配方案一一進行分析，分析結(jié)束后選取軌頭偏移最小、且該偏移值小于國內(nèi)設(shè)計院對軌頭偏移要求范圍的3.50mm之內(nèi)符合設(shè)計要求的剛度組合，作為最終剛度值分配方案。
由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性 1、模擬列車真實運行條件，結(jié)果可信度高； 2、使彈性墊板在整體剛度不變的情況下，提高列車的行駛安全性； 3、在進一步降低彈性墊板剛度，提高扣件減振降噪性能時，列車仍能具有高的安全性能。



圖1是軌道受力及軌下彈性墊板分區(qū)示意圖。

具體實施例方式 結(jié)合圖1，本發(fā)明的軌道扣件用軌下彈性墊板的非均勻剛度設(shè)計方法包含以下內(nèi)容 I、軌道受力分析 給定F1為橫向受力，F(xiàn)2為垂向受力，合力F或稱側(cè)向力即軌道施加于其下的彈性墊板的力是不均勻的，也就是說軌下彈性墊板的受力是內(nèi)側(cè)小、外側(cè)大；通常情況下F1和F2的取值標準依據(jù)線路車輛的實際情況而預先給定； II、確定軌下彈性墊板的整體剛度值 軌下彈性墊板的整體剛度值與線路減振要求、安全要求、扣件整體性能有關(guān)，其整體剛度值為設(shè)計給定的目標值，它通過其下的第IV部模擬分析后進行驗證； III、分配剛度值 先對軌下彈性墊板進行分區(qū)，將軌下彈性墊板沿垂直軌道方向分為三區(qū)，三區(qū)分別為彈性墊板外側(cè)、彈性墊板中部、彈性墊板內(nèi)側(cè)，并對三區(qū)分配各自的剛度值，三區(qū)所分配剛度值的依據(jù)如I，即彈性墊板內(nèi)側(cè)受力小則分配剛度小，彈性墊板外側(cè)受力大則分配剛度大，彈性墊板中部可有兩種剛度值分配 ①約為內(nèi)、外側(cè)剛度值之和的一半平均值； ②為零，即墊板中部不受力； 上述三區(qū)的剛度值之和等于整體剛度值； IV、模擬分析及驗證 將軌道、軌下彈性墊板材料參數(shù)和幾何條件、受力情況輸入MSC Patran &Nastran軟件，其中軌道、軌下彈性墊板的彈性模量、泊松比可通過查閱工具書或測試方法獲得；對軌下彈性墊板的三區(qū)分別建立彈簧模型，所分配的剛度值即為彈簧模型的彈性系數(shù)，對數(shù)組剛度分配方案一一進行分析，分析結(jié)束后選取軌頭偏移最小、且該偏移值小于國內(nèi)設(shè)計院對軌頭偏移小于3.50mm的要求的剛度組合，作為最終剛度值分配方案。
例如某線路給定F1為25kN，F(xiàn)2為45kN，目標值也就是整體剛度值為70kN，三區(qū)分配剛度值按彈性墊板外側(cè)、彈性墊板中部、彈性墊板內(nèi)側(cè)的順序給出三組分配方案 ①60kN、0、10kN； ②40kN、24kN、6kN； ③34kN、24kN、12kN。
對軌下彈性墊板的三區(qū)分別建立彈簧模型，其分配的剛度值即為彈簧模型的彈性系數(shù)，工具書上查得軌道的彈性模量為3.0×107MPa，泊松比為0.3；軌下彈性墊板的彈性模量為5.0×106MPa，泊松比為0.5。將上述技術(shù)參數(shù)輸入MSCPatran & Nastran軟件進行分析，三組剛度分配方案分析的軌頭偏移結(jié)果分別為2.82mm、2.72mm、2.77mm，符合國內(nèi)設(shè)計院對軌頭偏移小于3.50mm的要求。
如果采用均勻剛度設(shè)計，分析的軌頭偏移結(jié)果為3.64mm，超過了軌頭偏移小于3.5mm的要求。
由此可知，采用非均勻剛度設(shè)計彈性墊板的系統(tǒng)由于彈性墊板外側(cè)剛度大，限制了軌頭外翻，軌頭偏移較小，非均勻剛度設(shè)計的軌下彈性偏移量均在要求范圍之內(nèi)，非均勻剛度設(shè)計的軌下彈性偏移量符合設(shè)計要求。
權(quán)利要求
1、一種軌道扣件用軌下彈性墊板的非均勻剛度設(shè)計方法，其特征在于該非均勻剛度設(shè)計方法包含以下內(nèi)容
I、軌道受力分析
給定F1為橫向受力，F(xiàn)2為垂向受力，合力F或稱側(cè)向力即軌道施加于其下的彈性墊板的力是不均勻的，也就是說軌下彈性墊板的受力是內(nèi)側(cè)小、外側(cè)大；通常情況下F1和F2的取值標準依據(jù)線路車輛的實際情況而預先給定；
II、確定軌下彈性墊板的整體剛度值
軌下彈性墊板的整體剛度值與線路減振要求、安全要求、扣件整體性能有關(guān)，其整體剛度值為設(shè)計給定的目標值，它通過其下的第IV部模擬分析后進行驗證；
III、分配剛度值
先對軌下彈性墊板進行分區(qū)，將軌下彈性墊板沿垂直軌道方向分為三區(qū)，三區(qū)分別為彈性墊板外側(cè)、彈性墊板中部、彈性墊板內(nèi)側(cè)，并對三區(qū)分配各自的剛度值，三區(qū)所分配剛度值的依據(jù)如I，即彈性墊板內(nèi)側(cè)受力小則分配剛度小，彈性墊板外側(cè)受力大則分配剛度大，彈性墊板中部可有兩種剛度值分配
①約為內(nèi)、外側(cè)剛度值的平均值；
②為零，即墊板中部不受力；
上述三區(qū)的剛度值之和等于整體剛度值；
IV、模擬分析、驗證
將軌道、軌下彈性墊板材料參數(shù)和幾何條件、受力情況輸入MSC Patran &Nastran軟件，其中軌道、軌下彈性墊板的彈性模量、泊松比可通過查閱工具書或測試方法獲得；對軌下彈性墊板的三區(qū)分別建立彈簧模型，所分配的剛度值即為彈簧模型的彈性系數(shù)，對數(shù)組剛度分配方案一一進行分析，分析結(jié)束后選取軌頭偏移最小、且該偏移值小于國內(nèi)設(shè)計院對軌頭偏移要求范圍的3.50mm之內(nèi)符合設(shè)計要求的剛度組合，作為最終剛度值分配方案。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種軌道扣件用軌下彈性墊板的非均勻剛度設(shè)計方法，該方法包含軌道受力分析、確定軌下彈性墊板的整體剛度值、分配剛度值、模擬分析及驗證四部分內(nèi)容，旨在模擬軌道的實際受力情況，根據(jù)墊板不同部位的受力情況采用非均勻剛度設(shè)計，在降低彈性墊板整體剛度的前提下，減小列車行駛過程中軌頭外翻和軌距擴張，保證行車安全性。且在進一步降低彈性墊板剛度，提高扣件減振降噪性能時，列車仍能具有高的安全性能。
文檔編號G06F17/50GK101398867SQ200810230530
公開日2009年4月1日 申請日期2008年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月14日
發(fā)明者曾向榮, 飛 曾, 勇 王, 吳建忠, 申曉鵬 申請人:中國船舶重工股份有限公司洛陽分公司