轨道弹条高频疲劳断裂机理研究及优化

摘要

在高铁和地铁线路上最常见的轨道扣件是所谓的"蝶形"弹条,这种弹条在使用过程中由于钢轨波浪或车轮多边形磨耗引起的高频激励而经常出现弹条断裂的情况,弹条断裂的主要原因之一是弹跟内弧面的应力集中.对弹条断裂现场的调查发现钢轨表面有明显的周期性波浪磨耗或运营车辆车轮存在周期性车轮多边形,表明导致弹条断裂的激励力和钢轨波浪磨耗或车轮多变形有关联.根据在线测量的波浪磨耗的波长、列车运行速度以及车辆轨道耦合系统的横向p-p频率,估算出由于波浪磨耗引入的激励力频率范围是400～800 Hz.通过对弹条动态特性的实验研究和理论分析,发现弹条两个主要模态频率在500、600 Hz与周期性波浪磨耗产生的高频激励频率相接近从而导致扣件弹条疲劳断裂.提出一种简单而有效的解决方案,以使共振频率远离激发范围.优化后的弹条应力响应能够降低了80％以上,主要模态频率提高了40％,达到了避免疲劳损坏的目的.