[博士]高速道岔尖轨矫直理论及应用研究

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内容简介

　　高的平顺性是提高列车过岔速度、提高旅客乘坐舒适性及保障列车运行安全的基础，因此高速道岔对制造精度要求非常高。尖轨矫直是高速道岔生产的关键工艺环节之一，尖轨矫后线形对道岔的平顺性等制造精度影响较大，轨底残余应力影响尖轨的使用寿命。当前尖轨矫直仍停留在凭操作者经验进行粗放生产的水平，需多次反复才能矫直合格，返工率高，产品报废也时有发生，劳动强度大，效率低，而且达到高精度要求比较困难，影响高速道岔生产进度，增加产品成本。本文针对高速道岔尖轨的矫直特点，基于弹塑性理论，通过理论分析、有限元数值计算，对高速道岔尖轨矫直理论及相关关键技术进行研究，论文的主要研究工作如下：　　(1)尖轨矫直理论研究　　在分析压力矫直基础理论基础上，通过采用弹塑性理论，建立具有复杂断面特性的高速道岔尖轨矫直力学分析模型，对尖轨矫直的弹塑性区域分布、矫直应力、残余应力、尖轨矫直挠度及残余几何形态进行分析讨论，研究尖轨矫直机理，建立相应的计算公式。采用数值计算方法，通过编程求解尖轨不规则形状截面弹塑性区域分布方程、应力方程及挠度方程。　　(2)尖轨矫直有限元分析研究　　针对复杂结构构件，无法用解析法求解矫直参数的工程难题，采用弹塑性有限元法，建立尖轨矫直三维实体模型，对尖轨竖向矫直、横向矫直及曲线尖轨顶弯进行有限元分析计算，详细分析尖轨竖向矫直、横向矫直及曲线尖轨顶弯的线形变化、矫直应力和残余应力分布规律。结果表明，竖向矫直与横向矫直的线形变化、矫直应力和残余应力分布规律不同，横向矫直与项弯的线形变化、矫直应力和残余应力分布规律比较相似。　　为验证本文采用的弹塑性有限元法及计算模型的正确性，进行尖轨矫直试验。结果表明，有限元计算结果与实验结果相差较小，本文采用的弹塑性有限元法及计算模型可用于尖轨矫直分析。　　(3)尖轨矫直关键参数研究　　加载支距和压弯量是尖轨矫直的两个关键矫直参数。分析不同加载支距及压弯量条件下尖轨的残余变形、矫直应力、残余应力和矫直力的变化规律。结果表明，残余变形、矫直应力、残余应力和矫直力随加载支距的增大而减小，随压弯量的增大而增大。　　(4)初始变形及矫直部位对尖轨矫直的影响研究　　分析尖轨在不同初始变形条件下矫后残余线形、矫直应力和残余应力。结果表明，不同初始变形尖轨在相同矫直参数条件下残余挠度、矫直应力及残余应力相差不大。尖轨不同弯曲方向矫后残余应力及线形变化不同。　　分析尖轨不同部位矫后残余线形、矫直应力和残余应力。结果表明，尖轨切削部位被削弱，抗弯模量变小，相同的压弯量所需矫直力减小，残余曲率、矫直应力及残余应力减小。　　(5)尖轨矫直工艺及矫直质量评价方法　　总结分析尖轨支点、压点组合的确定方法及原则。采用有限元方法，编程计算尖轨矫直及尖轨顶弯的压弯量。结果表明，给定尖轨初始曲率半径条件下，加载支距越大，所需压弯量也越大；相同加载支距下，初始曲率半径越大，所需压弯量越小。尖轨初始曲率半径越小，矫直后轨底残余拉应力越大；曲线尖轨顶弯时加载支距越大，所需压弯量也越大，但轨底最大残余拉应力相差不大。　　建立尖轨矫直质量评价方法，结合生产实际及高速道岔的技术要求，分析讨论尖轨矫直质量检测内容及检测方法，为高速道岔矫直质量评价提供指导。

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