軌道板式車輛減速器的研制

李秀杰

車輛減速器是駝峰編組站中設置在線束或股道的車輛調速設備，與駝峰控制系統配合，用來對溜放中的車輛進行速度控制，使車輛保持適當間隔或者溜入調車線的速度滿足安全連掛要求。車輛減速器對提高駝峰車輛編解效率、保證駝峰作業安全非常重要。

減速器在制動過程中，車輛重量對減速器的垂向負載以及縱向沖擊都非常大;緩解時車輛與浮起的基本軌瞬間落到減速器基礎上，對減速器的垂向拍擊也非常大，負載最終會通過減速器機體傳到混凝土基礎上。對混凝土制品來說，沖擊和震動的工作載荷是非常惡劣的工況。尤其是近年來，隨著車輛軸重增加，對基礎的沖擊力也大大增加。例如，2006年以來，C70等23t軸重貨車逐步使用，到2012年，已占全部車輛的35%以上，有些編組站可達50%～70%，對減速器使用和維修是巨大考驗。關鍵零部件受力增大，接近零部件強度上限，出現了制動鉗、制動軌、高強螺栓和設備基礎的開裂等問題。因此，改進減速器混凝土基礎以適應車輛軸重不斷提高的實際需求，是亟待解決的問題。

1 既有軌枕板基礎分析

減速器現有基礎為鋼筋混凝土軌枕板形式，為滿足減速器對基礎的需求，外形需要有高出的承軌臺。為保證下部基礎穩固，現場使用時將軌枕板連接成整體形式。如圖1所示。通過預制或現場施工方式，采用鋼筋混凝土二次澆筑方法將多塊軌枕板連接成為整體道床。

圖1 經二次澆筑形成整體道床

軌枕板在生產、使用和維修等過程中，存在以下不足：

1.生產過程中，因軌枕板形狀復雜，凸起的承軌臺較高，振搗和脫模過程比較困難，表面易產生氣泡，脫模時易造成邊角破損。

2.整體道床二次澆筑易造成界面結合不良，生產和運輸中易形成裂紋，使用中易帶來次生病害。

3.安裝時易造成破損。現場施工時間緊，很多站場由于施工不當造成固定座壓住基本軌。而工作中基本軌需要浮起，通過固定座螺栓將軌枕板混凝土拔起，輕者造成裂紋，嚴重時導致承軌臺整體破壞。

4.混凝土材料本身抗拉、抗壓強度差異大，其比值約為1/18～1/9，抗拉強度遠低于抗壓強度。減速器工作時，兩端高出的承軌臺受力，使軌枕板中部彎曲產生拉應力，當下部基礎碎石不平整，中間高出時，容易形成負彎矩造成斷裂。

5.施工過程中，緊固硫磺錨固螺旋道釘，扭矩超過上限會造成混凝土開裂 (標準要求緊固扭矩低于200 N·m);或者螺栓緊固不良，因循環搖動松動，進而造成混凝土破損。

6.混凝土破損后維修困難。一是維修時間緊。減速器是不間斷作業設備，尤其在間隔位，要點維修影響正常運營，只能利用每天半小時停輪時間維修，時間嚴重不足。二是維修工藝復雜，難度大。環氧樹脂等施工材料對環境溫度要求高，維修需要模板，修后需要靜停養護。因此，軌枕板的修復一直都是減速器維修的一個難點。

以上問題給設備帶來很多隱患，維修難度大，影響設備使用效果，亟待改進。

2 軌道板式減速器的研制

減速器基礎近幾年顯現出對貨運重載的不適應。而高速鐵路新技術又為減速器設計提供了新思路。無砟軌道技術，尤其是軌道板設計和生產工藝，為減速器混凝土基礎改進提供了非常好的參考。

1.預應力混凝土技術。對軌道板施加預應力，防止軌道板受拉應力變形和開裂。

2.整體混凝土鋼模，高頻振搗技術。

3.現地蒸汽養生和浸水養生。

將以上新技術、新工藝應用于車輛減速器軌道板生產中，基礎的整體水平煥然一新。

除了材料、工藝上的進步，設計上也在不斷改進。減速器軌道板采用了外形簡單的平板結構，為滿足減速器工作中對基礎形狀的需求，采用了與軌道板配套的鋼臺座技術。將凸起的混凝土承軌臺用整體鋼結構的鋼臺座替代，簡化了混凝土外形，消除了復雜形狀造成的應力集中。鋼材料代替混凝土材料受拍擊，避免了混凝土的破壞。鋼臺座底面與混凝土接觸面積大，是軌枕板的幾倍，分散了受力，減小了壓強，極大地改善了混凝土局部受力過大的狀況。鋼臺座軌道板技術提高了基礎強度，延長使用壽命，為減速器適應重載運輸發展提供了解決方案。

3 有限元仿真計算

新技術的采用需要在理論計算上充分驗證。因此，采用了有限元分析方法對軌道板基礎進行校核，定量分析改進對基礎的影響程度。

采用三維仿真技術建立車輛減速器仿真分析平臺，通過平臺對間隔位、目的位減速器進行尺寸校核、零件布置、運動干涉檢查，如圖2所示;采用有限元分析方法對基礎和關鍵零部件進行機械強度校核、疲勞壽命分析、結構優化設計。仿真分析平臺的應用提高了設計水平和一次成功率。

圖2 應用仿真平臺對車輛減速器進行模擬

除應用仿真平臺進行減速器整體設計外，還對基礎進行強度校核和對比分析，比較軌枕板和軌道板2種形式的差異，即對新設計采用的鋼臺座和軌道板分別進行仿真計算。圖3、圖4為應用有限元分析軟件對鋼臺座和混凝土基礎進行計算后的結果示意圖。圖中顯示零件應力梯度分布情況，最大應力位置即圖中箭頭指示位置。通過顏色可以找到零件最大應力位置、最大應力值。比較不同零件的最大應力值，即可比較出零件的強度。計算結果如下：

1.鋼臺座工作中最大應力值遠遠低于材料許用應力，如圖3所示。

2.軌道板正常工作中，最大應力值遠小于材料許用應力值。

3.模擬非正常工況，下部基礎不平使基礎產生負彎矩時，軌道板最大應力為6.4 MPa，約為軌枕板最大應力的三分之一，如圖4所示。

計算結果顯示，軌道板比軌枕板的受力狀況改善明顯。

圖3 對鋼臺座進行強度校核

圖4 對軌枕板、軌道板基礎進行強度校核

4 軌道板式減速器樣機試制

為了驗證理論分析結果，試制了樣機，進行了現場試驗。軌道板式減速器由于外形、強度、壽命等綜合水平的提高，受到用戶的歡迎。目前中國鐵道科學研究院的軌道板式減速器系列包括間隔位T·JK3-B60型、T·JK3-B50型、適用于美國鐵路的US136型;目的位T·JK2-B50型減速器。間隔位軌道板式減速器在蘇家屯、寶雞東、太原、阜陽等站場安裝使用，目的位軌道板式減速器在新豐鎮安裝使用，如圖5、6所示。

圖5 T·JK3-B60型、T·JK3-B50型軌道板式減速器在蘇家屯、寶雞東應用

圖6 T·JK2-B50型軌道板式車輛減速器在新豐鎮應用

5 結論

軌道板式減速器是為了適應重載發展，在設備基礎上做了重大升級的減速器產品。具有以下特點：

1.基礎強度大幅提高。將軌枕板結構的關鍵受力部位，替換為整體鋼臺座軌道板結構，解決了混凝土基礎在震動、拍擊工作環境易損壞問題，并且有限元強度分析結果優于軌枕板基礎。

2.軌道板一次澆鑄完成，解決了整體道床二次澆鑄引起的邊緣開縫及表面裂紋問題。

3.減少減速器基礎維修工作量，提高維修安全性。

軌道板式減速器在外形、強度、壽命、維修方便性等方面表現出的優勢，為鐵路重載產生的問題提供了解決方案，它將成為減速器的發展方向，并得到廣泛應用。

［1］ 李凱華，高立中.車輛減速器混凝土基礎的改進和研制［J］.鐵道通信信號，2012(7)：25-27.

［2］ 李秀杰，郭玉華，高立中.提高車輛減速器傳動機構可靠性的研究［J］.鐵道通信信號，2013(12)：1-3.

［3］ 宋玉普，王清湘.鋼筋混凝土結構［M］.北京：機械工業出版社，2005.