有关文献指出，我国已有铁路普遍提高列车运行速度的主要限制因素是小曲率半径弯道和部分道岔。道岔是铁路结构的关键部件，是使列车从一股轨道转入另一股轨道所必须的线路设备。文献中指出，由于道岔结构复杂，特别是几何不平顺度大，当车轮通过道岔时将会引起强烈的冲击和振动，导致道岔主要部件使用寿命缩短。道岔的外锁闭装置是转移与固结不同股轨道的关键装置。当列车驶过道岔时，不同股轨道(在道岔处，其横截面形状沿轨长方向各不相同)因刚度不同而变形各异，且变形随车轮与轨道的相对位置变化而变化；而锁闭装置在第一、二、三牵引点处约束它们，将可动的心轨与基本轨连接在一起，从而使锁闭装置中出现很大的局部应力。当列车提速时，车轮作用于轨道的惯性力(特别是道岔处的横向惯性力)增大，从而使锁闭装置中的应力增大，疲劳寿命下降。为适应列车提速的需要，北京全路通信信号研究设计院改善了18号单开道岔外锁闭装置的设计，课题组按照其要求，对有关部件的应力进行了有限元分析。
       图1、图2分别给出第二与第三牵引点处锁闭装置的横截面图，第一牵引点与第二牵引点处的锁闭装置结构类似。
　　初步的分析与实测表明，当列车经过道岔时，锁闭装置中最主要的受力元件是锁闭钩。首先分析一下锁闭钩如何将心轨固定到翼轨上，如图1所示。当锁闭杆向右拉动时，其右端的突起B上抬，顶住锁闭钩右端下方，使锁闭钩的右端上方C点处的斜面上抬，顶在锁闭铁上，而锁闭铁是固定在翼轨上的；同时，锁闭钩的A点卡住心轨连接铁，使心轨不能向左运动。当车轮通过心轨时，心轨和翼轨各自发生不同的弹性变形，如果这种变形使与A点接触的心轨连接铁产生向左的位移，那么锁闭钩就会受力。图2所示的第三牵引点的锁闭装置与第一、第二牵引点的区别是锁闭钩通过销轴与固定在心轨轨腰的连接铁相连。销轴与连接铁和锁闭钩上的销孔都是接触传力的。其锁闭钩的端部情况和第一、二牵引点的相同。
　　笔者所关心的是锁闭钩的强度问题，而锁闭钩所受心轨与翼轨的作用力取决于在车轮作用下两者的变形差，如果认为车轮作用力是已知载荷，锁闭钩的受力却受到很多因素的影响，无法直接给出。为了比较准确地分析锁闭钩的受力，本文建立了图3所示的力学模型，其要点如下。
       (1)计算模型包括翼轨，长心轨，短心轨，第一、二、三牵引点锁闭装置中的锁闭钩，连接铁，销轴，顶铁等元件。锁闭装置中的锁闭铁与翼轨固接，而翼轨固结于枕木上，变形较小，故略去锁闭铁的变形，认为锁钩上的C点处斜面与翼轨刚性连接。
       (2)长、短心轨与翼轨沿轨长均按其实际的变截面建立三维有限元模型，以保证准确计算其刚度。模型从心轨理论尖端起算，此端面处心轨假设为自由面。长心轨止于与枕木固结处，假设该端面固定。短心轨取至心轨弹性可弯中心，假设该端面沿轨长方向自由，其他方向固定。取翼轨比心轨两端各长2 m左右。假设其端面沿轨长方向自由，其他方向固定。短心轨与翼轨之间的顶铁一端固结于翼轨上，另一端与短心轨为单面接触传力。长短心轨之间每隔一定距离通过螺栓和垫铁固结。

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