高绝缘耐腐蚀Ⅱ型弹条新型扣件系统试验研究

林红松，颜华，郏保琪

（1.中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031；2.宁波曙翔新材料股份有限公司，浙江宁波315100）

高绝缘耐腐蚀Ⅱ型弹条新型扣件系统试验研究

林红松1，颜华1，郏保琪2

（1.中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031；2.宁波曙翔新材料股份有限公司，浙江宁波315100）

基于新材料技术，研发了一种高绝缘耐腐蚀Ⅱ型弹条新型扣件系统，同时开展了扣件系统纵向阻力、扣压力、绝缘性能等系列测试，并进行了现场试铺应用。测试结果表明:扣件系统纵向阻力和扣压力分别为16.17，21.1 kN；300万次组装疲劳试验后，扣件系统静刚度、扣压力、纵向阻力、轨距变化均满足要求；两轨间电阻达10.6 Ω·km。现场试铺应用结果表明:该扣件系统显著提高了道床漏泄电阻，大幅降低螺栓日常涂油作业，减少扣件系统养护维修工作量。

有砟轨道；扣件系统；绝缘性能；防腐；试验研究

弹条Ⅱ型扣件系统为带挡肩有螺栓扣件，在我国普速铁路有砟轨道线路中得到了广泛应用。然而在弹条Ⅱ型扣件使用过程中，不同程度出现了轨距挡板磨损、道钉锈蚀、轨下垫板压溃、绝缘性能降低等典型病害。目前，根据部件功能和特点，复合材料在扣件系统中已得到了一定范围的应用，如弹条V型、WJ-8型扣件轨距挡板均采用玻纤增强聚酰胺66，预埋套管也采用玻纤增强聚酰胺66或高密度聚乙烯HDPE；W300-1型扣件弹性垫板采用了聚氨酯或三元乙丙橡胶发泡材料。为提高弹条Ⅱ型扣件的绝缘性、耐久性等综合性能，本文基于新材料技术，研究提出了高绝缘耐腐蚀Ⅱ型弹条新型扣件系统，同时为验证Ⅱ型弹条新型扣件系统的综合性能，对Ⅱ型弹条新型扣件系统纵向阻力、扣压力、垂向刚度、绝缘性能等进行试验验证，并开展现场试铺应用。

1　Ⅱ型弹条新型扣件系统

Ⅱ型弹条新型扣件系统结构组成与原弹条Ⅱ型扣件系统相同，由弹条、轨距挡板、挡板座、轨下垫板、道钉等组成，采用ω型弹条、螺旋道钉将钢轨扣压在轨枕上，螺旋道钉锚固于轨枕上，如图1所示。

针对弹条Ⅱ型扣件的应用情况及其主要病害，轨距挡板、挡板座、轨下垫板、螺旋道钉、螺母采用新材料，而弹条保持不变，Ⅱ型弹条新型扣件系统与原弹条Ⅱ型扣件系统的材料对比见表1。

根据我国有砟轨道技术要求，适用CHN60轨的Ⅱ型弹条新型扣件的主要技术参数如表2所示。

图1　Ⅱ型弹条新型扣件系统

表1　扣件系统对比

表2　Ⅱ型弹条新型扣件主要技术参数

2　Ⅱ型弹条新型扣件系统试验及现场应用

2.1室内试验

对Ⅱ型弹条新型扣件系统开展的试验主要包括纵向阻力、扣压力、垂向静刚度、动态轨距扩大量、绝缘性能等指标，并开展了现场试铺应用验证。由于轨距挡板采用树脂基复合材料，螺旋道钉及螺母采用铝基合金材料，均为非锈蚀材料，具有固有的优异防腐能力，因此不需开展盐雾试验。

2.1.1纵向阻力

将扣件系统扣压钢轨，采用液压千斤顶（量程100 kN，精度0.1 kN）对钢轨一端施加纵向力，采用百分表（量程30 mm，精度0.01 mm）测量钢轨另一端的纵向位移，如图2所示。典型的纵向阻力-相对位移关系曲线如图3所示。图中D1为最大纵向位移，D2为残余纵向位移，D3为弹性纵向位移。扣件系统3组纵向阻力均值为16.17 kN，满足Ⅱ型弹条新型扣件系统技术要求。

图2　纵向阻力测试装置

图3　纵向阻力-相对位移关系曲线

2.1.2扣压力

将扣件系统固定在工装上，采用液压千斤顶（量程100 kN，精度0.1 kN）对钢轨施加向上拉力，采用百分表（量程30 mm，精度0.01 mm）测量钢轨相对于工装的竖向位移。当轨下垫板恰好能被移除时，对应的拉伸荷载为P，移除轨下垫板后卸载至0.9P，再加载至1.1P，钢轨位移为0时对应的拉伸力即为扣压力，典型的荷载-位移关系曲线如图4所示。扣件系统3组扣压力均值为21.1 kN，满足Ⅱ型弹条新型扣件系统技术要求。

图4　扣件扣压力测试荷载-位移关系曲线

2.1.3扣件系统疲劳试验

采用加力架对一根轨枕上2组扣件同时加载，钢轨加力架水平倾角45°；采用FCS0118四通道电液伺服协调加载系统进行加载，加载频率4 Hz，共300万次。疲劳试验前后，分别测试扣件系统的静刚度、纵向阻力、扣压力和轨距，试验结果见表3。

表3　扣件疲劳试验结果

从表3可以看出，疲劳试验前后的扣件系统刚度、纵向阻力和扣压力均满足表2的技术要求，且疲劳前后指标变化率及轨距变化率也满足限值要求。

2.1.4扣件系统绝缘性能

既有弹条Ⅱ型扣件系统在使用过程中出现了轨距挡板锈蚀、扣件系统及道床脏污等现象，从而引起道床漏泄电阻降低，出现“红光带”，部分地段道床漏泄电阻最小仅为0.3 Ω·km。为此，Ⅱ型弹条新型扣件系统采用树脂基复合材料的轨距挡板。为验证扣件系统的绝缘性能，将2根短钢轨固定于同一轨枕上，开展喷淋条件下的两轨间电阻测试，测试结果见表4。测试结果表明：在干态情况下，两轨间扣件电阻值为3.8 MΩ；湿态情况下，修正后的两轨间扣件绝缘电阻为10.6 Ω·km，具有优异的绝缘性能。

表4　新型弹条Ⅱ型扣件系统电阻

2.1.5螺旋道钉抗拔力试验

为验证铝基合金螺旋道钉的抗拔性能，采用液压千斤顶（量程100 kN，精度0.1 kN）对螺旋道钉施加拉力，以（50±10）kN/min的加载速率施加荷载至60 kN，然后保持3 min，在无振动情况下卸载，观察螺旋道钉周围是否存在裂缝。螺旋道钉抗拔力试验表明，螺旋道钉周围未发现裂缝，满足要求。

2.2现场应用

为验证Ⅱ型弹条新型扣件的综合性能，在既有线铁路进行了试铺应用。试铺应用情况表明：Ⅱ型弹条新型扣件各部件状态良好，树脂基轨距挡板未出现破损，铝基合金螺旋道钉未出现锈蚀，轨下垫板也未出现破损及压溃；采用弹条Ⅱ型扣件系统综合性能提升措施后，能明显提高扣件系统的使用寿命，大幅降低螺栓日常涂油工作，减少养护维修工作量。

3　结论

为提升弹条Ⅱ型扣件系统绝缘、防腐等综合使用性能，基于新材料研究提出了高绝缘耐腐蚀Ⅱ型弹条新型扣件系统，并对扣件系统的纵向阻力、扣压力、绝缘性能、疲劳前后轨距、抗拔力等开展系统测试，在此基础上开展了现场试铺应用。研究结果表明：

1）Ⅱ型弹条新型扣件系统轨距挡板采用树脂基复合材料，湿态情况下两轨间绝缘电阻为10.6 Ω·km，显著提高了扣件系统的绝缘性能；采用铝基合金螺旋道钉，避免了锈蚀问题。

2）扣件系统纵向阻力为16.17 kN，夹紧力为21.1 kN；300万次疲劳试验后，静刚度、纵向阻力、夹紧力及轨距分别变化10.2%，1.3%，6.2%和1 mm；螺旋道钉抗拉力满足要求。

3）经现场试铺应用，Ⅱ型弹条新型扣件各部件状态良好，且显著提高了道床漏泄电阻，大幅降低螺栓日常涂油工作，减少扣件系统养护维修工作；可以为有砟轨道扣件系统的设计和应用提供参考。

［1］卢祖文.我国铁路的钢轨扣件［J］.中国铁路，2005（7）：25-27.

［2］于春华.铁路钢轨扣件发展综述［J］.铁道标准设计，2006（增）：188-191.

［3］王其昌.无碴轨道钢轨扣件［M］.成都：西南交通大学出版社，2006.

［4］李炜红.高速铁路有碴轨道的扣件选择［J］.铁道建筑，2002（9）：15-18.

［5］潘自立，颜华，杨吉忠.委内瑞拉北部铁路用WT-1型扣件系统试验研究［J］.铁道工程学报，2014（6）：35-38，55.

［6］British Standards Institution.EN 13146Railway Application-Track-Test Methods for Fastening Systems［S］.London：British Standards Institution，2002.

［7］中铁二院工程集团有限责任公司.渝怀线道床漏泄电阻现场测试报告［R］.成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2010.

（责任审编孟庆伶）

Experimental Study on NewⅡ-type Elastic Bar Fastening System with High Insulation and Excellent Rust-resistance

LIN Hongsong1，YAN Hua1，JIA Baoqi2
（1.China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu Sichuan 610031，China；2.Ningbo Shuxiang New Material Co.，Ltd.，Ningbo Zhejiang 315100，China）

Based on new material technology，a newⅡ-type elastic bar fastening system with high insulation and excellent rust-resistance was proposed.In order to validate the new fastening system performance，a series of laboratory tests including longitudinal resistance，clamping force and insulation performance of fastening system were carried out and the field trial laying experiments were implemented.Research results show that the longitudinal resistance and clamping force are 16.17 kN and 21.1 kN respectively，the static stiffness，clamping force，longitudinal resistance and track gauge change of fastening system could meet the requirements after 3 million times of fatigue tests，the electrical resistance of the fastening system between two rails is up to 10.6 Ω·km，this new fastening system significantly improves the leakage resistance of ballast bed and greatly reduces the daily bolt oiling work and maintenance and repair work of fastening system.

Ballast track；Fastening system；Insulation performance；Rust resistance；Experimental study

U213.5+3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.10.29

1003-1995（2016）10-0109-03

2016-04-25；

2016-07-28

林红松（1982—），男，高级工程师，博士。