西南交通大學碩士研究生學位論文 第1 頁 摘要 為了滿足社會經濟發展的需求，我國鐵路在既有線上已經成功地實施了 五次大提速，目前正在為第六次大面積提速做準備，同時高速客運專線也在 緊張有序地籌備和建設中。在高速和重載的條件下傳統的有碴軌道結構型式 面臨著嚴峻地考驗。這為彈性軌枕的工程應用帶來了契機。 本文對彈性軌枕枕下墊板材料、物理力學性能、外觀形狀等進行研究和 比選；從理論上對枕下墊板試樣靜剛度進行近似計算；提出彈性軌枕成型方 案和彈性軌枕制作成型工藝流程。對制成的彈性軌枕和普通軌枕分別進行室 內基礎試驗，通過靜載和動載試驗比較兩種軌枕的道床橫向阻力、軌枕支承 剛度、軌枕荷載力矩、道床的下沉特性和枕下墊板的疲勞耐久性能。試驗表 明彈性軌枕的道床橫向阻力完全滿足無縫線路鋪設的要求，其支承剛度大大 低于普通軌枕，軌枕的荷載力矩也比普軌枕低，道床的初期下沉量遠遠低于 普通軌枕。采用車輛一軌道耦合動力學理論，分析計算了彈性軌枕有碴軌道 與普通軌枕有碴軌道在相同工況下輪軌系統各個部件的動力響應。對兩種軌 道結構的動力響應逐項進行對比分析，并對部分動力響應進行功率譜分析， 同時對不同墊板剛度下彈性軌枕的動力響應和不同速度下兩種軌道的動力 響應也進行分析。分析表明彈性軌枕不僅能減少道床的振動加速度和振動能 量，而且還能降低軌道的動力響應作用頻率、減少道床和路基的壓應力。 以上工作表明，彈性軌枕是目前我國高速重載有碴軌道強化的一項有效 的技術對策。它的工程應用不僅在既有提速線上，而且在新建高速線路上都 將發揮更加重要的作用。 關鍵詞：彈性軌枕：枕下墊板：有碴軌道；試驗；車輛一軌道耦合動 力學 西南交通大學碩士研究生學位論文 第1 i 頁 a b s t r a c t b a l l a s t e dt r a c ki sab a s i ct r a c ks t r u c t u r eu s e do nt h er a i l w a yl i n e si nc h i n a t os a t i s f yt h er e q u i r e m e n t so fs o c i e t ya n de c o n o m y ，t r a i n sh a v eb e e ns p e e d u p f i v et i m e so nt h ee x i s t i n gr a i l w a yl i n e s ，a n dn o wt h ed e p a r t m e n t so fr a i l w a ya r e m a k i n gp r e p a r a t i o n sf o rt h es i x t h ，a tt h es a m et i m et h eh i g hs p e e dl i n e sf o r p a s s e n g e rt r a n s p o r ta r ep r e p a r e dt ob ec o n s t r u c t e di no r d e r s ot h ec o n v e n t i o n a l b a l l a s t e dt r a c km u s tb ei n t e n s i f i e df o rh i g hs p e e da n dh e a v yh a u lr a i l w a yl i n e ， t h i si sac h a n c ef o rt h ee l a s t i cs l e e p e r s l e e p e rp a d sa r er e s i l i e n te l a s t i cp a d sw h i c ha r em o u n t e do nt h eb a s eo ft h e s l e e p e r s i nt h i st h e s i s ，t h em a t e r i a l 、p h y s i c a lp e r f o r m a n c ea n ds h a p eo fs l e e p e r p a d sa r es t u d i e d ，t h es l e e p e rp a d ss t i f f n e s si sc a l c u l a t e da p p r o x i m a t e l y ，a n dh o w t op r o d u c et h ee l a s t i cs l e e p e ri sa l s od i s c u s s e d b yt h ec o n t r a s tt e s ti ts h o w st h a t t h eb a l l a s tl a t e r a lr e s i s t a n c e 、t h es l e e p e rs u p p o r t i n gs t i f f n e s s 、t h es l e e p e rl o a d m o m e n t 、t h eb a l l a s ts u b s i d e n c ec h a r a c t e ra n dt h es l e e p e rp a d sf a t i g u ew e a r c a p a b i l i t yo fe l a s t i cs l e e p e ra r em o r ee x c e l l e n tt h a nt h e s eo fc o n v e n t i o n a l s l e e p e r t h ep r o g r a mi sa c c o m p l i s h e do nt h eb a s eo fv e h i c l ea n dt r a c kc o u p l i n g d y n a m i c st h e o r y ，a p p l y i n g t h i sp r o g r a mt h ed y n a m i c a lr e s p o n s e so fe a c h c o m p o n e n ti nt h ev e h i c l ea n dt r a c ks y s t e mw e r ec a l c u l a t e da n di nd e s p i t eo f e l a s t i cs l e e p e rt r a c ko rc o n v e n t i o n a ls l e e p e rt r a c k t h e s ed y n a m i c a lr e s p o n s e s w e r eb ea n a l y z e do n eb yo n ef o rt h et w ok i n d st r a c k ，a l s oc o n t r a s t e dp o w e r s p e c t r a ld e n s i t yo ft h ep a r to fr e s p o n s e s ，a n dr e s e a r c h e dt h et r e n d o fa l l d y n a m i c a lr e s p o n s e sw i t ht h es l e e p e rp a d ss t i f f n e s sc h a n g e d o rt h et r a i ns p e e d r a i s e d i tr e d u c e st h ea v e r a g el o a do nt h eb a l l a s ta n dt h es u b g r a d ew h i c ha x l e l o a d sa r ed i s t r i b u t e do v e rag r e a t e rn u m b e ro fs l e e p e r s ，a n dr e d u c e st h ed i r e c t d y n a m i cf o r c e sa n dv i b r a t i o n so nb a l l a s ta n dh e l p sp r e v e n tt r a c ks u b s i d e n c e s o t h ee l a s t i cs l e e p e rc a ni m p r o v et h el o n g t e r ml i f ec y c l eo ft h et r a c ks t r u c t u r ea n d t h eb a l l a s t l o w e rl o a d so nt h eb a l l a s tl e a d st os l o w e rd e t e r i o r a t i o no f t h eb a l l a s t f r o mw e a ra n db r e a k i n gu p c o n s e q u e n t l y ，s e t t l i n go ft h eb a l l a s ti sr e d u c ew h i c h h e l p sp r e v e n tp r o b l e m s a s s o c i a t e dw i t ht r a c ks u b s i d e n c e t h i sa l l o w sf o r 西南交通大學碩士研究生學位論文 第1 i i 頁 c o n s i d e r a b l es a v i n g so i lt r a c km a i n t e n a n c ec o s t s t h ew o r ke n u m e r a t e da b o v es h o w st h a tt h ee l a s t i cs l e e p e ro f f e re x c e l l e n t e l a s t i cp r o p e r t i e sf o rb a l l a s t e dt r a c k b a l l a s ti ss u b j e c t e dt op a r t i c u l a r l yi n t e n s e d y n a m i cl o a d si nb r i d g e sa n dc i v i lw o r k sf o rh i g h s p e e dl i n e sa n di nt h ea r e a s a r o u n ds w i t c h e s a p p l i c a t i o n so ft h ee l a s t i cs l e e p e rh a sp r o v e nt ob e a n e s p e c i a l l ye f f e c t i v es o l u t i o nf o rh i g h s p e e da n dh e a v y - h a u lb a l l a s t e dt r a c k k e y w o r d s ：e l a s t i cs l e e p e r ；s l e e p e rp a d s ；b a l l a s t e dt r a c k ；t e s t ；v e h i c l e t r a c k c o u p l i n gd y n a m i c s 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 頁 1 1 引言 第1 章緒論 隨著我國社會經濟的迅速發展，鐵路建設已進入了一個空前的發展時 期。現代鐵路運輸對軌道的高平順性、高穩定性、高耐久性的要求越來越嚴 格。有碴軌道在長期的高速重載列車載荷反復作用下已達到承載能力的極 限，表現在碎石道床的破壞不斷加劇，可用的維修時間越來越少。為此，不 得不采取鋪設重型軌和重型枕來強化有碴軌道的技術對策。這雖然有利于提 高軌道的穩定性，有利于保持軌道狀態的持久均衡性，以及有利于高速行車 和既有線提速的實施，但另一方面，軌道剛度也會隨之增大。軌道剛度過大， 只要車輪踏面或軌道表面有微小的不平順，輪軌相互動力作用就十分敏感， 并且隨著列車速度和軸重的提高而急劇增長和惡化，同時由此引發的軌道振 動噪聲，其影響在城市周邊更為突出。 特別是在橋梁和隧道等剛性基礎上的有碴軌道，因道床厚度不足，混凝 土枕軌道剛度過大，道碴粉化速率過快，道床翻白、板結嚴重，甚至道碴出 現“液化”現象，大大增加了養護維修工作量及其費用，嚴重影響行車的安 全與平穩性。急需尋求一種有效的技術對策，改善和強化有碴軌道。以往雖 曾采取過增大軌下墊板厚度的措施，但尚難以得到根本性改變，同時還會受 到橋隧相連地段軌道標高的制約。 為此，以降低有碴軌道的軌道剛度，提高軌道彈性，緩和列車沖擊作用， 減輕道床振動，減少道碴粉化，防止鋼軌波磨、減輕養路工作量、延長軌道 維護周期和降低軌道振動噪聲為主要目的，彈性軌枕的研發與應用，已成為 當今高速重載有碴軌道強化的一個重大技術動向”1 。 日本新干線從上世紀7 0 年代開始在高架橋有碴軌道上試鋪彈性軌枕以 取代碴下橡膠墊板，目前正在向彈性軌枕化方向發展；德國高速線規定在有 碴橋上設置碴下膠墊，并在格羅茲( g r o t z ) 軌道上開展過有關枕下彈性墊板 的研發工作”1 。奧地利格茲耐爾( g e t z n e r ) 公司研發并成功應用了性能完善、 可滿足特殊需要的彈性軌枕。彈性軌枕已在世界上許多國家中使用”3 。 我國自上世紀8 0 年代初開始研制彈性軌枕，并先后在沈陽局、北京局、 西南交通大學碩士研究生學位論文 第2 頁 上海局和成都局正線鋼軌接頭處進行過試鋪試驗，取得了良好效果”1 。在此 基礎上，鐵道部于1 9 9 5 年制訂了鐵路混凝土軌枕枕下彈性墊板標準 f t b 2 6 2 9 - - 1 9 9 5 ) 。在2 0 0 4 年發布的京滬高速鐵路設計暫行規定( 鐵建 f 2 0 0 4 15 7 號) 中，又明文規定了在有碴橋上和隧道內“道碴下應鋪設碴下膠 墊或采用彈性軌枕”的規定。 2 0 0 4 年1 月國務院審議通過了我國中長期鐵路網規劃，提出了“擴 大規模，完善結構，提高質量，快速擴充能力，迅速提高裝備水平”的發展 目標。規劃到2 0 2 0 年，全國鐵路網基本建成，營業里程將達到1 0 萬公里以 上，客運專線、高速鐵路達到1 0 0 0 0 公里，城市軌道交通達到4 0 0 0 公里左 右，主要技術裝備達到或接近國際先進水平”1 。今年是實施中長期鐵路網 規劃的第二年，鄭西、武廣、石太、京津城際等4 個客運專線建設項目已 進入施工準備階段，同時也是第六次大面積提速調圖的準備年。第六次大面 積提速后，全路時速1 2 0 公里以上的線路延展長度將達到2 2 0 0 0 多公里，其 中5 3 0 0 多公里將達到時速2 0 0 公里“1 。 為適應既有線提速改造、興建高速客運專線和城市軌道交通的客觀發展 需求，根據我國鐵路網發展的實際情況，立足國產化，吸收國外先進經驗和 技術，增強自主創新能力，帶動相關產業的發展，并為強化有碴軌道提供可 靠的技術支持，本文以此為契機，開展了有關彈性軌枕的理論與試驗研究工 作，以期通過彈性軌枕的成型研究、基礎試驗、動力仿真分析等理論與試驗 研究，為我國高速重載有碴軌道的強化尋求有效的技術對策”1 1 2 國內外鐵路彈性軌枕的應用 1 2 1 我國既有線彈性軌枕的應用 1 鐵道科學研究院的測試結果 為比較彈性軌枕與普通軌枕有碴軌道的使用效果，鐵科院曾于1 9 9 1 年 對試鋪在長大線和石太線上的這兩種軌道進行了長期觀測和動力測試，其結 果要點如下”1 ： f 1 、彈性軌枕軌道鋼軌磨耗為0 0 1 7 m m m t ，普通軌枕軌道為 o 0 2 9 m m m t ，約降低4 l 。 f 2 ) 彈性軌枕軌下截面荷載力矩低于普通軌枕約5 k n m 。 西南交通大學碩士研究生學位論文第3 頁 ( 3 ) 經試鋪兩年后的觀測，彈性軌枕軌道道床殘余變形積累下沉量平均 為3 2 8 m m ，普通軌枕軌道為l1 2 8 m m ，約減少7 0 。 ( 4 ) 經試鋪三年后道床清篩的觀測，彈性軌枕軌道道碴粉化率為 1 1 5 9 ，普通軌枕軌道為2 0 8 5 ，約降低4 4 。 ( 5 ) 調查表明，未鋪設枕下墊板的鋼軌接頭一個星期要保養一次，而鋪 設以后，半年甚至一年不需進行保養。一般可減少養護維修工作量4 0 ，節 省材料消耗量9 0 ，預計可延長線路大中修周期3 5 年。 2 西南交通大學的測試結果 西南交大曾于1 9 9 2 年對攀礦密蘭線重載礦山鐵路鋼軌接頭部位混凝土 枕枕底有無枕下墊板進行了動力測試統計分析，其結果要點如下”“： f 1 ) 有比無枕下墊板軌道的輪載變動約降低3 。 ( 2 ) 有枕下墊板的軌下基礎彈性系數為2 1 9 m p a ，無枕下墊板為 2 8 6 m p a ，平均約降低2 3 。 3 基本結論 理論研究和試鋪試驗結果表明，鋪設彈性軌枕尤其是在鋼軌接頭部位使 用，不僅改善了列車沖擊振動在有碴軌道結構中的傳遞特性，也改善了道床 的振動響應特性，顯現出明顯的隔振、減振效果。此外，對于減輕枕底道碴 粉化，減小道床殘余變形積累速率，提高道床穩定性，減少軌道維修工作量 等都十分有利。 1 2 2 日本新干線彈性軌枕的應用 1 研發概況 日本新干線高架橋上有碴軌道為減少養護維修工作量和降低振動噪聲， 從上世紀7 0 年代開始研制試鋪彈性軌枕以來，經歷了由初始型一標準型一 實用型一廉價型彈性軌枕的試鋪試驗過程，取得了良好的效果，目前正向著 撤除碴下墊層而改用彈性軌枕化的方向發展”。”1 。 1 9 7 6 年首先在山陽新干線新神戶西明石間試鋪初始型彈性軌枕。它 是在既有3 t 型混凝土枕的底面和側面的模板內注入液態氨基甲酸乙酯橡膠 ( 尿烷合成橡膠) 模壓成型。試鋪試驗結果表明，與其相鄰區間設有碴下膠墊 的軌道比較，彈性軌枕軌道的輪載變動、軌道和結構物的振動、高架橋下的 噪聲、碎石道碴的粉化、軌道養護維修工作量等均有明顯減少，軌道不平順 西南交通大學碩士研究生學位論文第4 頁 的發展僅為比較軌道的1 4 ，為同山以西標準軌道的1 2 。隨后又在東北新干 線的小山地區、東海道正線的大高高架橋上的試鋪試驗，也取得了同樣期望 的效果。 為此，在充分發揮已取得的少維修化和減振降噪效果的同時，考慮到新 干線的廣泛應用，以大幅度降低成本和提高耐久性為主要目的，又研發了標 準型彈性軌枕，并于1 9 8 5 年試鋪在東海道新干線靜岡地區東森下町直線高 架橋上，也取得了所期望的良好效果。 隨后，從改善新干線的環保對策出發，為防止橋梁、隧道和道床厚度不 足地段列車高速運行時的振動噪聲，以及考慮到今后大量鋪設的需求，研發 試鋪了實用型( 4 t 型) 彈性軌枕，并于1 9 8 8 年在東海道新干線名古屋地區三 河安城名古屋間下行線曲線f r = 2 5 0 0 m ) 高架橋上進行了試鋪試驗；由于防 止振動噪聲效果顯著，又在名古屋地區作為減振降噪對策區間鋪設了2 8 k m 彈性軌枕。1 9 8 9 年又試鋪在東海道新干線野州地區米原京都間上行線曲 線( r = 1 0 0 0 0 m ) 高架橋上，并作為新干線3 0 0 系車輛行駛速度2 7 0 k m h 的試 驗區間。 2 彈性軌枕的斷面形狀 日本新干線高架橋上有碴軌道彈性軌枕有3 t 、4 t 型和3 h 、4 h 型。 新干線初始型彈性軌枕是在既有的3 t 型混凝土枕的底面和側面覆置彈 性橡膠層。標準型彈性軌枕是以4 h 型混凝土枕為基礎經改進制作的。實用 型彈性軌枕是以4 t 型混凝土枕為基礎經改進制作的( 圖1 1 ) 。為防止軌枕側 面上部道碴因振動而磨損，改以往混凝土枕兩側面傾斜斜坡為近于垂直狀： 為防止搗固桿碰撞軌枕頂部兩側隅角而做成小斜坡：為防止列車通過時因振 動與道碴的摩擦及因道床搗固作業而使彈性橡膠層剝離、損傷，又事先將粘 著彈性橡膠層部分的軌枕底部做成缺口。 近年來，為了降低新造彈性軌枕的造價和推進既有混凝土枕的彈性化， 又開發了只在軌枕底面覆置彈性橡膠墊板的廉價型彈性軌枕。對于新造彈性 軌枕可在灌注水泥灰漿的同時，安置硫化橡膠墊板或注入尿烷合成橡膠模壓 成型。對于既有混凝土枕，可在枕底鉆孔用錨桿固定再生橡膠或硫化橡膠墊 板，或在枕底設置模板注入尿烷合成橡膠模壓成型。 西南交通大學碩士研究生學位論文 第5 頁 廑霸芷整基建。 隧垂 圖l i 新干線有碴軌道實用型彈性軌枕( 4 t 型1 3 防振橡膠層 ( 1 ) 防振橡膠層的形狀 為盡量減少成本昂貴的防振橡膠彈性材料的用量，改以往在軌枕側面幾 乎全部粘貼橡膠彈性層的作法為主要以軌枕底面為主，底層厚度1 5 m m ，而 在側面為防止彈性層剝離而采用必要的最小高度，距枕底6 5 1 1 0 m m ，厚度 1 0 m m 。 ( 2 ) 防振橡膠層的靜剛度目標值 根據對彈性軌枕的制作、試鋪試驗和防振效果的評估認為，彈性軌枕的 防振效果與道床搗固作業性兩者是相互對立的，因而防振橡膠層的靜剛度仍 采用大致等同新干線小山綜合試驗線的試鋪試驗值，即以標準試件( 1 0 0 x 1 0 0 x 2 5 m m ) 靜剛度9 m n m 為標準。碴上實尺彈性軌枕的靜剛度實測目標值為 4 0 m n m ，每組扣件的軌道靜剛度為2 0 m n m 。 ( 3 ) 防振橡膠材料 可供選用的防振橡膠材料有再生橡膠、硫化橡膠和尿烷合成橡膠。 經對其防振性、耐久性、量產性、經濟性等的綜合評價結果認為，在尿 烷合成橡膠表層增設聚酯纖維的反應噴射( r i m ) 模塑成型方式為優，因為， 它抗道床碎石棱角的局部應力強( 超過3 m p a ) ，三角錐試驗( 8 0 。c ，7 h ，壓入 1 0 r a m ) 無裂痕，無凹陷，防止振動噪聲性能優良，使用壽命長，易于批量生 西南交通大學碩士研究生學位論文第6 頁 產。 4 彈性軌枕的耐久性試驗 圖1 2 為彈性軌枕和普通軌枕兩種軌道的下沉量與載荷重復作用次數 的試驗結果，據此可見，3 h c 型混凝土枕標準有碴軌道與各種類型的彈性軌 枕有碴軌道的初始下沉量有很大的不同，前者約為15 m m ，后者僅為1 5 r a m ， 相差1 0 倍之多。在初始下沉結束后，3 h c 型混凝土枕標準有碴軌道直至載 荷重復作用次數達到2 0 0 萬次f 相當于通過運量4 7 m t ) 時，仍繼續有較大的下 沉。而彈性軌枕有碴軌道，在荷載重復作用次數3 0 萬次左右就趨于下沉曲 線的漸近直線了，直到換算通過運量達2 1 0 m t 時，道床下沉量仍然較小， 說明彈性軌枕的耐久性沒有問題。 圖1 2 彈性軌枕與普通軌枕有碴軌道下沉曲線的比較 當試驗結束后，取出供試彈性軌枕， 成型的防振橡膠層的檢查表明，無壓痕， 好的耐久性性能。 經對采用聚酯纖維補強r i m 模塑 無折損，更無剝離現象，顯示出良 5 彈性軌枕道床橫向阻力試驗 圖1 3 為3 號混凝土枕和底面形狀與其相同的彈性軌枕的道床橫向阻力 實測比較。彈性軌枕最終的道床橫向阻力雖與普通混凝土枕相同，但當軌枕 位移較小時，同位移的道床橫向阻力卻比普通混凝土枕小。這是因和道床 碎石相接觸的防振橡膠層的彈性變形所致。 在這種道床橫向阻力條件下，通過圖1 4 給出的用能量法計算的軌溫 上升量與軌道橫向變形的關系可知，彈性軌枕有碴軌道最低臌曲強度的大致 目標在c 點，與普通混凝土枕沒什么不同，但對軌道臌瞌有足夠儲備的a 點來說，軌溫上升量卻比普通混凝土枕低。然而，對以3 t ( 4 t ) 型為基本類 型構成的新干線彈性軌枕有碴軌道，是能夠確保橫向位移2 m m 時道床橫向 西南交通大學碩士研究生學位論文第7 頁 阻力值的，對于軌道臌曲穩定性沒有特別的問題。 j 圖1 3 彈性軌枕道床橫向阻力 慨 。 n 壓鄉 歹一 鼻性# l 拄 鼽枕慎目位移( m ) 圖1 - 4 彈性軌枕有碴軌道臌曲穩定性 6 彈性軌枕的試鋪試驗效果 ( 1 ) 靜岡地區的試鋪效果 根據對東海道新干線下行線東森下盯直線高架橋( 高度約7 m ) t 試鋪前 3 t c 型混凝土枕十碴下墊層與試鋪后3 h 型彈性軌枕兩種軌道減振降噪實測 效果的比較可知，鋼軌加速度無論是在非焊縫還是焊縫處，試鋪后雖比試鋪 前高出i 2 d b ，但道床加速度卻恰恰相反，由于鋪設彈性軌枕比普通軌枕約 降低7 d b ，而鋼軌和道床的振動加速度之差，試鋪前為3 7 d b ，試鋪后為4 6 d b ， 兩者相差9 d b ，表明道床振動水平的降低，這也有利于降低地面的振動與傳 播。至于高架橋下0 3 m 處的噪聲級，鋪設彈性軌枕后，在非焊接縫處約降 低2 d b ( a ) ，焊縫處約降低1 d s ( a ) 。顯然，若鋪設彈性軌枕便可撤除碴下膠 墊。 ( 2 ) 名古屋地區的試鋪效果 1 ) 地面振動降低效果 實測列車通過時兩種軌道在高架橋柱傍和距高架橋2 5 m 處地面垂向振 動級及其距離衰減效果的比較如下： 隨著列車速度的提高，地面減振效果越明顯； 地面減振效果在高架橋柱傍和距高架橋2 5 m 處基本是相同的，當列 車速度為2 0 0 k m h 時約降低3 d b 。 地面減振效果頻譜分析表明，在1 0 2 5 h z 和5 0 h z 以上頻域減振效果 西南交通大學碩士研究生學位論文第8 頁 明顯。 2 ) 軌道振動降低效果 實測列車通過時兩種軌道減振效果的比較如下： 道床振動加速度級的降低效果，當列車速度為2 2 0 k m h 時，非鋼軌 焊縫處約為8 d b ，焊縫處約為5 d b 。 高架橋中心振動加速度級的降低效果，當列車速度為2 2 0 k m l t 時， 非鋼軌焊縫處約為3 d b 。 3 ) 軌道少維修效果 為了解彈性軌枕有碴軌道試鋪前后軌道養護維修的狀態，利用新干線電 氣軌道綜合試驗車，對長2 8 k m 的全高架橋區間( 直線和r 2 5 0 0 m ) 軌道高低、 軌向不平順發展進行的調查結果可知，每百日軌道不平順發展平均值，高低 不平順試鋪前為o 3 6 r a m ，試鋪后為0 2 5 r a m ：軌向不平順試鋪前為o 3 3 m m ， 試鋪后為0 1 4 r a m ，可見，彈性軌枕有碴軌道具有良好的少維修效果。 ( 3 ) 野洲地區的試鋪效果 對3 0 0 系高速列車以2 7 0 k m h 速度行駛，彈性軌枕的減振效果如下： 地面振動降低效果顯著，即使是走行速度2 7 0 k m h 也與現行運營速 度2 2 0 k m h 時試鋪前的振動級相同，甚至還低。 在非鋼軌焊縫處走行速度2 7 0 k m h 時鋼軌壓力約降低1 0 k n ，這是由 于彈性軌枕的彈性使鋼軌壓力分散的結果。 在非鋼軌焊縫處走行速度2 7 0 k m h 時道床振動加速度級約降低 3 - 4 d b 。并且，鋪設彈性軌枕后在走行速度2 7 0 k m h 條件下的道床振動加速 度級比試鋪前的振動加速度級還低。 1 3 本論文的主要工作 有碴軌道是目前我國鐵路最主要的軌道結構型式。由于我國人口多，幅 員遼闊，僅有的鐵路營業線路根本不能滿足社會經濟日益增長的需求，作為 鐵路行車基礎的有碴軌道結構一直處于滿負荷工作狀態。到目前，我國鐵路 已經進行了五次大面積提速，為適應經濟發展的進一步需要，鐵路正在跨越 式的向高速、重載方向發展。由此，傳統的有碴軌道在高速、重載條件下必 須進行強化處理，這為彈性軌枕的工程應用提供了良好的契機”“。 日本在7 0 年代開始研制彈性軌枕，7 0 年代中后期在線路上進行試鋪， 西南交通大學碩士研究生學位論文第9 頁 并取得了良好的效果。奧地利、德國、美國等國家現在已經將彈性軌枕產品 化。而我國雖然在早期對彈性軌枕進行過初步研究，但尚未形成系統，更沒 有推廣使用。本論文基于此基礎作如下幾個方面的工作： 1 根據相關標準研制成型彈性軌枕。對枕下墊板材料、物理力學性能、 外觀形狀等進行研究和比選：從理論上對枕下墊板試樣靜剛度進行近似計 算；提出彈性軌枕成型方案和彈性軌枕制作成型工藝流程。 2 ，對制成的彈性軌枕和普通軌枕分別進行室內基礎試驗，通過靜載和 動載試驗比較兩種軌枕的道床橫向阻力、軌枕支承剛度、軌枕荷載力矩、道 床的下沉特性和枕下墊板的疲勞耐久性能。 3 采用車輛軌道耦合動力學理論，計算出彈性軌枕有碴軌道與普通 軌枕有碴軌道在相同工況下輪軌系統各個部件的動力響應。對兩種軌道結構 的動力響應逐項進行對比分析，并對部分動力響應進行功率譜分析，同時對 不同墊板剛度下彈性軌枕的動力響應和不同速度下兩種軌道的動力響應也 進行分析。 4 分析彈性軌枕的工程應用前景。從彈性軌枕降低道床振動加速度、 減少道床和路基的壓應力，有效地保護碎石道床，延緩道床的變形和破損方 面結合室內試驗結果和動力學性能仿真分析結果，分析說明彈性軌枕在既有 提速線上和在新建高速線路上的應用前景。 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 0 頁 第2 章彈性軌枕的成型研究 彈性軌枕的關鍵部件是枕下墊板，其材質一般為橡膠。如何將混凝土 軌枕和橡膠墊板兩種性質完全不同的物體合而為，并且還能在長期的高速 重載列車反復作用下保持良好的彈性性能，且墊板與軌枕結合牢固不分離， 這也是彈性軌枕在成型之初必須研究的問題。為了使彈性軌枕的彈性性能盡 可能地保持長久，枕下墊板材料的選擇是關鍵所在。以往國外鐵路曾經選用 過硫化橡膠、尿烷合成橡膠等，但由于制作成本太高推廣使用很困難，故在 廣泛參考橡膠材料物性及其經濟性的基礎上選擇三元乙丙( e p d m ) 橡膠作為 彈性軌枕枕下墊板材料”“。在制作成型方面主要考慮了兩種成型方法，- - e e 為粘結成型，另一種為錨固成型。并通過試驗比較兩種成型方法在成型工藝 和粘結牢固方面的優劣。 2 1 彈性軌枕枕下墊板技術標準 2 1 1 枕下墊板技術要求 1 外觀質量 枕下墊板應表面平整、邊緣整齊，外觀質量符合表2 1 的規定。外觀 檢查可用目測、鋼板尺和游標卡尺進行”。 表2 - 1 枕下墊板的外觀質量 缺陷名稱要求 缺角在四個角上的缺角總面積不得大于1 0 0 m m 2 。 。在兩個工作面上因雜質、氣泡、水紋、悶氣造成的缺膠面積每處有不得大 缺膠 于1 0 0 r a m 2 、深度不得大于l m m 的缺陷，且每塊墊板缺膠不得超過三處。 在工作面上不允許有海綿狀物；在四個角上允許有不超過缺角允許限度的 海綿狀物 海綿狀物。 2 物理機械性能 橡膠材料因為是幾種化學材料通過化學作用有機地結合在一起，其成 分比例、化合溫度、硫化時間等都會影響橡膠墊板的物理機械性能，所以對 其物性必須通過試樣試驗嚴格控制。參考相關標準枕下橡膠墊板的物理機械 性能應符合表2 2 的規定。 西南交通大學碩士研究生學位論文第1 1 頁 表2 2 枕下墊板的物理機械性能 序號項目單位要求試驗方法 1 邵爾a 型硬度 7 5 8 5g b 5 3 1 2 靜剛度m n m4 0 6 0t b 2 6 2 9 3恒定壓縮永久變形墨2 5g b l 6 8 3 4 拉伸強度 m p a 三6 g b 5 2 8 5 扯斷伸長率三15 0g b 5 2 8 6撕裂強度n e r a 2 5 0g b 5 2 9 7 橡膠成份定性分析 e p d m g b 7 7 6 4 外觀無龜裂 將正三角錐9 0 。頂點壓入7 m m 8耐棱性能7 0 、2 4 h 熱處理， 深度 m ms 4 室溫下放置1h 后測定 拉伸強度m p a三4 5 9耐熱性能g b 3 5 i2 扯斷伸長率蘭l0 0 拉伸強度 m p a蘭4 5 在蒸餾水中室溫下 10耐水性能 扯斷伸長率蘭10 0浸漬9 6 h 后測定 拉伸強度 m p a三4 5 在氫氧化鈣飽和溶液中 l l 耐堿性能 扯斷伸長率 蘭l0 0 室溫下浸漬9 6 h 后測定 耐疲勞外觀 無撕裂 1 2 無剝離 t b 2 6 2 9 性能 殘余壓陷量 m m s 4 2 1 2 枕下墊板驗收規則 ( 1 ) 產品質量驗收標準 枕下墊板的驗收應按批進行。相同原材料、配方和工藝生產的枕下墊 扳為一批。 枕下墊板產品質量采用g b 2 8 2 8 規定的正常檢查二次抽樣方案，以缺 陷數表示批的質量。檢查水平( i l ) 和合格質量水平( a q l ) 應符合表2 3 的規 定。 f 2 ) 枕下墊板質量一致性檢驗由制造廠的技術檢驗部門進行，逐批檢驗 表2 - 3 中帶號以外的各項次。 ( 3 ) 枕下墊板交貨驗收，供需雙方對產品質量有異議時，可從該批產品