CN210886771U - 一种低应力高疲劳寿命ω型弹条 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低应力高疲劳寿命ω型弹条，弹条为左右对称结构，包括连结为一体的中部半圆弧段中肢、两端的弹条趾端、两侧的弯臂、尾部弯曲段和中部弯臂；半圆弧段中肢和两端的弹条趾端扣压钢轨；尾部弯曲段半径为25.0mm，中肢弹程为10.0mm，弹条拱跨为72.0mm。有益效果是，由于改变了弹条的弹程、拱跨长度和尾肢圆弧半径，使弹条在工作状态下位于尾部弯曲段处的最大等效应力幅值降低，且弹条未出现塑性变形区域，对弹条受力有利，有助于提高疲劳寿命，减少疲劳断裂现象。另外，由于弹条几何尺寸的优化，弹条的质量相比于现有技术方案有所降低，节省了材料，具有更优的经济性；该弹条满足地铁列车安全运营的性能要求。

Description

一种低应力高疲劳寿命ω型弹条

技术领域

本实用新型涉及城市轨道交通扣件领域；特别是涉及低应力高疲劳寿命ω型弹条。

背景技术

随着我国城市化进程的发展，城市规模迅速扩大，人口密度不断增加，为了缓解城市交通压力，以满足居民快速出行需求，城市轨道交通快线的规划和建设已逐步提上议程，许多城市已经开始建设时速120km的城市轨道交通快线。

随着城市轨道交通线路设计速度的提高，相关设备系统的性能指标也需随之提升，弹条作为扣件系统的重要部件，设计速度的提高对弹条的使用性能提出了新的要求。城市轨道交通列车运营速度达到120km/h时，轮轨动力作用显著增大，会加剧扣件系统零部件的疲劳伤损，引起扣件系统性能降低，甚至失效，形成安全隐患，危及行车安全。目前时速100km/h以上地铁线路弹条出现较多疲劳断裂现象。现有弹条方案工作状态下应力水平较高，疲劳寿命已无法满足城市轨道交通提速对弹条性能的要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能够满足扣压力要求，降低工作状态下弹条应力，提升弹条疲劳寿命，满足地铁列车安全运营的ω型弹条。

本实用新型所采用的技术方案是，一种低应力高疲劳寿命ω型弹条，弹条为左右对称结构，包括连结为一体的中部半圆弧段中肢、两端的弹条趾端、两侧的弯臂、尾部弯曲段和中部弯臂；所述半圆弧段中肢和两端的弹条趾端扣压钢轨；尾部弯曲段半径为25.0mm，中肢弹程为10.0mm，弹条拱跨为72.0mm。

所述弹条质量为0.54kg。

所述弹条材质为60Si2MnA或不低于其性能的φ14mm热轧弹簧钢。

所述弹条在正常安装状态下前四阶固有频率分别为532Hz、651Hz、1388Hz、1766Hz。

所述弹条尾部弯曲段4为立体曲线体，其最低点支撑在弹条座上。

本实用新型的有益效果是，由于改变了弹条的弹程、拱跨长度和尾肢圆弧半径，使弹条在工作状态下位于尾部弯曲段处的最大等效应力幅值降低，且弹条未出现塑性变形区域，对弹条受力有利，有助于提高疲劳寿命，减少疲劳断裂现象。另外，由于弹条几何尺寸的优化，弹条的质量相比于现有技术方案有所降低，节省了材料，具有更优的经济性；该弹条满足地铁列车安全运营的性能要求。

附图说明

图1是本实用新型弹条的立体结构示意图；

图2是本实用新型弹条的正视图；

图3是本实用新型弹条的展开示意图；

图4是本实用新型弹条等效应力分布图；

图5是现有弹条的等效应力分布图；

图6是本实用新型弹条的在钢轨波磨作用下疲劳寿命变化图。

图中：

1.中部半圆弧段中肢 2.两端的弹条趾端 3.两侧的弯臂

4.尾部弯曲段 5.中部弯臂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

如图1至图3所示，本实用新型一种低应力高疲劳寿命ω型弹条，“ω”形弹条为左右对称结构，包括连结为一体的中部半圆弧段中肢1、两端的弹条趾端2、两侧的弯臂3、尾部弯曲段4和中部弯臂5；所述半圆弧段中肢1和两端的弹条趾端2扣压钢轨。弹条截面为圆形，直径D为14mm，尾部弯曲段半径R₂为25.0mm，比现有尾部弯曲段半径增大2.5mm，中肢弹程H₀为10.0mm，弹条拱跨L₀为72.0mm，比现有拱跨增大2mm，弹条工作应力降低了12.9%，在波长50mm，波深0.2mm条件下，该新型弹条疲劳寿命由原方案的2.52E+08次增大到3.15E+08次。

所述弹条的几何形状相对于其中部的半圆弧段1中间截面对称。所述两侧弯臂3为立体曲线，为弹条趾端2提供弹程。所述弹条趾端2在钢轨轨脚上表面施加扣压力，扣压力为9.95kN，满足弹条设计中对扣压力的要求。所述弹条尾部弯曲段4为立体曲线，其最低点支撑在弹条座上。所述弹条安装时紧固螺栓的紧固力施加在中部弯臂5上。

所述弹条材质为60Si2MnA或不低于其性能的φ14mm热轧弹簧钢。所述弹条质量为0.54kg。比现有质量降低了0.02kg，节省了材料，具有更高的经济性。

所述弹条在正常安装状态下前四阶固有频率分别为532Hz、651Hz、1388Hz、1766Hz。在不平顺选用美国六级谱下，疲劳寿命满足使用要求。

在典型波磨波长为30mm、40mm、50mm、120mm时，新型弹条设计疲劳寿命均有很大余量，满足使用要求。

在保留现有设计的ω型扣件弹条的基本形状的前提下，对弹条几何尺寸进行优化，在满足弹条扣压力要求的条件下，降低了弹条在工作状态下的最大等效应力幅值，对弹条工作状态下受力有利。

如图4和图5所示，弹条几何尺寸优化后，弹条在工作状态下位于尾部弯曲段4处的最大等效应力幅值从1491MPa降低至1298MPa，减小了193MPa，相比原方案降低了12.9%，未超过弹条材质的屈服极限1350MPa，弹条未出现塑性变形区域，弹条设计有较大冗余，偏安全，对弹条工作状态下受力有利。应力水平降低有助于提高疲劳寿命，减少疲劳断裂现象。

依据弹条的SN曲线，结合疲劳分析理论和累积损伤法则，估算弹条疲劳寿命。在不平顺选用美国六级谱下，计算行车速度60km/h、80km/h、100km/h、120km/h、140km/h时弹条的疲劳寿命均满足使用要求（参看表1）。

表1 不同速度下弹条危险点疲劳寿命

如图6所示，车辆运营速度为120km/h，调查的典型波磨波长包括：30mm，40mm，50mm和120mm。以弹条疲劳寿命为500万次作为安全限值，可知弹条疲劳寿命在波磨波长为30mm、40mm、120mm时，可满足安全限值要求。在波长为50mm时，波深小于0.46mm可满足安全限值要求。相较于原技术方案，在波长50mm，波深0.2mm条件下，该新型弹条疲劳寿命由原方案的2.52E+08次增大到3.15E+08次，该新型弹条设计疲劳寿命余量更大，不易发生疲劳断裂现象，能够满足时速120km的城市轨道交通快线使用要求。

本申请弹条工作状态下的最大等效应力小于屈服极限，弹条未出现塑性变形区域，对弹条受力有利，有助于提高疲劳寿命。弹条设计的疲劳寿命余量很大，不易发生疲劳断裂现象，能够满足线路使用要求。弹条的质量相比于现有技术方案有所降低，节省材料，具有更优的经济性。弹条达到设计弹程后，扣压力为9.95kN，满足弹条设计要求，扣压稳定性能够得到保证。

值得指出的是，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本实用新型的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本实用新型的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种低应力高疲劳寿命ω型弹条，其特征在于，弹条为左右对称结构，包括连结为一体的中部半圆弧段中肢（1）、两端的弹条趾端（2）、两侧的弯臂（3）、尾部弯曲段（4）和中部弯臂（5）；所述半圆弧段中肢（1）和两端的弹条趾端（2）扣压钢轨；尾部弯曲段半径为25.0mm，中肢弹程为10.0mm，弹条拱跨为72.0mm。

2.根据权利要求1所述的低应力高疲劳寿命ω型弹条，其特征在于，所述弹条质量为0.54kg。

3.根据权利要求1所述的低应力高疲劳寿命ω型弹条，其特征在于，所述弹条材质为60Si2MnA或φ14mm热轧弹簧钢。

4.根据权利要求1所述的低应力高疲劳寿命ω型弹条，其特征在于，所述弹条在正常安装状态下前四阶固有频率分别为532Hz、651Hz、1388Hz、1766Hz。

5.根据权利要求1所述的低应力高疲劳寿命ω型弹条，其特征在于，所述弹条尾部弯曲段（4）为立体曲线体，其最低点支撑在弹条座上。

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