碗扣的主要设计参数包括:防爬阻力、扣压力、节点刚度、耐疲惫机能、轨距及水平调整量、绝缘机能等。一般可通过下列方式,确定其设计参数。扣件的耐久性是通过疲惫试验来验证的,疲惫试验能验证扣件抵挡重复荷载的机能,我国通常是取小半径曲线上的扣件所受的最大荷载来进行试验的。设计碗扣时,要依据地铁实测小半径200m曲线地段扣件所受的力,并参照海内外同类扣件的设计荷载。要求组装扣件疲惫荷载一般取竖向50kN,横向30kN,能承受300万次疲惫荷载的轮回试验,各部件不损坏。
扣件的扣压力和防爬阻力是一对共生参数,静态防爬阻力即是扣压力乘以综合摩擦系数。
扣件的扣压力的大小是确保钢轨不乱的枢纽,它与车辆的轴重、速度及是否采用无缝线路及轨下垫层的机能有关。当车辆轴重大、速度较高,采用一般线路时,要求钢轨扣件的扣压力就大;轴重轻、速度低,采用无缝线路时,扣压力可以小一些。扣压力的大小应保证在扣件的使用周期里,当列车制动时,钢轨不发生永久性位移。对于城市轻轨,一般轴重低于160kN,速度不超过100km/h,故对扣件扣压力的要求不是很高,理论计算及实践证实,单一扣压件的扣压力在6~8kN是可以知足要求的。值得留意的是:过大的扣压力并不是有利的,这将导致轨下弹性垫层的初始压缩量增大,损失减振弹性。绝缘机能:城市轨道交通对钢轨扣件的绝缘机能要求很高,一方面是走行轨作为供电回流轨的要求,另一方面是移动闭塞信号的要求。扣件绝缘机能不好,长此以往,除导致大量电流泄漏、铺张电能外,还会因杂散电流而侵蚀结构钢筋和市政管线。
在城市轨道设计中,供电、信号等专业对钢轨扣件的绝缘机能都会提出详细要求。就目前的材料技术,达到这些要求是完全可行的。通常扣件中的单个绝缘部件常态绝缘电阻均可以达到108Ω以上,能知足对扣件的绝缘要求。
扣件的节点刚度是考查扣件弹性的指标,包括静刚度值、动刚度值及消息比,均需通过室内试验确定。扣件垂向静刚度值是取扣件压缩变形曲线某一段的割线斜率来确定20~40kN/mm比较合适;动刚度值是扣件的重要指标,表明扣件在动荷载作用下的弹性,即减振机能;设计扣件消息比应控制在1.4以下。
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