城市轨道交通采用直流供电方式,钢轨是牵引电流回流的主要路径。但由于钢轨具有一定的电阻,钢轨与地之间无法完全绝缘,因此会产生流入地下的杂散电流。杂散电流会腐蚀地下金属管线和结构钢筋等金属设施。目前,地铁设计中会在钢轨与轨枕之间安装扣件,以保证轨地之间有较高的绝缘电阻。既有扣件的安装设计仅考虑了物理接触性绝缘,未考虑材料老化、环境污染、潮湿等因素对绝缘性能的影响。因此地铁在实际运行过程中,扣件绝缘性能无法达到要求。研究扣件绝缘性能的影响因素及提升措施势在必行。本文首先介绍了扣件的结构、组成部件以及各部分材料的电气特性。利用有限元仿真软件ANSYS建立扣件整体附污模型,研究泄漏电流的流通路径以及表面电阻、体电阻的组成方式及不同污秽情况下的值。研究结果表明:表面电阻对扣件的绝缘性能影响很大,一般污秽情况下,扣件的表面电阻都要远远小于体电阻;扣件的表面电阻受表面电导率、积污厚度和表面电流的泄漏距离等有关;表面电导率为10^-5S·m^-1时,组成扣件的轨距块、轨下垫板等器件的体电阻均在10⁶MΩ以上,但扣件不同表面的表面电阻值只有约10¹00MΩ。同时,本文搭建了扣件的人工污秽试验平台,利用固体层法在扣件表面涂污,并模拟不同相对湿度、温度和盐雾等气候环境,分别测量不同环境因素对钢轨与铁垫板之间的绝缘电阻R₁、铁垫板和轨枕之间的绝缘电阻R₂的影响,研究扣件绝缘的薄弱环节。研究结果表明:相对湿度和受潮时间对扣件的绝缘性能影响明显,因为空气中的水蒸气扣件表面凝结后,可增加扣件的表面电导率,在绝缘器件表面形成导电通路;铁垫板下垫板由于泄漏距离小受空气中的水蒸气影响明显,当湿度达到90%时R₂的值不到2MΩ;盐雾环境下,雾气中的盐分会附着在扣件表面导致表面电阻的下降;温度升高对扣件绝缘性能的影响主要体现在对水蒸气在扣件表面凝结的抑制作用。最后本文根据有限元仿真和人工污秽试验的结果研究了增强扣件绝缘性能的措施。可从增大泄漏距离和提高扣件表面耐污耐水性能两方面入手。研究结果表明:轨下垫板和铁垫板下垫板的侧面增加10mm的裙边后,表面电阻增加,两部分绝缘电阻均增加50%;轨下垫板沿钢轨和铁垫板方向增加外延,R₁增加了50%⁷0%;采用机械强度和绝缘性能优良的复合材料代替铁垫板;增加绝缘材料的液体接触角,使空气中的水分难以使扣件表面湿润。