地铁小半径曲线段上列车车内振动测试与特性

摘 要：在地铁线路中,小半径曲线段的列车振动加速度一般大于同种轨道结构的直线段。为了研究小半径曲线段车内振动的频谱特性,选择了半径为350m的地下隧道区间进行测试,该区间分布着钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件三种轨道结构。分析了双面胶带、螺钉等多种传感器安装方式对测量结果的影响,采用DASP V11软件测量一天中三个不同时段车厢地板垂向和横向振动加速度,并进行Z振级和X振级分析。结果表明：半径为350m的曲线隧道内,钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件三个区段车厢地板振动对应的垂向振级峰值频率分别为8Hz和63Hz,3.15Hz、8Hz和63Hz,50Hz和100Hz;横向振级峰值频率为63Hz,63Hz,50Hz和100Hz;钢弹簧浮置板整体道床段和科隆蛋扣件段车厢地板振动加速度大于普通型扣件段。通过本次测试,为小半径曲线段振动噪声问题提供一些减振降噪措施选择方面的参考,同时为研究小半径曲线段车厢地板振动特性问题提供支持。     

地铁小半径曲线段上列车车内振动测试与特性

列车行驶在小半径曲线段上时的振动加速度一般大于在同种轨道结构直线段上的值。为了研究在小半径曲线段上行驶时列车车内振动的频谱特性,选择半径为350 m的地下隧道区间进行测试,该区间内分布着钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件3种轨道结构。分析采用双面胶带、螺钉等多种传感器安装方式对测量结果的影响,采用DASP V11软件测量一天中3个不同时段车厢地板垂向和横向振动加速度,并进行Z振级和X振级分析。结果表明:半径为350 m的曲线隧道内,钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件3个区段上车厢地板振动对应的垂向振级峰值频率分别为8 Hz和63 Hz,3.15 Hz、8 Hz和63 Hz,50 Hz和100 Hz;横向振级峰值频率为63 Hz,63Hz,50 Hz和100 Hz;钢弹簧浮置板整体道床段和科隆蛋扣件段上车厢地板振动加速度大于其在DT-III型扣件段上的值。本次测试可为小半径曲线段上列车振动噪声问题提供一些减振降噪措施选择方面的参考,同时可为在小半径曲线段上车厢地板振动特性问题的研究提供支持。     

成都地铁钢弹簧浮置板道床减振性能分析

为评价成都地铁钢弹簧浮置道床的实际减振效果,选取线路条件基本相同的断面,分别对圆形盾构隧道直线段和曲线段的钢弹簧浮置板道床以及对应的普通整体式道床进行现场测试。在时域和频域内分析钢弹簧浮置板道床减振段隧道壁垂向振动特性与实际减振效果。结果表明:(1)在圆形隧道直线段和曲线段中运用钢弹簧浮置板轨道均可对隧道壁振动起到很好的减振作用,隧道壁减振效果分别为22.16 dB和19.15 dB;(2)直线段和曲线段钢弹簧浮置板轨道的显著减振频率范围分布为25 Hz～200 Hz和40 Hz～200 Hz,但均在6.3 Hz～16 Hz表现出振动放大现象。     

成都地铁钢弹簧浮置板道床减振性能分析

为评价成都地铁钢弹簧浮置道床的实际减振效果,选取线路条件基本相同的断面,分别对圆形盾构隧道直线段和曲线段的钢弹簧浮置板道床以及对应的普通整体式道床进行现场测试。在时域和频域内分析了钢弹簧浮置板道床减振段隧道壁垂向振动特性与实际减振效果。结果表明：（1）在圆形隧道直线段和曲线段中运用钢弹簧浮置板轨道均可对隧道壁振动起到很好的减振作用,隧道壁减振效果分别为22.16dB和19.15dB;（2）直线段和曲线段钢弹簧浮置板轨道的显著减振频率范围分布为25Hz~200Hz和40Hz~200Hz,但均在6.3~16Hz表现出振动放大现象。     

地铁产生的环境振动及轨道结构减振分析

以南昌地铁1号线八一广场段为工程背景,对轨道-隧道-大地的三维有限元模型进行动力学分析。分别建立三种道床模型：整体道床、弹性支承块道床和钢弹簧浮置板道床。以振动加速度、1/3倍频程振动加速度级和Z振级作为评价指标,比较不同轨道结构下隧道壁及地面的振动响应。随之减振道床支承刚度的变化,分析道床的自振频率对减振效果的影响。计算表明：列车引起的地面振动主频在40 Hz附近;减振道床的自振频率对减振效果有较大影响;钢弹簧浮置板道床减振效果明显优于弹性支承块道床。     

地铁车轮多边形磨损对浮置板轨道振动特性的影响

车轮多边形磨损是地铁车辆运营过程中经常出现的现象,该现象易导致车辆和轨道结构发生异常振动。针对国内某地铁线路,在现场测试车轮多边形磨损状态基础上,通过测试对比有、无车轮多边形磨损的车辆通过地铁线路减振式钢弹簧浮置板道床段和非减振普通整体道床段时的轨道振动加速度,研究地铁车轮多边形磨损状态对轨道振动大小和减振特性的影响。结果表明：调查的地铁线路列车车轮存在13 阶～17 阶多边形磨损,其粗糙度平均水平为21.3 dB re 1 μm;当存在车轮多边形磨损的列车通过浮置板轨道时,钢轨、弹条、轨枕、道床、隧道壁测点的垂向振动加速度均方根值分别为105.09 m/s2、154.41 m/s2、13.04 m/s2、8.16 m/s2、0.028 m/s2,与无车轮多边形磨损列车通过时相比,振动水平分别增大了137.5 %、145.3 %、105.4 %、111.9 %、75.0 %。车轮多边形磨损对浮置板轨道的道床板及其以上部件振动水平的影响比对普通整体道床轨道的更显著,对浮置板轨道隧道壁振动的影响则小于对普通整体道床轨道隧道壁的影响。存在车轮多边形磨损的车辆通过浮置板轨道时,通过频率为61 Hz～104 Hz,易激发轨道的整体垂向弯曲共振模态,引起道床板振动幅值过大。在运行列车有、无13 阶～17 阶多边形磨损时,钢弹簧浮置板轨道减振量分别为29.33 dB和35.11 dB,车轮多边形磨损的存在降低浮置板轨道的减振效果。     

地铁隔振措施对钢轨声功率特性影响测试分析

当列车通过浮置板轨道和减振型扣件轨道等减振区段时,车内噪声较大,影响乘客的舒适性。滚动噪声是车内噪声的重要组成部分,而钢轨声功率反映了钢轨滚动噪声能量的大小。为了研究地铁隔振措施对钢轨声功率特性的影响,对不同隔振措施下钢轨垂向振动沿纵向的轨道衰减率和钢轨加速度导纳进行了测试,计算分析了单位简谐点激励下的钢轨垂向振动相对声功率级。结果表明所测隔振措施通过降低轨道垂向刚度,改变了钢轨垂向振动的加速度导纳幅值和轨道衰减率。钢弹簧浮置板道床和减振垫浮置板道床提高了三分之一倍频程中心频率200 Hz以下的轨道衰减率,而GJ-III型减振扣件长枕整体道床的衰减率在中心频率2 500 Hz以下小于非减振型扣件长枕整体道床。钢轨在受到单位简谐点激励作用时,浮置板道床的钢轨声功率在200 Hz以下明显增大,而GJ-III型减振扣件长枕整体道床的钢轨声功率在500 Hz以下明显增大。     

浮置板剪力铰对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑浮置板剪力铰连接作用下的列车-钢弹簧浮置板轨道空间耦合动力学模型。将浮置板视为弹性薄板,同时考虑剪力铰对浮置板的横向与垂向约束作用,分析了直线和曲线线路条件下剪力铰对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响。结果表明:浮置板剪力铰能明显改善轮轨动力相互作用,缓解列车通过浮置板接缝时轮轨横向力和垂向力产生的冲击;浮置板剪力铰对减小地铁列车的振动也有一定的改善作用,其对轮对振动的影响最大,对构架振动的影响次之,对车体振动的影响最小;地铁列车通过直线线路时,浮置板剪力铰对板端扣件受力的改善作用明显;地铁列车通过曲线线路时,剪力铰对浮置板的横向位移、水平面内转动角和钢弹簧横向力的改善作用比较明显,对扣件横向力影响较小。     

轨道支撑失效对钢弹簧浮置板动力响应特性的影响

基于ANSYS软件建立钢弹簧浮置板轨道三维有限元分析模型,研究扣件和隔振器失效对地铁轨道交通列车—钢弹簧浮置板系统的动力响应影响。研究表明:当列车行驶在扣件和隔振器失效的钢弹簧浮置板轨道上,钢轨垂向位移、加速度和临近扣件支点反力变化显著,且随着失效扣件和隔振器数目增加变化越明显;失效扣件和隔振器的中心在浮置板端部比其在浮置板中部的影响大。     

地铁隧道内不同轨道结构振动测试与分析

通过对地铁隧道内普通整体道床、Ⅲ型轨道减振器、弹性短轨枕、梯形轨枕、钢弹簧浮置板道床的现场振动测试,进行时、频域对比,了解各种减振措施在不同频率范围内的减振效果差异。结果表明,轨道减振器、梯形轨枕、弹性短轨枕及钢弹簧浮置板可分别降低隧道壁VLZmax分别为4 dB,7.6 dB,7.8 dB,19.0 dB;无论何种轨道减振措施,高频减振效果高于低频减振效果, Z计权的振动加速度级明显小于不计权的振动加速度级减振效果;梯形轨枕、弹性短轨枕、轨道减振器对50 Hz以上振动减振效果明显,钢弹簧浮置板道床对12.5 Hz以上振动减振效果明显,对控制列车运行产生的二次噪声更有效。     

地铁钢轨波磨对轨道结构振动及减振特性影响

现场调查某地铁线路上普通短轨枕、先锋扣件和钢弹簧浮置板三种轨道的钢轨波磨特征,并分别进行振动测试,研究钢轨存在波磨时,三种轨道结构的振动特性及减振效果。结果表明:三种轨道结构都是内轨波磨明显,外轨表面不平顺幅值相比内轨都很小,可以忽略不计其影响;波磨主波长频率成分很容易在轨道各零部件(包括隧道壁)振动中激发出来,并且会引起较大幅值的振动;在4 Hz~200 Hz频率范围内,波磨激励下的减振型轨道依然具有良好的减振性能,但是与其最初设计用于的减振效果相比,有明显的下降;先锋扣件轨道短波长波磨会削减隧道壁在高频段的减振效果;钢弹簧浮置板轨道的波磨幅值显著,虽然对其隧道壁的减振效果影响不明显,但是会造成钢轨振动增加。     

钢弹簧浮置板隔振器垂向动反力随机振动特征研究

为研究地铁浮置板轨道(FST)钢弹簧隔振器的垂向动反力(DRF)的随机性特征,采用有限元法与虚拟激励法(PEM),建立了列车-浮置板轨道(T-FST)耦合系统垂向随机振动计算模型。采用多刚体动力学建立列车模型;采用有限元方法建立浮置板轨道有限元模型;基于等效Hertz线性轮轨接触关系建立列车-浮置板轨道耦合系统动力学方程。通过虚拟激励法将非平稳随机振动问题转化为确定性时间历程问题,推导了列车-浮置板轨道耦合时变系统随机振动计算模型。基于该模型,计算研究了钢弹簧隔振器垂向动反力的随机特征。研究表明:钢弹簧隔振器动反力受列车轴重引起的确定性激励控制,轨道不平顺随机激励对钢弹簧隔振器动反力影响较小;不同轨道不平顺对钢弹簧隔振器动反力功率谱主频分布影响不显著;钢弹簧隔振器动反力统计参数随着车速的增大而增大。     

减振轨道结构对地铁车内振动与噪声的影响

本文针对减振轨道结构车内振动与噪声比较明显的现象,对国内某一地铁线路不同轨道结构下的车内振动与噪声进行了现场测量与分析。试验结果表明,Z计权方式下的钢弹簧浮置板轨道减振结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高7.46dB和0.57dB,A计权方式下的车内噪声相比增加9.71dB;GJ-32扣件型减振轨道结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高4.94dB和2.88 dB,车内噪声增加8.71dB。通过对试验数据的倍频程和FFT的分析发现,车内的低频噪声主要是出现在钢弹簧轨道结构上,400Hz～700Hz的中频噪声主要出现在GJ-32型减振扣件轨道结构上。由此得出结论,减振轨道结构是导致车内振动与噪声异常的一个重要因素。     

减振轨道结构对地铁车内振动与噪声的影响

针对减振轨道结构车内振动与噪声比较明显的现象,对国内某一地铁线路不同轨道结构下的车内振动与噪声进行现场测量与分析。试验结果表明,Z计权方式下的钢弹簧浮置板轨道减振结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高7.46 dB和0.57 dB,A计权方式下的车内噪声相比增加9.71 dB;GJ-32扣件型减振轨道结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高4.94 d B和2.88 dB,车内噪声增加8.71 dB。通过对试验数据的倍频程和FFT的分析发现,车内的低频噪声主要出现在钢弹簧轨道结构上,400 Hz～700 Hz的中频噪声主要出现在GJ-32型减振扣件轨道结构上。由此得出结论,减振轨道结构可能是导致车内振动与噪声异常的一个重要因素。     

车速对曲线段组合式道床系统振动特性影响分析

为研究地铁车速对曲线段组合式道床系统振动特性的影响,对比分析地铁列车平均车速为20 km/h、40km/h 和60 km/h 工况下,曲线段组合式道床系统时域和频域的现场测试结果,分析结果表明：行车速度对曲线段组合式道床系统轨道结构垂向位移影响不大;低轨侧的轨道结构时域振动幅值均大于高轨侧;车速由20 km/h 增至60 km/h时,曲线段组合式道床系统低轨侧钢轨、轨道板和隧道壁的垂向振动加速度幅值分别提升14.7 dB、7.6 dB和8.6 dB,高轨侧幅值分别提升12.2 dB、8 dB 和8.4 dB;车速的提高主要增大了轨道结构63 Hz 以下和250 Hz 以上频段的振动,对80～200 Hz频段的振动影响不大;谐振盖板阻尼谐振器能降低组合道床在20～40 Hz频率范围内的垂向振动;车速为60 km/h时,组合式道床系统结构在1 Hz～25 Hz频段的振动显著增加,具体原因有待进一步研究。     

不同轨道结构地铁噪声辐射测试及分析

对某地铁普通整体道床地段与钢弹簧浮置板道床地段隧道内和车内噪声进行测试,研究列车内外噪声辐射大小及频谱特性。研究结果表明：隧道内距离轨面越近,噪声越高,说明轮轨噪声为主要噪声源;同一轨道区段,不同车厢内噪声峰值频率相同,但是噪声峰值有略微区别;浮置板地段,隧道内噪声在40 Hz～125 Hz频段,车内噪声在20 Hz～400 Hz频段较普通道床地段有所增大,其他频段隧道内和车内噪声均不大于普通道床地段;对隧道内和车内噪声的1/3 倍频程声压级曲线进行A计权处理,普通道床和浮置板道床地段声压级峰值频率较计权之前均变大,计权后普通道床地段和浮置板地段车内噪声等效声级相差很小,不到1 dB(A)。     

不同轨道结构地铁噪声辐射测试及分析

对某地铁普通整体道床地段与钢弹簧浮置板道床地段隧道内和车内噪声进行测试,研究列车内外噪声辐射大小及频谱特性。研究结果表明：隧道内距离轨面越近,噪声越高,说明轮轨噪声为主要噪声源;同一轨道区段,不同车厢内噪声峰值频率相同,但是噪声峰值有略微区别;浮置板地段,隧道内噪声在40 Hz～125 Hz频段,车内噪声在20 Hz～400 Hz频段较普通道床地段有所增大,其他频段隧道内和车内噪声均不大于普通道床地段;对隧道内和车内噪声的1/3 倍频程声压级曲线进行A计权处理,普通道床和浮置板道床地段声压级峰值频率较计权之前均变大,计权后普通道床地段和浮置板地段车内噪声等效声级相差很小,不到1 dB(A)。     

谐振式浮轨扣件系统在成都地铁的减振效果试验分析

为了减少因地铁列车运行时钢轨产生的振动,研发了一种改进型高刚度的谐振式浮轨扣件系统,它充分利用其谐振及弹性元件的动力吸振和隔振特点,能有效地减少钢轨及道床的振动。本文详细介绍了该系统试验中采用的轨道变形及振动、道床及隧道壁振动的测试方法,以及在成都地铁一号线路上分别采用DTVI2型扣件和谐振式浮轨扣件的减振效果。对比试验表明谐振式浮轨扣件具有较好的钢轨减振能力,取得了很好的减振及隔振综合效果,道床及隧道壁的振动水平在改进型谐振式浮轨扣件道床相对DTVI2型扣件道床降低8-9dB左右,谐振式浮轨扣件的轨道变形也满足线路安全设计标准的要求。     

不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道减振效果研究

为了研究不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果,该文建立了二维车辆-轨道耦合动力有限元模型,考虑了普通整体道床和钢弹簧浮置板轨道两种轨道型式,对比和分析了在冲击荷载、移动常力和移动列车荷载作用下,两种轨道结构的振动响应,并通过插入损失评价不同荷载作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果。结果表明:(1)与移动常力作用相比,冲击荷载会高估钢弹簧浮置板轨道的减振效果。(2)与移动单节车辆作用相比,冲击荷载在钢弹簧浮置板轨道自振频率以下频段会低估其减振效果,在125 Hz~400 Hz频段内会高估减振效果。     

市域快线预制钢弹簧浮置板轨道振动特性研究

为探究钢弹簧浮置板轨道在市域快线中的适用性,有效模拟市域列车与浮置板轨道之间的动态相互作用,进行浮置板轨道结构的参数优化分析。基于车辆?轨道耦合动力学理论,建立 CRH6 动车?预制钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,该模型将车辆视为由车身、车架和轮组组成的多刚体系统,考虑了各部分的横向、纵向、侧滚、摇头和点头运动。将钢轨视为弹性点支承的伯努利?欧拉梁,根据实际扣件节点间距布置钢轨支撑点,考虑左右钢轨的垂向、侧向和转动自由度。将浮置板的垂直方向视为弹性地基上的双向弯曲弹性板,水平方向视为刚体,考虑其平移和转动自由。考虑混凝土基础为弹性基础上的双向弯曲弹性板。轮轨之间的法向力由赫兹非线性弹性接触理论确定,切向力由非线性蠕变理论确定。研究表明,传统上用于低速线路的预制钢弹簧浮置板式轨道实际上可以用于市域快线乃至市域快线领域,预制式钢弹簧浮置板轨道可以在满足列车运营安全的前提下达到显著的减振效果。侧置式隔振器的发明是提高浮置板轨道稳定性的新探索,相比传统单纯增加浮置板轨道厚度,进而提高轨道质量并提升其稳定性的做法,采用浮置板侧置隔振器无疑是经济而有效的。因此,该预制式钢弹簧浮置板轨道能够满足市域快线高速行车的要求,同时研究成果可为时速 160 km 预制钢弹簧浮置板道床的动力学设计提供支撑。