山地城市地铁线路曲线段异常波磨现象的产生机理及抑制方法

针对山地城市地铁线路钢轨波磨通常发生在长大坡道大半径曲线外轨处的异常波磨现象,根据现场调研建立了波磨高发区段的车辆-轨道系统动力学模型,研究了As地铁车辆通过波磨高发区段时导向轮对-钢轨系统的动态特性。基于轮轨摩擦自激振动观点建立了相应区间弹性长轨枕支承轮轨系统的有限元模型,采用复特征值分析研究了波磨高发区段轮轨系统的摩擦自激振动特性。综合动力学分析和摩擦自激振动分析,研究了轮轨蠕滑特性、轮轨摩擦自激振动与波磨病害的关联性,从而揭示此类异常波磨病害的产生机理。进一步地,分别研究了车辆动力学参数和轨道支承结构参数对该区段轮轨摩擦自激振动的影响,并提出抑制波磨的相关方法。分析结果表明,在山地城市地铁线路波磨高发区段的缓和曲线到圆曲线处导向轮对外轮与外轨间的蠕滑力趋于饱和,轮轨间饱和蠕滑力易于诱导轮轨摩擦自激振动的产生,从而可能导致曲线外轨处产生波长为50~60 mm的异常波磨。在抑制方法的研究中发现车辆动力学参数的改变对轮轨摩擦自激振动特性的影响不大。同时,在一定范围内减小扣件垂向刚度和垂向阻尼有助于抑制该区段轮轨摩擦自激振动的发生,当扣件的垂向刚度为5 MN/m,垂向阻尼为10 000 N·s/m时,轮轨系统摩擦自激振动发生的可能性最小。以上均为山地城市异常波磨病害的抑制提供参考。     

地铁PR型扣件弹条伤损分析

基于国内某地铁线路运营期间发生PR弹条异常伤损情况,对应用线路进行轨道结构实况调查及扣件弹条伤损统计,总结了现场扣件施工过程中的质量缺陷。通过弹条伤损区间钢轨动态位移的测试及钢轨波磨的检测和分析,得到轨道系统动态位移和轮轨作用的激励频约为722 Hz。对比弹条在安装状态下的模态和受力分析结果,组装弹条存在某阶730 Hz模态频率与轮轨作用的激励频率接近,认为轨道不平顺以及轮轨激励频率与弹条振动模态重合产生的共振是引起弹条受损加速,是异常伤损的主要因素,最后提出合理的解决方案和建议,为地铁工务部门的线路维保提供理论及方法参考。     

地铁线路钢轨波磨安全限值研究

地铁线路钢轨波磨会恶化轮轨接触关系,引起轮轨冲击,降低车辆和轨道部件的使用寿命,影响车辆运行安全,大大增加维修工作量和运营成本。钢轨打磨可有效控制波磨,而确定钢轨波磨安全限值并制定打磨策略是实施钢轨打磨的关键步骤。建立一种地铁车辆—轨道耦合动力学计算模型,详细调查地铁钢轨波磨对车辆运行安全性的影响。基于车辆—轨道耦合动力学仿真计算和地铁车辆的运行安全评价指标,初步确定时速80 km/h地铁线路的钢轨波磨的安全控制限值。结果可为地铁线路的钢轨校正性打磨提供理论参考。     

直线线路科隆蛋扣件地段钢轨波磨成因的理论研究

在我国地铁线路上发现科隆蛋扣件地段的钢轨波磨不仅发生在小半径曲线区段,而且在直线区段也会出现。基于轮轨摩擦耦合自激振动引起钢轨波磨的观点,研究了地铁直线线路上科隆蛋扣件地段的钢轨波磨,建立了轮轨摩擦耦合弹性自激振动模型。采用复特征值法和瞬时动态分析法研究了轮轨系统的运动稳定性和动态特性。计算结果表明在饱和蠕滑力作用下的直线线路科隆蛋扣件地段容易产生40~50 mm波长的钢轨波磨。当使用刚度较大的DTVI2扣件代替刚度较小的科隆蛋扣件时,直线线路上的波磨将得到抑制。因此,适当的增加扣件的刚度有助于抑制直线轨道上的钢轨波磨,然而该方法在曲线轨道上并不适用。     

铁路曲线钢轨横向凹坑对初始波磨形成的影响

建立了车辆/轨道横向垂向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨波磨计算模型,发展了相应的数值方法。利用该方法分析了曲线钢轨顶面内侧具有横向凹坑对初始波磨形成的影响。计算了客车车辆通过钢轨轨头横向凹坑时,同一个转向架的4个车轮反复作用下钢轨初始波磨形成和发展情况。数值结果表明,当车辆通过具有横向凹坑的曲线钢轨时,轮对和钢轨之间发生瞬态冲击振动,引起钢轨接触面产生不均匀磨损而形成初始波磨,随着车辆通过次数增加,不均匀波磨深度加大并向前扩展,形成大约30mm和750mm的波长;当车轮通过横向凹坑瞬间,车轮和钢轨之间发生激烈的振动,使4车轮下的钢轨接触表面产生严重的凹坑磨损,当车辆再次通过时,轮轨间的振动继续加剧,凹坑磨损深度迅速加大;前轮对通过凹坑而受激振动对后轮对动力学行为影响较大,导致后轮对作用下钢轨接触面不均匀磨损严重,但后轮对受激振动对前轮对动力学行为的影响较小;前轮对左轮受外轨激振作用而导致前轮对右轮下钢轨接触面凹坑磨损最严重。     

上部锁紧式双层非线性减振扣件钢轨波磨的控制

地铁、轻轨等不断发展极大程度地减缓了交通拥堵、环境污染等问题,与此同时,车辆运营环境的复杂化也使得列车和轨道各部件的损伤也越来越严重,其中比较典型的问题就是轮轨间的钢轨的磨耗。为了降低地铁列车在轨道上运行时车辆和轨道之间的磨损,需要采取各种各样的减振或隔振措施。采用CAT钢轨波磨仪测试了剪切型减振器以及上部锁紧式双层非线性减振扣件两种轨道结构型式下在南京地铁1号线钢轨波磨的情况。在南京地铁1号线连续的6个月对相同区间内的钢轨的波磨进行跟踪测试,确认随着时间的增长剪切型减振器扣件钢轨的波磨在缓慢地增长,增长速度为1.5 dB/月,而上部锁紧式双层非线性减振扣件钢轨的波磨在缓慢地减小,减小的速度为0.7 dB/月。结果可以看出,剪切型减振器区间钢轨波磨严重发展,而上部锁紧式双层非线性减振扣件十分有效地抑制了钢轨波磨的增长。     

地铁波磨对轮轨动力特性影响及其安全阈值分析EI北大核心CSCD

现场测试某地铁线路普通道床地段钢轨波磨和钢轨振动加速度,建立了地铁车辆-轨道耦合动力学模型,分析了不同特征钢轨波磨对轮轨系统动力特性的影响,提出了指导钢轨打磨控制波磨的波深安全阈值。结果表明:钢轨波磨主要发生在小半径曲线地段圆曲线内轨,主波长200~250 mm,最大波深约0.8 mm,直线地段出现短波波磨,主波长40 mm,最大波深约0.1 mm;波磨主要波长与轨道结构振动主频对应;钢轨波磨激励导致轨道结构振动较大,轮轨系统动力响应剧烈,尤其是70 mm以下的短波波磨;轮轨垂向力呈周期性波动,波动周期与波磨波长相同,周期内1/4波长处轮轨冲击振动达到峰值;钢轨波磨对轮轨系统动力响应的影响随着波长减小、波深增大而加剧;现有规程中指导钢轨打磨的波磨安全限值适用于长波波磨,对于波长30、40、50、60 mm的短波波磨,运营速度80 km/h情况下,建议波深安全阈值为0.08、0.11、0.12、0.21 mm,波深超出安全阈值后应及时打磨。     

地铁浮置板轨道系统导纳特性与钢轨波磨关系研究

为了探明钢弹簧浮置板轨道区段波磨发生机理及与轮轨系统参数影响规律。首先基于现场测试的钢轨波磨特征,分析波磨典型波长及其通过频率;其次建立轮对和钢弹簧浮置板轨道三维有限元模型,分析轮轨共振模态与浮置板轨道钢轨导纳特性,探讨钢轨扣件刚度、浮置板隔振器刚度与轮对振动模态对钢弹簧浮置板区段钢轨波磨的影响规律。结果表明：（1）钢轨扣件刚度对波磨发生和发展有重要的影响。钢轨扣件刚度越低,将激发钢轨较大的振动,在特定频段上过大的钢轨振动会导致对应波长的波磨加剧,进而加速波磨的发展。（2）从轮轨系统模态分析,358 Hz的钢轨横向弯曲变形频率与测试线路产生特征波长为31.7 mm波磨引起的轮轨振动频率较为接近;可通过采取减振措施来抑制轮轨系统在358 Hz处的横向振动响应,会相应地减缓钢轨磨耗。     

短波长钢轨波磨对地铁车辆车内噪声的影响

针对国内某地铁线路的车内噪声超标问题,进行了现场车内噪声和线路钢轨波磨的现场测量。测试发现,列车经过波磨区间的车内噪声高达90.3 dBA,而对该区间的钢轨打磨后,车内噪声可以降低11.6 dBA。对车内噪声进行频谱分析后发现车内噪声主频均在400-700 Hz,这与车辆通过区间轨道的波长为30-50 mm的波磨通过频率基本一致。对比分析发现波长160-200 mm波磨对车内噪声的影响要远低于短波长波磨。因此,短波长波磨是造成车内噪声异常的主要原因。通过对大量试验数据的统计分析,得出了车内噪声与30-50 mm短波长波磨粗糙度水平的关系曲线,并由该曲线提出了针对30-50 mm短波长波磨的打磨限值。     

地铁线路轨道中高频动态特性研究

地铁线路轨道中高频动态特性对轮轨振动噪声和钢轨短波长波磨的产生有重要作用。建立地铁整体道床轨道的三维实体有限元模型,结合现场力锤敲击法测试结果,计算分析地铁轨道的中高频动态特性,分析扣件刚度、轮对载荷对轨道中高频动态特性的影响。研究结果表明:普通扣件(垂向静态刚度约40 k N/mm)-整体轨道结构在150 Hz以下低频模态表现为轨道板和钢轨整体的垂向弯曲振动,在150 Hz~1 500 Hz中高频模态表现为钢轨相对于轨道板的弯曲振动、轨道板单独的弯曲振动和钢轨局部的扭转振动;扣件垂向刚度在10 k N/mm~40 k N/mm范围内变化对频率在750 Hz以下钢轨垂向动态特性有影响,对钢轨750 Hz以上的中高频模态振型影响不明显;轮对模态在1 500 Hz以下主要表现为弯曲和扭转振动,其对轨道的低频模态振型(钢轨和轨道板整体垂向弯曲振动)影响不明显,对轨道部分中高频模态(钢轨的垂向弯曲振动)影响明显。在400 Hz~1 100 Hz频率范围内,考虑轮对影响的轨道垂向模态频率增大,增大范围为10 Hz~56 Hz。     

短波长钢轨波磨对地铁车辆车内噪声的影响

针对国内某地铁线路的车内噪声超标问题,进行了现场车内噪声和线路钢轨波磨的现场测量。测试发现,列车经过波磨区间的车内噪声高达90.3 dBA,而对该区间的钢轨打磨后,车内噪声可以降低11.6 dBA。对车内噪声进行频谱分析后发现车内噪声主频均在400-700 Hz,这与车辆通过区间轨道的波长为30-50 mm的波磨通过频率基本一致。对比分析发现波长160-200 mm波磨对车内噪声的影响要远低于短波长波磨。因此,短波长波磨是造成车内噪声异常的主要原因。通过对大量试验数据的统计分析,得出了车内噪声与30-50 mm短波长波磨粗糙度水平的关系曲线,并由该曲线提出了针对30-50 mm短波长波磨的打磨限值。     

钢轨波磨对地铁轨道振动特性影响研究

某城市地铁线路使用科隆蛋扣件,波磨现象严重。为了研究钢轨打磨对轨道振动的影响,分别在钢轨打磨前后对同一轨道断面进行振动测试。同时在该断面打磨后换装上部自锁式双层非线性扣件,并对其进行振动测试,对比分析科隆蛋扣件与上部自锁式双层非线性扣件的减振效果。测试结果表明：打磨之后有效地控制了钢轨波磨,打磨后的振幅显著低于打磨之前,其中低轨垂向的减振效果最好,达到了9.2 dB;打磨之后新安装的上部自锁式双层非线性扣件对钢轨波磨发展有明显抑制作用,其减振效果与科隆蛋扣件大致相当。     

小半径曲线地段钢轨波磨对于地面振动影响的测试分析#br#

针对地铁小半径曲线地段钢轨波磨对于地面环境振动的影响,选取某地铁普通整体道床小半径曲线钢轨有波磨与无波磨地段车辆通过时的隧道内及地面振动状况进行测试,同时测量有波磨地段与无波磨地段钢轨波磨实际状况。从频域角度对数据分析整理,研究结果表明：钢轨波磨对于隧道内及地面振动存在显著增大作用;列车通过引起的振动在钢轨-轨道板-隧道壁-地面的传播过程中逐渐降低,并且高频振动的下降速度大于低频振动;短波波磨对于钢轨振动的影响较为剧烈,而长波波磨对地面环境振动影响较大。     

不同减振扣件的轨道结构横向振动测试与分析

轨道结构的固有特性不因车辆系统及列车运营状态的变化而变化,可通过轨道的振动动态频响测试来辨识系统的传递特性和特征参数。基于国内某地铁正常运行的350 m小半径曲线线路,测试双层非线性减振扣件、III型轨道减振器扣件及DTVI2减振扣件等3种轨道结构线路在正常列车运营条件下钢轨动态振动响应及对应线路钢轨波磨水平,得到频率大于400 Hz时III型轨道减振器扣件及双层非线性扣件的钢轨横向振动大于垂向振动。结合线路钢轨波浪磨耗的特征,在车速65 km/h下中等减振扣件(双层非线性扣件与III型轨道减振器扣件)钢轨波磨多集中在50mm～80 mm短波长,分析得到III型轨道减振器扣件及双层非线性扣件的钢轨横向动态振动频响峰值与其钢轨波浪磨耗激励的200 Hz～400 Hz频率范围基本吻合,初步得到区段钢轨波磨形成和发展的影响因素。同时,采用锤击方法对比3种扣件轨道结构型式下轨道的振动衰减率及阻尼特性,综合结果发现双层非线性减振扣件相对于其他两种扣件轨道结构型式特别在400 Hz～630 Hz频段范围对钢轨的横向振动有较好的抑制作用。     

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。     

小半径曲线段钢轨短波波磨的影响因素分析

钢轨短波波磨主要出现在地铁小半径曲线路段上,波长范围一般为20mm～100mm,是铁路行业面临的一个比较普遍的问题。通过锤击法对某地铁曲线段线路的GJ-32扣件、先锋扣件与科隆蛋扣件进行了垂向、横向频率响应特性测试,同时利用CAT波磨测试仪测试了曲线段的波磨情况,对小半径曲线段钢轨短波波磨进行研究。通过现场调查和试验测试得出如下结论：（1）、先锋扣件轨道结构形式下钢轨的横向551Hz“pinned-pinned”共振频率是导致小半径曲线段波长为20mm左右的钢轨短波波磨的一个重要原因;（2）、小半径曲线路段上不同扣件结构形式下钢轨的垂向弯曲共振不是曲线段出现波磨的主要原因。     

低速工况下浮轨扣件减振降噪及钢轨波磨分析

采用浮轨扣件对昆明地铁钢轨波磨严重、附近环境振动噪声超标的某路段进行改造,分别测试改造前后钢轨变形、轨道系统振动、钢轨波磨、车内振动噪声、敏感建筑物振动及二次辐射噪声变化水平。结果表明,与普通扣件相比,在采用浮轨扣件区间隧道壁振动降低12.2 d B(Z),车内振动噪声分别降低5.3 d B(Z)和6.6 d B(A),钢轨波磨降低4.2 d B(A),敏感建筑物室内振动和二次辐射噪声分别降低6.3 d B(Z)和4.0 d B(A),表明浮轨扣件在低速工况下具有较好的抑制钢轨波磨和减振降噪性能。     

果蝇鸣声信号结构分析与时频子波建模

钢轨短波波磨主要出现在地铁小半径曲线路段上,波长范围一般为20mm～100mm,是铁路行业面临的一个比较普遍的问题。通过锤击法对某地铁曲线段线路的GJ-32扣件、先锋扣件与科隆蛋扣件进行了垂向、横向频率响应特性测试,同时利用CAT波磨测试仪测试了曲线段的波磨情况,对小半径曲线段钢轨短波波磨进行研究。通过现场调查和试验测试得出如下结论：（1）、先锋扣件轨道结构形式下钢轨的横向551Hz“pinned-pinned”共振频率是导致小半径曲线段波长为20mm左右的钢轨短波波磨的一个重要原因;（2）、小半径曲线路段上不同扣件结构形式下钢轨的垂向弯曲共振不是曲线段出现波磨的主要原因。     

钢轨波浪磨耗测试分析研究

本文通过测试广州、成都、上海和南京等城市的地铁线路的钢轨波磨,从线路工况和扣件类型两个方面分析钢轨波磨发生机理。测试数据表明,波磨发生机理复杂,多数发生于减振轨道系统曲线段的低轨,相应锤击测试表明线路工况对钢轨波磨影响大于扣件类型的影响。数据同时表明使用谐振式浮轨扣件区域钢轨无波磨产生或降低改造前波磨。本文根据波磨测试结果和浮轨结构,提出通过钢轨中波动传播特性思路研究钢轨波磨产生机理。     

摩擦调节剂抑制钢轨波磨的机理研究

基于轮轨之间的摩擦耦合自激振动引起钢轨波磨的观点,论文建立了车辆稳态通过小半径曲线时由轮对－钢轨－轨枕组成的轮轨系统有限元弹性振动摩擦自激振动有限元模型,用ABAQUS软件对该模型的运动稳定性进行了分析,重点研究了轮轨摩擦系数和蠕滑力-蠕滑率曲线负斜率对轮轨系统摩擦自激振动的影响。计算结果显示,轮轨摩擦系数对轮轨摩擦自激振动有重要影响,当控制摩擦系数 时可以消除钢轨磨耗型波磨,蠕滑力-蠕滑率曲线负斜率对钢轨波磨有显著影响。