现代有轨电车线路扣件系统模态与钢轨波磨关系研究

为了预防有轨电车扣件系统中弹条断裂病害的发生,对现代有轨电车钢轨-扣件系统进行有限元模型建立,并在考虑弹条正常安装状态预应力的基础上,对不同轨下垫板刚度的扣件系统进行模态分析,利用统计方法研究了列车速度、波磨波长、弹条模态及轨下垫板刚度之间的相关关系,结果表明:弹条小圆弧处断裂与其中高阶模态有关,大圆弧处断裂与其中低阶模态有关,现代有轨电车系统的列车通过频率主要分布于500 Hz以下频段;随着轨下垫板刚度增加,弹条模态固有频率提高,受轨下垫板刚度影响较大的弹条模态固有频率的频段为196.64 Hz~258.31 Hz、630.16 Hz~673.51 Hz;在列车车速(30 km/h~70 km/h)和钢轨波磨波长(25 mm~80 mm)等概率分布的条件下,3种典型弹条断裂形式出现的概率分别为3.5%、36.3%、25.9%,改变车速及波长范围即可进行指定线路的弹条断裂形式概率分析,从而有针对地进行养护维修、伤损检测计划的安排。     

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。     

北京地铁采用调频式钢轨减振器抑制钢轨振动的试验研究

北京地铁剪切型减振器扣件区段大量出现钢轨波磨现象,经调查和测试分析发现:剪切型减振器扣件轨道系统在200~400Hz频段内的轮轨共振效应是引发钢轨波磨的主要原因,而剪切型减振器扣件轨道系统在此频段内阻尼过小,无法有效抑制钢轨振动。在轨腰处安装一种调频式钢轨减振器来抑制钢轨振动,进而抑制波磨发展,并在北京地铁亦庄线进行了现场试验,主要测试指标为调频式钢轨减振器安装前后钢轨振动衰减率和钢轨振动加速度。试验结果表明:安装调频式钢轨减振器,大大提高了剪切型减振器扣件轨道系统在200~400 Hz频段内的钢轨振动衰减率,有效地抑制了此频段内钢轨的振动。     

轮轨耦合系统横向动态响应特性对钢轨波浪磨耗的影响

研究国内某地铁采用科隆蛋扣件小半径曲线段出现严重波磨的原因。在现场调查测试阶段,利用Bi-CAT波磨测试仪获取该区段波磨的基本特征,通过锤击试验法对轨道进行频率响应特性测试;在实验室试验与计算机仿真阶段,通过ANSYS软件建立列车轮对与轨道的耦合三维实体有限元模型,并结合列车轮对模态测试结果,分析轮对的横向模态特征与轮轨系统横向频响特征以及钢轨波磨特征频率之间的关系。通过现场调查测试与计算机仿真得出如下结论:轮轨耦合条件下200 Hz至400 Hz轮对横向模态特征导致的钢轨横向振动是该区段63 mm和40 mm波长波磨形成的原因之一。     

地铁线路中等减振扣件振动测试与减振效果研究

相比其他地铁线路轨道减振形式，中等减振扣件具有造价低、易于维护、方便调节轨距等优点，在地铁建设中逐渐被广泛采用。为研究中等减振扣件在行车环境中的减振性能，对某地铁安装中等减振扣件的直线断面的钢轨振动加速度、道床振动加速度、隧道壁振动加速度以及钢轨动态位移进行现场测量。测量时主要依据GB/T13441 系列标准，采用铅垂向Z振级VLZ作为评价指标，对振动加速度数据进行1/3 倍频程分析。通过与安装普通扣件直线断面的相应测量结果进行对比可知，（1）中等减振扣件可有效减小隧道壁的振动达8 dB以上。（2）通过对钢轨、道床以及隧道壁的振动测试，可知中等减振扣件具有较好的减振效果。（3）根据钢轨动态变形测试结果可知，虽然安装中等减振扣件的钢轨竖向位移、轨头横向位移、轨距变化量比安装普通扣件的有所增加，但是其增加值均在允许范围内，可以满足列车安全运营的要求。（4）研究结果对于中等减振扣件的设计以及地铁线路轨道结构设计与规划具有参考与借鉴意义。     

地铁线路中等减振扣件振动测试与减振效果研究

相比其他地铁线路轨道减振形式，中等减振扣件具有造价低、易于维护、方便调节轨距等优点，在地铁建设中逐渐被广泛采用。为研究中等减振扣件在行车环境中的减振性能，对某地铁安装中等减振扣件的直线断面的钢轨振动加速度、道床振动加速度、隧道壁振动加速度以及钢轨动态位移进行现场测量。测量时主要依据GB/T13441 系列标准，采用铅垂向Z振级VLZ作为评价指标，对振动加速度数据进行1/3 倍频程分析。通过与安装普通扣件直线断面的相应测量结果进行对比可知，（1）中等减振扣件可有效减小隧道壁的振动达8 dB以上。（2）通过对钢轨、道床以及隧道壁的振动测试，可知中等减振扣件具有较好的减振效果。（3）根据钢轨动态变形测试结果可知，虽然安装中等减振扣件的钢轨竖向位移、轨头横向位移、轨距变化量比安装普通扣件的有所增加，但是其增加值均在允许范围内，可以满足列车安全运营的要求。（4）研究结果对于中等减振扣件的设计以及地铁线路轨道结构设计与规划具有参考与借鉴意义。     

地铁小半径曲线段新型护轨的钢轨振动及磨耗研究

为了进一步系统地研究新型护轨在小半径曲线段的减振、防磨效果,考虑新型护轨结构特点及其与车轮、钢轨之间相互作用,建立曲线段轮轨接触模型,并分析其受力特性。以某地铁小半径曲线安装护轨段为研究基础,对安装新型护轨和没有安装护轨的近似线路进行不同速度的在线测试、锤击试验及波磨测试,通过对比试验得到:安装有护轨的线路,钢轨的垂向振动加速度级降低了2.2 d B、横向振动减小了3.1 d B。当列车速度从40 km/h提高到55 km/h,有/无护轨的钢轨振动加速度级都逐渐增大,但有护轨的横向振动可降低3.4 d B;有护轨线路的在波长约50mm的波磨明显减低。新型护轨减振效果通过轨道不连续支撑特征频率理论得到进一步验证。理论分析和测试结果表明,安装新型防脱护轨在抑制钢轨振动和减缓钢轨波磨增长等方面起到很好的效果。     

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。     

高速铁路扣件弹条伤损研究及结构优化分析

为了研究高速铁路扣件弹条伤损的原因,本文以高速铁路ω型扣件SKL弹条为研究对象,进行了SKL弹条的传递函数特性、钢轨波磨激励频率及不同螺栓扭矩下弹条模态频率分析研究,试验及仿真分析发现：高速铁路轮轨作用下的激励频段和SKL弹条安装条件下的频率响应峰值吻合,认为弹条在此频段可能发生共振并导致伤损。在扣件弹条伤损机理研究结果的基础上,本文同时对SKL弹条进行结构参数优化,并对优化前后的SKL新旧弹条进行落锤冲击试验,试验结果表明：SKL弹条峰值频率由原来的542 Hz、619 Hz分别跳跃到654 Hz、879 Hz。同时,优化后弹条的总振动级由125.7dB降到107.9dB,振动级下降17.8dB。     

重载机车车轮擦伤下的轮轨动态响应

车轮踏面擦伤会造成剧烈的轮轨冲击作用,加剧车辆和轨道结构部件的疲劳破坏。为揭示实际车轮擦伤状态下的重载机车-轨道耦合振动响应特征,基于车轮擦伤的现场实测数据,拟合出了车轮擦伤模型。采用重载机车-轨道耦合动力学模型,详细考虑了钢轨垫层与扣件弹条相互作用,分别从时域和频域角度仿真计算了机车车轮擦伤引起的轮轨动态响应。研究结果表明:实际车轮擦伤呈不对称的几何形状;车轮擦伤激起的冲击力对轨道部件影响较大;车轮擦伤可能引发钢轨与扣件系统的短暂分离。研究结果可为踏面损伤识别、轨道部件检修提供理论参考。     

扣件胶垫刚度的幅频变对轮轨耦合系统随机频响特征的影响

以热塑性聚氨酯弹性体（TPEE）的扣件胶垫为研究对象,首先利用万能试验机测得其荷载-位移非线性曲线。然后,借助非线性静力分析的有限元模型,计算车辆静载与弹条扣压共同作用下该类扣件胶垫的位移幅值及其对应的静刚度。最后,运用车辆-轨道垂向耦合随机振动分析模型,探讨聚氨酯胶垫的常量刚度、频变刚度与幅频变刚度对车辆-轨道耦合系统随机振动频响特征的影响规律。研究结果表明：聚氨酯胶垫的静刚度具有显著的非线性特征,而且在20 kN扣压力与80 kN静轮载共同作用下聚氨酯胶垫的静刚度在19.1 kN/mm~37.9 kN/mm范围内变化,其均值与规范中假设的线性常量静刚度26.7 kN/mm相近;另外,与聚氨酯胶垫的幅频变刚度相比,它的常量刚度会严重低估轮轨系统65 Hz~150 Hz的频域响应。因此,如果车辆-轨道系统中有刚度非线性较强的高分子材料,就必须综合考虑这些材料刚度的幅变与频变特征,否则将难以准确预测轮轨系统及其周边环境振动的频域响应。     

基于脉冲激励下钢轨振动响应的扣件失效识别方法

针对高速铁路无砟轨道扣件失效的检测问题,提出了脉冲激励下钢轨振动响应的扣件失效识别算法.利用实验室1:1实尺模型,通过人工移除扣件弹条的方式模拟扣件失效,分别测试得到脉冲激励下钢轨在扣件良好及失效状态下的时域振动响应,利用快速傅里叶变换及倍频程分析得到钢轨的振动加速度级.将扣件良好及失效状态下钢轨振动加速度振级差值和特...     

地铁扣件III型弹条失效有限元分析

为了分析地铁扣件III型弹条的断裂原因,建立了详细的扣件系统有限元模型,研究了Ⅲ型弹条不同安装状态和弹程对其扣压力和应力的影响。结果表明,弹条中肢插入铁垫板孔长度在69 mm~76 mm时,对弹条的扣压力影响很小,但对弹条最大等效应力影响比较大;同时,随着弹条中肢插入铁垫板插孔长度的增加,弹条后端与铁垫板的接触状态由线接触转化为多点接触,使得弹条后端圆弧与铁垫板端部发生挤压,产生局部应力集中。随着列车的反复通过,弹条在应力集中处容易萌生裂纹,最终裂纹扩展导致弹条发生疲劳断裂。数值分析结果与现场多数弹条断裂破坏位置相吻合。在线路运营维护中,应将弹条后端圆弧与铁垫板端部的距离严格控制在8 mm~10 mm内。     

基于DT-Ⅲ型扣件安装的e型弹条静力学分析

扣件系统的安装状态直接影响弹条疲劳寿命的预测结果。目前,e型弹条失效及疲劳性能的现有研究大多基于简化加载方式(先将弹条插入插孔,后抬升趾端位移)模拟扣件安装过程,忽略了扳手对弹条中肢的约束,弹条跟端和后拱的逐步抬升及弹条跟端与铁垫板承台之间摩擦的影响。以DT-Ⅲ型扣件系统为例,提出了基于扣件现场安装,拉拔e型弹条中肢的加载方式,建立精细化分析模型,与简化加载工况对比分析,并通过现场安装及简化安装测试验证。结果表明：现场安装应变测试的实测表面最大主应变值与简化加载试验结果相近,但方向角与后者相差约5°。现场安装加载工况的弹条最大主应变全局最大值位置,随弹条插入深度增加而发生显著变化;当弹条处于过安装状态时,应变全局最大值阶跃式增长,位置跳变至弹条中肢与铁垫板插孔挤压处。为准确评估与预测e型弹条疲劳寿命,仅可采用现场安装加载工况进行疲劳分析;若对弹条进行强度大小分析,为节约计算时间,也可采用简化加载工况近似模拟。     

铁路钢轨扣件系统垂向动力模型及振动特性

该文针对铁路钢轨扣件系统,分别考虑了扣压件及垫层的弹性特性,并考虑了扣件系统中扣压件的预压力,建立了详细的垂向动力分析模型,并推导了钢轨受力方程,然后基于车辆-轨道耦合动力学理论,分析了扣件系统垂向振动特性,结果表明：扣压件及垫层的弹性变形均受预扣压力及轮轨动态相互作用力的影响,扣压件及垫层作用在钢轨上的力均含有预扣压力及轮轨力的成分。因此,在铁路轨道扣件系统的动力分析与设计研究中,有必要分开考虑扣压件及垫层的弹性特性。     

高速铁路高架桥周围场地振动反应谱分析EI北大核心CSCD

基于达朗贝尔原理、无限周期结构理论以及具有完全匹配层的薄层法-容积法建立了高速列车-周期性桥梁结构-群桩基础-地基土动力相互作用耦合模型,提出了一种半解析-半数值方法以预测和评价高架轨道交通引起的周围场地振动,并对该方法进行了程序实现及有效性验证。进一步提出了场地振动反应谱的概念,并通过算例分析了不同行车速度、场地卓越周期以及地表不同接收点的场地振动反应谱特性,进而得到高速铁路周围环境振动基于规范容许值的阈值范围。研究结果表明,场地地面不同接收点的垂向位移最大值和振级响应均随场地卓越周期的增大而呈增大的趋势,但振级响应在局部位置处出现了放大现象;以地面位移最大值为指标的场地振动反应谱能反映振动的变化速率,而以总体振级VLz为指标的场地振动反应谱则能反映场地卓越周期、与桥墩中心线距离以及行车速度对场地振动响应的局部特性,因此在场地反应谱中对评价指标的选取应综合考虑。本文所提出的场地反应谱和振动阈值图不仅可以为拟建构筑物提供满足不同振动限值所需的距离参考,而且可以为既有构筑物受到的高架轨道交通环境振动影响进行评价。     

QY-2型减振扣件对列车运行平稳性影响的测试与分析

高弹性减振扣件的安装,增加了轨道的弹性,有效降低了振动噪声的传递,同时必然会影响到列车的运行。为了考察QY-2型减振扣件对运营列车平稳性的影响,分别对南京地铁机场线的B型列车经过QY-2型减振扣件和ZX-2型普通扣件轨道结构时的车体振动加速度进行现场测试,分析轨道扣件对列车平稳性的影响,结果表明采用QY-2型减振扣件可有效保证列车的平稳运行,列车在垂向和横向的平稳性指标都达到优。     

谐振式浮轨扣件减振性能测试研究

为测试谐振式浮轨扣件振动特性和钢轨表面波磨,对南京地铁谐振式浮轨扣件进行锤击和波磨测试,同时对比测试Ⅰ型扣件、DTVⅠ2扣件和DTVⅡ2扣件3种典型常用扣件。测试结果表明,谐振式浮轨扣件固有频率、刚度和钢轨表面粗糙度最低,振动传播衰减率最好,谐振式浮轨扣件同时具有较好的减振和抑制钢轨波磨能力。     

秦沈客运专线路堑段基床结构动态测试分析

通过对我国第一条铁路客运专线———秦沈客运专线路堑段基床表层的动态测试,得到了厚度分别为40cm与60cm的基床表层在不同车速下的动应力与加速度值,分析了它们在基床表层横向与深度方向的分布规律及其与速度的关系。