地铁车轮非周期不圆对车辆动力学性能的影响

针对车轮非周期不圆(out-of-roundness,OOR)对车辆动力学性能的影响,采用半径偏差法建立了非周期不圆车轮模型,以径向跳动量作为评价非周期不圆的主要参数,设定不同的左、右轮径向跳动量差值,计算车轮非周期不圆径向跳动量差值对车辆振动加速度、轮轨垂向力等动力学指标的影响。结果表明:随着左轮和右轮径向跳动量差值的增大,车辆临界速度降低,振动响应增大;随着运行速度的提高,径向跳动量差值会显著影响车辆运行平稳性;同时车轮径向跳动量差值还会显著影响轮轨垂向力和轮重减载率,当径向跳动量高的车轮在外侧轨道时,更易产生较大的轮轨垂向力,当径向跳动量高的车轮在内侧轨道时,更易发生车轮连续性跳轨。综合分析上述动力学特征,采用轮轨垂向力和轮重减载率作为判断径向跳动量安全限值的指标,地铁车辆运行速度为60km/h时,径向跳动量差值限制为0.4 mm;运行速度为70 km/h时,径向跳动量差值限制为0.3 mm。     

扣件弹性失效对车辆-轨道系统动态特性影响研究

通过有限元ANSYS和多体动力学SIMPACK联合仿真,运用车辆-轨道耦合动力学理论,实现车辆-轨道耦合振动整体模型,计算分析扣件失效对车辆及轨道的各项动力学性能指标的影响。研究结果表明:弹性扣件失效引起轨道结构刚度不平顺,尤其是连续失效状态下,加剧轮轨间相互作用,增大了轨道结构,尤其是钢轨、扣件弹性失效点处相邻扣件的动力响应,加速轮轨系统各个部件的损害,但对行车平稳性的影响不大,且在低速状态下,速度对弹性失效相邻扣件节点的支反力变化幅值的影响相对较小。     

短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-桥梁系统动力特性影响

运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则建立列车-板式无砟轨道-桥梁竖向振动方程组。分析列车高速运行时,短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-桥梁系统动力特性的影响,并对不同种类不平顺对列车-板式无砟轨道-桥梁系统动力特性的影响进行对比研究。研究表明:短波随机不平顺对车体垂向加速度、钢轨位移、轨道板位移、桥梁位移影响很小;短波随机不平顺对轮轨垂向力、钢轨垂向振动加速度、轨道板垂向振动加速度、扣件竖向压应力、CA砂浆竖向压应力有很大的影响;短波随机不平顺对钢轨最大弯矩、轨道板最大弯曲应力、桥梁振动加速度也有一定的影响。为了降低短波随机不平顺的危害,高速铁路定期打磨钢轨十分重要。     

路基上合成轨枕有砟轨道动力学特性研究

基于有限单元法与多体动力学理论,根据合成轨枕在有砟轨道上实际应用情况建立车辆—轨道耦合动力学模型,对时速200 km/h工况下路基上合成轨枕有砟轨道结构进行动力学计算分析,重点研究合成轨枕密度变化对轨道结构力学特性的影响规律。研究结果表明:当合成轨枕密度增大时,钢轨的垂向位移变化不明显,垂向加速度显著增大;合成轨枕的垂向位移变化较小,垂向加速度减小;车体的垂向加速度增大,横向加速度减小;脱轨系数和轮重减载率显著减小。     

铁路地下直径线橡胶浮置板道床钢轨变形限值研究

浮置板道床能有效减小铁路振动的影响,因此可将其应用于穿越人口密集区的铁路地下直径线。为了确保行车的安全性和舒适性,有必要对铁路运营下浮置板道床钢轨的合理变形限值进行研究。基于有限元法,建立了车辆-橡胶浮置板道床耦合动力学模型,对SS9列车100km/h速度下车辆、钢轨、浮置板等部件的动力学特性进行了研究,并从行车安全性和平稳性方面提出了浮置板道床钢轨的变形限值建议值。研究表明:橡胶垫面刚度小于0.02N/mm3时,轨道结构产生较大垂向位移;100km/h速度条件下,铁路橡胶浮置板道床钢轨垂向变形限值取4mm时,能满足行车安全性和平稳性要求。     

城市轨道交通9号道岔刚度分布规律现场测试分析

以东莞城市轨道交通R2线的陈屋站道岔为例,从钢轨垂向振动位移、轮轨动态作用力、辙叉轨底应力以及钢轨振动加速度等方面,测试分析了9号道岔刚度的分布规律,结果表明:刚度均匀化后的9号道岔岔区刚度沿线路纵向分布趋于均匀,岔区轨道结构振动强度及应力水平有所降低,具有减弱轨道结构动力学响应的效果。     

高速铁路竖曲线终点的动力学性能分析

为研究高速列车通过竖曲线终点时的动力学性能,文章利用SIMPACK建立车-线耦合动力学模型,模拟车辆在不同工况下通过竖曲线终点时的车体垂向加速度及振动衰减时间,并计算相应的振动衰减距离。结果表明:车辆通过竖曲线终点时的垂向加速度与竖曲线半径呈二次函数关系,且行车速度越大,垂向振动加速度随竖曲线的提高下降趋势加快,与坡度差的关系不明显;竖曲线半径、坡度差以及车辆速度对竖曲线终点引起的车体振动衰减时间均无显著影响;为避免车体振动叠加,从竖曲线终点到下一个曲线的最小直线长度应不小于100 m,在线路条件较好时应不小于150 m。     

现代有轨电车通过6号道岔的安全性和舒适性评价

为评估现代有轨电车侧向通过6号单开道岔时的安全性和舒适性,文章基于车辆动力学和道岔动力学理论,建立可考虑6号槽型轨单开道岔钢轨型面变化的列车-道岔耦合动力学计算模型,分析了有轨电车以20 km/h速度通过该6号槽型轨单开道岔时的动力特性。研究表明当100%低地板现代有轨电车侧向通过该6号槽型轨单开道岔时的轮轨垂向力最大值为106.287 kN,轮轨横向力最大值为35.2 kN;轮轴横向力最大值为25.69 kN,未超出其限值36.83 kN;脱轨系数最大值为0.49,小于安全限值0.8,减载率最大值为0.57,未超出安全限值0.6;现代有轨电车的垂向和横向振动加速度最大值分别为0.38 m/s~2和0.71 m/s~2,小于车体舒适度控制标准1.3 m/s~2和1 m/s~2;整体道床6号槽型轨单开道岔能满足现代有轨电车安全舒适通过的要求。研究成果可为现代有轨电车道岔的完善和研制提供理论参考。     

大跨径轻轨桥梁车桥耦合振动分析

为了简化车桥耦合振动的分析过程,介绍了利用简化的车辆模型在ANSYS单一环境中实现车桥耦合振动分析的方法。以一座三跨轻轨连续梁桥为例,分析行车速度和地震作用对车桥耦合振动的影响。结果表明,行车速度对桥梁跨中竖向位移影响较小,对横向位移和加速度响应影响较大;考虑地震作用与列车荷载共同作用后,桥梁竖向位移、加速度及轴力峰值大于仅有列车荷载作用下的结果,说明地震作用和列车荷载存在一定程度的耦合。     

高速铁路路桥过渡段动力响应研究

针对某一典型路桥过渡段,利用Fortran语言编制车辆-轨道-过渡段动力大耦合计算程序,借助轨道不平顺性的实测数据,深入分析了不同速度高速列车通过该区段时车体的各项动力学指标,并开展了参数研究,得出以下结论:在150~250km/h的运行速度下,行车的安全性和舒适性指标均能满足规范要求;不平顺幅值对车体响应有着重要影响,缩短波长措施可以有效降低车体振动加速度,提高列车行车平稳性与舒适性。     

基于轨道振动的CA砂浆层劣化识别研究综述

CA砂浆层是无砟轨道连接轨道板与底座板的关键结构层,在列车荷载和温度等因素的影响下,CA砂浆层难以避免会出现离缝、脱空等劣化现象,严重时会显著增加轨道的振动响应,影响列车安全运营.文中从理论研究、有限元分析、试验研究3个方面回顾了 CA砂浆层劣化对轨道振动的影响研究,综述基于轨道振动的CA砂浆层劣化损伤识别方法,主要包括冲击回波无损检测、探地雷达法、弹性波法、机械阻抗法和传感器检测,以及3种数据处理思路,结构模态参数分析、动力响应和机器学习.最后,在文献调研的基础上对研究现状进行了简要总结,指出了现有研究的不足,并提出了关于CA砂浆层劣化识别方法的思考与建议.     

CRTSⅠ型板式无砟轨道轨道板与CA砂浆离缝维修技术

随着我国客运专线的快速发展,CRTSⅠ型板式无砟轨道作为无砟轨道结构型式中的一种,已经大批量铺设并投入运营中;运营一段时间后,CRTSⅠ型板式无砟轨道段出现轨道板与CA砂浆离缝、轨道板掉块、轨道板封锚松动脱落等情况,如果不进行处理,在列车运行时轨道板的振动以及钢筋锈蚀情况的加重,会影响到轨道板的使用寿命,严重时,会影响到行车安全。本文针对CRTSⅠ型板式无砟轨道轨道板与CA砂浆离缝的问题,对CRTSⅠ型板式无砟轨道轨道板与CA砂浆离缝维修技术进行阐述。     

曲线轨道空间振动响应特性研究

曲线轨道空间振动存在平面内振动、平面外弯扭耦合振动,通过建立曲线轨道空间振动频域解析模型,对曲线轨道动力响应特性进行研究。将曲线轨道视为圆形结构的一部分,利用圆形结构周期性的特性,在一个基本元之内求解曲线轨道的动力响应。通过引入移动谐振荷载作用下轨梁动力响应的频域数学模态,得出曲线轨道轨梁频域响应的级数表达。在频域内采用数学模态叠加法表示曲线轨梁的纵向、横向、垂向及扭转振动,进而求解得到基本元内轨梁的频域动力响应。经计算表明,文中提出的频域解析模型能够得到精确的曲线轨道频域响应。通过分析速度、半径、超高等因素,得到以下结论：准静态激励下单个移动轴荷载对曲线轨梁的垂向、横向及扭转振动的影响范围在作用点两侧±5m左右;轴荷载移动速度对曲线轨梁横向位移、扭转变形具有显著的影响,随着速度的增加,曲线轨道由过超高状态逐渐过渡到理想超高状态,最终进入欠超高状态,轨梁横向位移、扭转变形方向发生改变,响应幅值先减小后增加;半径、超高和速度对曲线轨梁垂向位移、横向位移及扭转变形影响较大;随着半径的增加,速度对位移响应的影响程度降低;准静态移动轴荷载列作用下曲线轨梁垂向、横向及扭转频域响应主要集中在40Hz以内的频段;横向振动、扭转振动频谱分布范围较宽。     

波磨与车轮扁疤耦合故障下车辆振动响应分析

钢轨波磨和车轮扁疤是车辆运行中经常同时存在的2种故障,为研究2种故障对行车安全产生的较大影响,建立了车辆动力学模型,讨论了车辆在通过曲线时2种故障的耦合作用,并利用统计学指标对振动响应特性进行分析。结果表明:钢轨波磨会引起扁疤冲击响应的幅值变大并引起小范围波动,且在钢轨波磨深度为0.01mm时,幅值响应相对车轮扁疤单一故障并不明显;当钢轨波磨深度为0.05mm与0.10mm时,幅值响应相对于车轮扁疤单一故障较为明显。     

轨道刚度对路轨系统及饱和地基动力响应的影响

研究了轨道刚度对高速移动列车荷载作用下铁路系统动力响应的影响。将钢轨简化为无限长弹性Euler梁,将枕木简化为连续质量块,同时考虑道渣层的影响。由Fourier变换求解多孔饱和固体的动力基本方程,在Fourier变换域内,联立铁路系统和下卧土体的动力方程,求解列车荷载作用下钢轨位移、加速度、土体位移、孔压表达式。利用数值积分方法对表达式进行Fourier逆变换,得到钢轨位移、加速度、孔压在时域内的表达式。算例中主要讨论了荷载移动速度和轨道刚度对钢轨速度、加速度及土体孔压的影响。结果表明,轨道刚度在低速情况下对路轨系统和土体动力响应有影响较小,但在高速情况下对路轨系统和土体动力响应影响很大。     

车载下地基差异沉降对地铁隧道结构的影响分析

当地铁隧道地基存在差异沉降时,轨面在车载作用下会产生相应的不平顺,进而影响乘车的舒适度和行车的安全性。将地基视为弹性半空间,采用余弦函数模拟地基差异沉降槽,基于既有二系悬挂的车辆模型,建立车-轨-隧道-地基耦合模型,分析不同车速、差异沉降值、轨道-地基条件的组合情况下,钢轨支撑反力和隧道下卧土体竖向位移的变化规律。结果表明:随沉降槽深及车速的增加,轨下支撑反力及隧道下卧土体的变形显著增加,且随车速及轨下支撑刚度增大,沉降槽的影响也愈加明显;隧道结构及下卧土体变形随土质条件变化趋势受沉降槽深的影响较小。     

上海长江大桥风-轨道车辆-桥耦合振动及抗风行车准则研究

为确定上海长江大桥轨道交通车辆的抗风行车准则,将风、车、桥三者视为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,通过风洞试验测定主梁及车辆的气动参数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS进行风-车-桥耦合动力分析计算。计算结果表明:桥梁和车辆的响应随风速的增大而增大,风荷载对行车的安全性和舒适性有很大影响。当风速小于20m/s时,车辆可按设计车速90km/h运行;当风速在20～30m/s之间时,车速不应大于60km/h;当风速超过30m/s时,应封闭轨道交通。     

基于现场测试的列车引起地基振动分析

 对秦沈客运专线列车引起地基振动进行现场测试,通过对实测数据的时频分析,得到一个由轨道不平顺引起的基频。推导考虑轨道不平顺条件下列车动荷载的简化解析解,基于波数有限元理论推导动荷载作用下地基动力响应的柔度矩阵。以现场实测数据为依据,建立列车–轨道–地基振动模型,以推导的列车荷载为输入,计算轨道不平顺条件下列车运行引起的地基振动。分析不平顺幅值、波长以及车速对动态轮轨力的影响;研究层状地基上多轮荷载作用产生的动力响应,讨论车速变化对地基振动的影响。研究结果表明：所提出计算模型可以高效地预测轨道不平顺引起的地基振动;不平顺波长与列车运行速度一定时,轨道不平顺幅值越大,地基振动响应和轮轨作用力越大;不平顺幅值与列车运行速度一定时,不平顺波长越长,地基振动加速度和动态轮轨作用力越小;轨道不平顺波长与不平顺幅值一定时,车速越大振动加速度越大。     

高速铁路车轮与钢轨型面匹配分析

根据我国高速铁路多种钢轨型面在线路中的使用情况,建立车辆动力学模型,研究不同磨耗阶段S1002CN车轮与3种钢轨型面(CHN60轨、60D轨和60N轨)的动力学匹配问题,分析轮轨接触几何关系、运行平稳性、振动幅频特性和磨耗数等动力学评价指标。结果表明:当60D轨和60N轨与标准S1002CN车轮匹配、车轮横移量在±12 mm时,接触点位置仍在轨顶附近,比CHN60轨对中性好;当60D轨和60N轨与不同磨耗阶段S1002CN车轮匹配时,横向、垂向振动主频率均低于CHN60轨匹配情况,平稳性相对较优;60N轨与不同磨耗阶段车轮匹配最大磨耗数和总磨耗数均低于其他2种钢轨,更适应各磨耗阶段S1002CN车轮,具有良好的匹配性和经济性。     

六轴宽轨机车垂向动力学特性研究

对某型六轴宽轨电力机车建立包括车体、构架以及轮对在内的多体系统动力学微分方程组,利用MATLAB编程进行求解运算,并在SIMPACK中建立动力学仿真模型。分析该机车在120 km/h运行速度以及AAR5级轨道谱激励下的一系轴箱垂向定位刚度和二系橡胶堆垂向刚度对机车垂向动力学特性的影响。结果表明:前司机室垂向平稳性指标随着一系垂向刚度和二系垂向刚度的增大而增大,当二系垂向刚度大于4 MN/m时,随着二系垂向刚度增大,前司机室垂向平稳性指标增幅明显减小,最后趋于平稳;一系垂向刚度越大,其变化对车体垂向振动加速度的影响越小;随着一系垂向刚度的增加,轮轨垂向力整体呈现减小趋势,二系垂向刚度变化对轮轨垂向力影响较小;一定范围内,减小一系轴箱垂向定位刚度和二系橡胶堆垂向刚度,有利于提高六轴宽轨机车垂向动力学性能。