地铁轨道改造前后振动及减振效果试验

针对国内某地铁线路某些区段沿线的建筑物振动与二次辐射噪声严重现象,将轨道原来铺设的普通扣件改造为浮轨扣件,并在跨中钢轨轨腰位置加装阻尼器以降低振动噪声的影响。通过测量列车运营时间内的振动和噪声数据,分析列车通过改造前后线路时的轨道振动、车辆振动和噪声、建筑物振动与二次辐射噪声特性。结果表明：与改造前普通扣件轨道相比,改造后浮轨扣件轨道的钢轨、道床和隧道壁垂向振动加速度有效值分别降低8%,70.6%和71.4%,隧道壁振动降低最显著,由隧道壁垂向振动加速度评估的轨道减振效果为8.28 dB;转向架区域和车内最大声压级降低3.6%和3.4%;昼间建筑物振动和二次辐射噪声降低18.4%和22.0%。车辆、轨道、建筑物的振动与二次辐射噪声的主频均与轮轨系统P2共振频率接近,是引起车辆、轨道和建筑物振动的主要原因之一。     

考虑车轨垂向耦合福州地铁振源加速度研究

为了研究福州地铁振源系统加速度,进而可以直观准确地分析土层传播规律和衰减特性,笔者建立了车轨垂向耦合振动模型,应用了福州地铁列车和轨道参数,计算了在一定车速下,振源系统各部的垂向加速度,并分析了车速的影响。结果表明,车体振动反映了自身的自振频率;转向架、轮对、支承块和道床有一定的主频集中区,且轮对和支承块在高频区还分别存在一个高频赫兹接触运动引起的第二主频。振源系统的轨道扣件和块下橡胶垫具有较好的减振能力,随着车速的增加,垂向加速度逐渐增大,同时减振效果趋于稳定。     

地铁环境振动源强测试与评价标准分析

实测南昌地铁1号线隧道内约200趟列车通过邻近非减振与减振断面的振动响应。基于不同振动评价标准,从统计角度分析了不同车次列车运行对时域和频域的影响、测点位于隧道壁不同高度对振动源强值及钢弹簧浮置板减振量评价的影响。分析结果表明:钢弹簧浮置板隧道壁上的减振效果明显,但浮置板本身的振动响应大幅增加。不同车次对各测点低频段及隧道壁高测点影响较大,但对Z振级影响较小。振动在隧道壁上低频段有所放大。由隧道壁低测点测得的最大Z振级最适合评价地铁源强值,南昌地铁实测源强值为76.66 d B。不同高度测点及不同评价标准对浮置板减振量评价有较大影响,建议采用低测点最大Z振级评价浮置板减振量。     

钢轨波磨对剪切型减振器段振动影响试验

地铁运营中常会出现钢轨波磨,尤其在剪切型减振器地段较为严重。为揭示钢轨波磨对结构振动的影响,选取地铁直线和曲线部分普通扣件和剪切型减振器典型区段进行了钢轨波磨的测量,并对轨道、隧道、地面等结构的振动加速度进行了现场测试。从时域、频域两个方面对比了结构的振动量值和振动传递特性,分析了剪切型减振器钢轨波磨对加速度振级及其减振效果的影响。结果表明:波磨会增大轮轨间动态冲击,使钢轨-道床-隧道-地面的振动显著增加;减振器区钢轨波磨会导致轨下结构振动大于普通扣件区,其减振效果难以实现;减振器区钢轨波磨比普通扣件区严重,曲线半径小、运量较大、速度较快的线路尤为突出,地铁轨道选型应考虑波磨的不利影响。     

高速动车组振动传递及频率分布规律

运行速度提高后,列车对轮轨激扰的敏感性增强,轮轨激扰频率范围进一步增大,深入研究高速动车组振动及传递规律对全面认识车辆系统振动特性具有重要意义。在车辆上布置加速度和空气压力传感器,获得了武广客运专线高速动车组车辆轴箱、构架以及车体振动加速度和隧道通过车体表面气压变化,给出振动加速度功率谱密度计算方法;对照列车运行速度图,分析典型工况如高速直线、低速直线、道岔通过以及气动压力等工况下,列车系统关键部件振动加速度峰值、幅值、主振频率以及振动频率变化、能量衰减和传递规律;在引入加速度谱的基础上,给出了测试里程内系统振动频次和振动幅值之间对应关系。研究结果表明,与列车运行速度和车轮半径对应的轮轴转动频率在轮对、构架和车体振动中均有明显体现;列车运行速度越高系统振动加速度峰值越大,道岔通过可激起车辆系统振动幅值更大的振动,隧道通过气压变化对车体振动有明显影响;高速列车轮轴系统主振频率一般为400～600 Hz,构架为0～50 Hz、车体主要为0～2 Hz;从轮轴、构架到车体这一振动传递过程中,车辆系统加速度谱密度和幅值一般呈两个和一个数量级衰减趋势。     

转辙机振动加速度的试验研究

为了评价、改进现有转辙机对工作环境振动的适应性,并为研制新型转辙机提供环境振动的参数,以适应火车高速重载的需要。本文对牵引不同道岔、不同列车通过时的几种转辙机实际振动加速度进行了测试,从时域和频域进行了统计、计算和分析,给出测试和分析结果。结果表明,列车通过时转辙机竖向振动加速度最大,最大值范围为11－38g,转辙机振动加速度主频在400－800Hz之间。本文还建立了轮轨－转辙机的简化动力学模型,定性分析了转辙机安装对振动加速度的影响,并描述了转辙机的振动。文中测试分析得出的结果、结论和建议,对于评价和提高转辙机对环境振动的适应能力,改进转辙机的设计和安装具有一定的参考价值。     

线路参数对列车垂向振动特征影响的仿真分析

针对线路曲线过渡段与变坡点的距离、垂向轨道不平顺等参数对列车垂向振动的影响规律进行了研究.分析了线路过渡段和变坡点的距离对车辆垂向振动加速度的影响,以及左、右轨道短波不平顺存在差异等因素对车体垂向振动加速度的影响.提出了在线路设计中应合理考虑线路曲线过渡段与变坡点之间的距离,避免二者过于接近;控制轨道短波不平顺,有益于降低车体垂向加速度高频峰值.     

发动机振动评价研究

分析了单缸发动机振动产生的机理,参照GB/T10398建立了发动机振动烈度测试平台。通过对试验得到的加速度信号时域分析和频域分析,得出y,z方向振动由发动机激励力引起,x方向振动与激励力无直接对应关系。为避免信号积分带来误差,提出用加速度振级评价发动机台架振动的新方法。按照新方法和当量振动烈度评级方法对4台发动机做了振动评价,两种评价结论一致,表明新方法可用于发动机台架振动试验评价。     

采用回旋线的Delta机器人轨迹优化

机器人末端轨迹优化时通常采用圆弧来连接两段直线,但直线与圆弧的切换过程中加速度存在突变,进而导致惯性力的突变,引起振动。为避免惯性力的突变,对采用回旋线-圆曲线-回旋线连接两段直线的方式进行了研究,进而避免了门形抓放轨迹中法向加速度的突变。此外,为使末端沿着既定轨迹运动时切向加速度波动最小,利用3-4-5次多项式的运动规律来优化末端速率的变化曲线。以末端执行器的最大加速度最小为优化目标,获得运动轨迹的优化参数。实验结果表明,利用此优化算法得到的轨迹与常用的圆弧处理门形轨迹比较,提高了运动平稳性,并减小了机器人执行器的残余振动。     

地铁和城铁引起地表振动的测试分析

通过对北京地铁二号线、十三号线沿线特定地段列车通过时引起地面振动的测试分析发现,在列车通过时引起的地表振动中高于10Hz以上的振动信号很容易被土层衰减,而在1~10Hz的振动信号难以衰减,其振动强度是无列车通过时的30~100倍。而且测试发现1~10Hz范围的振动信号在100m范围内传播几乎没有衰减。对于采用"钢弹簧浮置板道床"轨道减震装置路段,地表观测显示在1~10Hz频段上振动信号有一定减弱,但仍超出无列车通过时振动信号的10倍以上。因此,地铁低频振动引起的环境背景地面运动水平的显著提高无疑会对地铁沿线大型精密仪器设备的正常使用带来不利影响。     

轨道不平顺影响下高速列车齿轮传动系统的振动特性分析

为了分析高速列车齿轮传动系统在轨道不平顺激励影响下的振动特性变化规律,利用动力学软件SIMPACK建立包含齿轮传动系统的整车动力学模型,分别在大、小齿轮内部布置测点,进行无轨道不平顺和有轨道不平顺工况下的动力学仿真实验,获得高速列车时速250 km/h时大、小齿轮的振动加速度。对大、小齿轮横向、纵向和垂向振动加速度幅值进行频域分析,并对比分析了齿轮传动系统在有、无轨道不平顺工况的振动幅值、频谱分布。结果表明,由于轨道不平顺激励的影响,高速列车齿轮传动系统的横向、纵向和垂向振动加强,振动加速度均增幅明显,其中,垂向振动加速度变化幅值最大。齿轮传动系统的振动频率主要集中在0~400 Hz,小齿轮和大齿轮横向振动受轨道不平顺的影响规律一致,但小齿轮受到纵向振动的影响略小于大齿轮,小齿轮受到垂向振动的影响略大于大齿轮。     

高架路交通诱发的地面振动测试与分析

为了研究高架路交通诱发地面振动在土层中的振动特性与传播规律,对多个路段高架路诱发的地面振动进行实测,大量统计分析结果表明:由高架路交通诱发的地面振动以竖向振动为主,优势频率为5～25 Hz;随着振源距的增加,竖向振动呈非完全指数衰减,在一定距离处略有放大,水平振动大小随振源距的增加呈正弦曲线形状分布;并指出地面振动大小与高架路上行驶的车辆荷载、车速、桥面平整度指数、桥面伸缩缝、桥墩基础形式,场地土动力特性、波断面以及减隔振措施有关,提出采用组合函数法预测Z振级能够较好地反映出振动放大区以及其他多因素对地面振动的影响,并给出预测公式.     

山地地铁小半径曲线路段车辆/轨道参数对钢轨波磨的影响

针对山地地铁小半径曲线轨道钢轨波磨频发问题,根据现场调研建立车辆-轨道系统的动力学模型,探究车辆通过小半径曲线时轮轨间的接触特性。根据动力学分析结果建立半车车体-转向架-轨道系统的有限元模型,采用复特征值分析法研究半车车体-转向架-轨道系统摩擦自激振动特性,并研究车辆悬挂参数和轨道扣件参数对整体系统摩擦自激振动的影响规律。采用神经网络结合遗传算法对影响整体系统摩擦自激振动的关键参数进行多参数拟合,并求得车辆/轨道结构关键参数的优化解。结果表明：小半径曲线路段轮轨间的饱和蠕滑力导致半车车体-转向架-轨道系统的摩擦自激振动,从而引起钢轨波磨;车辆结构参数中一系悬挂横向刚度以及轨道结构参数中扣件垂向刚度、扣件横向刚度、扣件垂向阻尼对整个系统的摩擦自激振动具有明显影响。设置一系悬挂横向刚度为5.34 MN/m,扣件垂向刚度为25.45 MN/m,扣件横向刚度为6.9 MN/m,扣件垂向阻尼为6.06 kN·s/m时,能够有效抑制山地地铁小半径曲线轨道上钢轨波磨的产生。     

HHT在车辆-轨道系统垂向振动时频分析中的应用

应用希尔伯特黄变换方法(Hilbert-Huang transform,简称HHT)对车辆-轨道系统中高低不平顺与车辆垂向振动加速度关系进行分析。首先,利用经验模态分解法(empirical mode decomposition,简称EMD）对实测的高低不平顺与车辆垂向振动加速度信号进行分解,得到两者的本征模函数;然后,通过比较分析两者本征模函数的时域波形与Hilbert能量谱,说明高低不平顺本征模函数与车辆垂向振动加速度本征模函数之间的确定性的对应关系,可以利用车辆垂向振动加速度来识别轨道高低不平顺的不良区段;最后,对京广提速干线铁路轨检车实测样本进行回归分析,得到在波长为1.5～50m范围内直线和曲线段高低不平顺与车辆垂向振动加速度的定量关系。     

地铁列车-嵌入式轨道系统动力学性能研究I：理论建模、试验分析及验证

嵌入式轨道作为一种减振降噪轨道结构型式，通常是基于城市街道路面的低地板有轨电车系统设计的，而嵌入式轨道的连续支承特性及其减振降噪优点使其在地铁中具有较好的应用前景。嵌入式轨道在地铁中应用，将面临更高运行速度、更大轴重、更复杂线路条件等挑战，地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学行为有待研究。建立地铁列车-嵌入式轨道系统的动力学模型，模型包括轨道系统模型、列车系统模型以及轮轨相互作用模型。其中，轨道子系统为嵌入式轨道系统，是建模和研究的重点。模型考虑了TIMOSHENKO钢轨模型、等效弹簧-阻尼单元支承的柔性轨道板模型、以及钢轨周围的填充材料模型，填充材料模型采用考虑质量的黏弹性弹簧-阻尼单元来模拟以考虑填充材料的惯性、弹性和阻尼特性。在我国首例运用于地铁的嵌入式轨道试验线开展了动力学性能试验研究，基于试验分析了动力学性能并通过试验验证了动力学模型的有效性，建立的分析模型和相关结论为嵌入式轨道结构在我国地铁的应用提供了理论基础和参考。     

高速轨道结构振动及传递特性

高速列车的快速发展使板式无砟轨道得以广泛应用。利用有限元分析软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK,建立车辆-弹性轨道耦合动力学模型,分析车辆运行的安全性和平稳性,研究轨道系统的位移、加速度、加速度功率谱密度、载荷特性,以及不同速度对轨道系统的振动影响,并对系统振动的主要影响因素进行初步探究。结果表明,轨道结构的垂向振动位移、加速度及载荷在由上至下传递过程中呈递减趋势,且钢轨到轨道板的衰减幅度大于轨道板到底座;轨道系统的振动能量主要集中在0~150 Hz范围内,大于300 Hz的钢轨振动能量经扣件衰减后基本未被向下传递,且速度升高,功率谱密度峰值出现的位置向右移动;速度为300 km/h时,钢轨垂向加速度功率谱密度小于100 Hz的峰值频率主要与钢轨固有模态有关,大于100 Hz的峰值频率呈倍频关系,且与轨道系统固有属性相关。联合仿真提高了研究效率,揭示了车辆-轨道系统的垂向振动特性及传递规律,为工程应用提供了参考依据。     

高速列车二系垂向悬挂系统设计解析表达式*

根据1/4车体4自由度垂向振动模型,利用随机振动理论及留数定理,建立轨道高低不平顺激励下的车辆垂向振动响应均方根值解析表达式;通过数值计算对解析表达式的正确性进行了验证,结果表明在一定有效数字范围内解析计算值与数值计算值完全吻合,表明所建立的解析表达式是正确的;通过整车仿真对比对解析计算方法的可靠性进行了验证,可知车体垂向振动加速度均方根值和二系悬挂垂向行程均方根值的解析计算值与整车仿真验证值的最大相对偏差分别仅为12.50%和15.47%,表明所建立的解析计算方法是可靠的。在此基础上,利用黄金分割原理,建立了二系垂向悬挂系统阻尼比优化设计方法,并通过实例对其可行性进行了分析,为高速列车二系垂向悬挂系统参数的初始设计提供了参考。     

机车车辆设备振动试验标准与实测数据的分析*

对IEC61373标准1999版和2010版进行了对比分析,发现新旧两版标准的功能性随机振动试验的严酷等级并未发生变化,提高随机振动量级模拟长寿命试验的严酷等级则存在大幅度的下降,主要在于加速比的计算方法发生了变化。为比较我国铁路线路及车辆的实测数据与IEC61373标准的差异,实测了HXD1C电力机车在路况较差的兰新线和路况较好的京广线株洲-广州段的加速度-时间历程数据,数据处理及分析结果表明我国实测振动数据的振动量级、标准偏差比较大,数据较为离散。采用IEC61373标准与实测功能性随机振动加速度谱密度(Acceleration spectral density, ASD)作为激励,对HXD1C电力机车牵引变流器进行随机振动仿真分析,垂向、横向和纵向实测谱的最大1σ应力分别高出标准谱2.4%、9.0%和22.8%,结果表明典型设备在实测谱激励下的1σ应力总体大于标准谱激励下的1σ应力。