43扣件对比

43kg/m钢轨弹条扣件与70型扣板式扣件比较陈德泉朱学涛徐光旗摘要：区间及编组站场内线路铺设43kg/m钢轨地段一直以来铺设70型扣板式扣件，在曲线地段存在很多缺陷，导致工务部门养护、维修工作量大，通过铺设43kg/m钢轨弹条扣件可以有效消除缺陷，本文就两种扣件组成及强度、使用效果做简要介绍。关键词：弹条扣板扣件多年来，在混凝土枕上铺设43kg/m钢轨的地段一直采用70型扣板式扣件（以下简称70型扣件）联结钢轨与轨枕。近几年来，随着列车轴重增加、行车密度加大，采用70型扣件的43轨地段普遍存在螺栓松动、钢轨外倾、胶垫一侧破坏、轨距扩大、轨枕挡肩破损等现象，在站场等曲线部位此种现象尤为严重，直接导致工务部门维修工作量、维修成本加大。为解决此问题，济南铁路局淄博工务工厂与中铁咨询合作，开发出了43kg/m钢轨弹条扣件，于2012年通过济南铁路局科委评审，2013年路局工务处要求各工务段开始换铺43弹条扣件，经过一年多使用，效果明显，段内原采用70型扣板扣件存在的缺陷基本消除，维修工作量及维修成本大大降低。为方便技术人员及管理人员更清晰了解43kg/m弹条扣件优点，下面对两种扣件结构及性能做简单对比。1、扣件结构及组成1.170型扣板式扣件及43弹条扣件组装示意图如下：图170型扣板式扣件组装示意图图2弹条扣件组装示意图1.2单根轨枕扣件明细及数量序号70型扣件43弹条扣件备注名称图号(标准)数量名称图号（标准）数量1螺旋道钉TB/T5644螺旋道钉TB/T5644通用2螺母GB414螺母GB414通用3平垫圈GB954平垫圈TB/T1495.44通用4弹簧垫圈TB5654弹条TB/T1495.245扣板TB5664轨距挡板TB/T1495.346铁座TB5664挡板座TB/T1495.547橡胶垫板2橡胶垫板28橡胶垫片4对比两种扣件结构，可以看出两种扣件共用螺旋道钉、螺母、、橡胶垫板可通用。2、扣件扣压力及保持能力对比2.1扣件扣压力对比2.1.1扣件扣压力来源于螺母紧固力矩产生的螺栓张力，采用下面公式计算：P=T/kDP:螺栓张力；T：螺栓紧固力矩；k：螺栓扭矩系数；D：螺栓公称直径由上式可以看出：因43弹条扣件与扣板式扣件采用相同的螺旋道钉及螺母，故扣压力大小与紧固螺母扭力矩大小直接相关，需要增大扣压力时，只需将螺母扭矩增大即可。2.1.2相同扭矩扣件产生扣压力对比图370型扣件受力分析示意图图4弹条扣件受力分析示意图选取紧固力矩为90N.m，轨距挡板型号分别为23、29号，扣板型号粉笔为10号、6号，计算一组扣件产生的扣压力。根据2.1.1公式，取螺栓公称直径D=24mm，螺母扭矩系数k=0.2，计算得螺栓张力P=18.75KN。由上图可以看出，对钢轨扣压的力来自于P2，P2计算公式如下：P2=P*a/(a+b)由此可以计算出43弹条扣件初始每组扣压力约14KN，70型扣板式扣件初始每组扣压力约15.2KN。两者差别不大，若想增加43弹条扣件初始扣压力，可适当增加螺栓扭矩即可。2.2扣件扣压力衰减对比2.2.1弹簧变形能对比扣件扣压力衰减抵抗能力主要来自于扣件橡胶垫板及弹条（或弹簧垫圈），43弹条扣件与扣板式扣件采用相同橡胶垫板，要对比两种不同扣件扣压力抵抗衰减能力只需对比弹条、弹簧垫圈的弹簧变形能即可。弹条、弹簧垫圈均为弹簧的不同表现形式，可直接视其为一种弹簧。弹簧变形能是指弹簧承受荷载后，所吸收贮存的能量，是紧固件系统抵抗外力冲击造成变形的能力，这种能量大小直接决定了弹簧抵抗外力防止变形能力的大小。弹簧的变形能计算公式如下：U=k1Vτ2/GV：体积；k1：利用系数截面圆形1/4，方形1/6.5；G：切变模量；τ：剪应力弹簧变形能由公式可以看出，相同材质弹簧，决定其弹簧变形能量大小的主要取决于V体积大小。下图所示为A型弹条与双弹簧垫圈的示意图，图5A型弹条展延示意图图6双弹簧垫圈示意图由示意图可以初步估算，A型弹条展延长度约437mm，直径13mm；双弹簧垫圈展延长度约194mm,直径9mm。计算体积：A型弹条约57975mm3，双弹簧垫圈约12335mm3。计算弹簧变形能：A型弹条可视为方形截面弹簧，利用系数K1取1/6.5；双弹簧垫圈可视为圆形截面弹簧，利用系数K1取1/4；其余系数因两种弹簧材质相同，相应取值相同。计算结果：U(A弹)=1/6.5*57975*τ2/G=8919τ2/G；U(双弹)=1/4*12335*τ2/G=3084τ2/G。由计算结果可以看出，A型弹条变形能远大于双弹簧垫圈变形能，也是弹条扣件较扣板式扣件能更好的保持轨距能力的佐证。2.2.2试验结果对比铁道科学研究院对50kg/m钢轨弹条扣件与70型扣件进行过组装试验，试验对比结果见下图：图7胶垫不同压缩量下单组扣件的扣压力（图7摘自铁科院新型扣件的研究报告，是在采用50kg/m钢轨时的试验结果，当采用43kg/m钢轨时，虽然结果略有出入，但总的趋势相同）图7为50kg/m钢轨用弹条Ⅰ型扣件和70型扣板式扣件单组扣件扣压力的比较，纵坐标表示单组扣件剩余扣压力，横坐标表示轨下橡胶垫板的压缩量。由图可见，虽然两者的初始扣压力（橡胶垫板的压缩量为零时）基本相当，约为15kN。但当胶垫压缩1mm时，单组70型扣件剩余扣压力仅为5.2kN。与之相比，弹条Ⅰ型扣件剩余扣压力尚有11kN。由此类比，可以推出43kg/m钢轨用弹条扣件在压缩量相同时的剩余扣压力应显著大于70型扣件的剩余扣压力。3、轨距挡板强度分析43轨距挡板采用QT450-10铸造成型，QT450-10三个强度指标分别为：抗拉强度Rm450MPa，屈服强度Rp0.2310MPa，剪切强度τ405MPa。弹条I、II型扣件用轨距挡板采用Q235型材冲剪成型，Q235三个强度指标分别为：抗拉强度Rm375MPa，屈服强度Rp0.2235MPa，剪切强度τ350MPa。Q235材质轨距挡板已在线上使用多年，强度满足铺设要求。QT450-10材质强度指标均优于Q235，由此可以确定43轨距挡板满足线路铺设强度要求。4、实际使用效果对比长期以来，在站场小半径曲线地段，铺设43kg/m钢轨、70型扣板式扣件的地段，一直存在混凝土枕挡肩压溃、橡胶垫板单边压溃、轨距过大等不良病害，给车间带来很大的养护维修工作量，需要经常换枕、胶垫及扣板型号，线路养护维修成本大。2013年以来，淄博工务段管内站场铺设43轨地段全面推广使用43弹条扣件，使用数量共计约2万余套。铺设43弹条扣件后，原站场内存在的挡肩破损、胶垫单边压溃、轨距过大现象基本消除，而且轨距挡板不需备用多种型号，线路养护维修周期延长，工作量大大降低。陈德泉淄博工务段朱学涛淄博工务段徐光旗淄博工务工厂138693081370407-85475