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。     

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。     

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。     

钢弹簧浮置板轨道对车内噪声影响的实测与分析

在列车经过钢弹簧浮置板地段时,车内产生中低频噪声,影响着人们乘车环境舒适性。通过对不同钢弹簧浮置板轨道地段车内噪声的对比测试,分析钢弹簧浮置板轨道对车内噪声的影响,结果表明采用高阻尼钢弹簧浮置板轨道可有效降低车内噪声。     

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。     

钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响研究

为探讨钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响,建立列车-轨道耦合振动频域模型,采用有限元法进行箱梁振动分析,并结合声学边界元法进行箱梁声辐射分析。以某城市轨道交通30 m简支箱梁的现场试验数据为依据,对所建模型进行了验证;在此基础上,对比了分别采用普通板式轨道和钢弹簧浮置板时的箱梁振动和噪声,并探讨了钢弹簧浮置板参数的影响规律;结果表明:仿真分析与测试结果吻合良好,箱梁振动声辐射主要集中在频率50～125 Hz;相比普通板式轨道,钢弹簧浮置板轨道可使得箱梁底板的总振级减小35.1 dB、底板附近的总声级减小24 dB;钢弹簧刚度是影响箱梁噪声的首要因素,其次是浮置板厚度,而浮置板长度和扣件刚度的影响很小;钢弹簧刚度每减小一倍,底板附近的总声级可降低5～6 dB;浮置板厚度每增加0.1 m,降噪量提高1～3 dB。研究结果可为箱梁桥上钢弹簧浮置板的参数选取提供依据。     

浮置板轨道参数激励振动研究

浮置板轨道结构中,浮置板布置的周期性和不连续性导致轨道刚度的周期性变化。车辆行驶在浮置板轨道上时,轨道刚度的周期性变化会引起参数激励振动。为了研究该问题,将钢轨和浮置板视为模态梁,钢轨扣件和隔振器视为线性弹簧-阻尼器;车辆采用相邻车厢距离最近的两台转向架模型,建立了车辆-浮置板轨道耦合动力学模型。应用该模型分析了浮置板轨道参数激励振动的形成机理及影响因素,提出了减小参数激励振动的控制措施。计算结果表明:振动的频率成分主要为车轮通过浮置板的频率及其倍频;轮轨作用力随着车辆速度的提高而增加,随着隔振固有频率的减小而增加;调整浮置板下隔振器的位置和刚度可以降低参数激励振动引起的轮轨作用力。     

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构隔振性能分析

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构已证实是一种有效的减振降噪轨道结构。为分析其隔振性能,通过建立阻尼钢弹簧浮置板轨道结构动力分析模型,对其进行谐响应分析,模拟列车运行时轮轨间实际冲击,研究其在简谐激励下的动力传递特性,并分别考虑浮置板长度、隔振器刚度和阻尼,以及不同载荷作用位置对浮置板隔振性能的影响。计算和分析对于今后轨道结构的进一步改善具有参考的价值。     

钢弹簧浮置板轨道减振效果实验室检验评价方法研究

钢弹簧浮置板轨道减振效果线上测试受线路、地质、车辆以及施工质量等外部因素影响,不同地段及不同厂家间直接对照时存在一定偏差;另外,线上测试存在一定的滞后性,测试开展时钢弹簧浮置板轨道已施工完成,即使发现效果不达标,也较难整改。针对这一现状探究在室内检测评价浮置板减振效果的方法,根据浮置板轨道的减振原理,将浮置板系统简化为单个隔振器与其在系统中承担质量组成的质量-弹簧-阻尼系统,通过测试隔振器刚度和阻尼比,计算传递损失并预估浮置板理论隔振效果。同等条件下的测量能客观反映不同隔振器和设计方案之间的差异,有助于在浮置板隔振器上线前提前了解其性能,降低不合格产品上线的风险。     

TID隔振器浮置板轨道低频减振特性研究

为了实现对地铁低频环境振动的控制,提出了一种基于TID(Tuned inerter damper,调谐惯容阻尼器)的浮置板板下隔振器,并以此形成新型浮置板轨道结构。分别探究了TID隔振器浮置板轨道的低频弹性波传播特性、简谐点荷载作用下振动特性以及列车荷载作用下减振效果;结合多目标遗传算法,开展了TID参数优化分析。结果表明：TID的引入使得传统钢弹簧浮置板新增弯曲波带隙,实现了对板内弹性波的调控;浮置板低频共振所致的振动放大问题得到较大改善。TID隔振器浮置板轨道在4 Hz～16 Hz频率范围内的减振效果得以提升,浮置板振动响应也得到减弱。     

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。     

高架线减振轨道减振降噪效果测试与分析

通过对地铁高架桥上双层非线性减振扣件、减振垫浮置板、橡胶弹簧浮置板、钢弹簧浮置板轨道的现场振动和噪声测试,对高架线不同减振轨道结构的实际减振降噪效果进行分析和评价,分析了桥梁结构振动与辐射噪声之间的关系和不同减振轨道对减小桥梁结构辐射噪声的效果,可为今后的轨道减振设计提供借鉴,研究表明：相对于双层非线性减振扣件整体道床桥面,减振垫浮置板、橡胶弹簧、钢弹簧浮置板在1～80 Hz内VL_zmax的减振效果分别为10.2 dB,10.6 dB,11.8 dB;在1～200 Hz内VL_za的减振效果分别为10.3 dB,12.7 dB,12.6 dB;高架线的噪声源频谱是宽频的,在中心频率80 Hz和630 Hz处噪声出现明显峰值;桥梁结构辐射噪声以12.5～250.0 Hz低频噪声为主,桥梁结构辐射噪声可通过桥梁振动速度级或振动加速度级来计算;高架线采用减振轨道可减小桥梁结构辐射噪声,相对于双层非线性减振扣件整体道床桥面,减振垫浮置板、橡胶弹簧、钢弹簧浮置板在12.5～250.0 Hz内桥梁结构辐射噪声L_{Aeq, Tp}的降噪效果...     

基于SD振子理论的浮置板几何非线性隔振器研究

基于SD(smooth and discontinuous)振子几何非线性理论,根据城市轨道交通实际载荷条件和隔振需求,对钢弹簧浮置板隔振器的非线性刚度曲线及其浮置板轨道系统的动态性能进行优化设计,研发了一种浮置板用几何非线性隔振器,其同时具有良好的低频隔振性能和振动位移控制能力。对非线性隔振器进行了理论分析、结构参数设计、仿真分析及试验验证,研究表明:非线性隔振器对浮置板的振动位移具有较好的控制能力和低频隔振效果,单隔振器试验表明,相对传统的钢弹簧隔振器,非线性隔振器后浮置板的振动位移可以降低40%以上;隔振器支反力在4 Hz, 6 Hz, 8 Hz, 11 Hz, 15 Hz和20 Hz分别有3.25%,15.47%,18.77%,25.18%,31.27%和37.60%的振动衰减量。     

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。     

高架钢弹簧浮置板轨道减振特性研究及参数优化

为探讨钢弹簧刚度和浮置板密度对高架钢弹簧浮置板轨道减振特性的影响规律,构建车辆-浮置板轨道-桥梁耦合模型,从时频域的角度对其进行分析,为钢弹簧浮置板轨道的设计参数的合理选择与组合优化提供理论依据。研究结果表明:在2 Hz~20 Hz范围内浮置板的振动水平随钢弹簧刚度的减小而增大。在16 Hz~125 Hz频率范围内,轨道中心线、翼缘、腹板、梁底的振动水平随着钢弹簧刚度的减小而减小,最大减幅达到13 dB。钢弹簧刚度的变化对传递函数的影响比较明显,弹簧刚度越小,浮置板到桥梁结构的竖向传递函数值越小。综合考虑,在设计浮置板轨道结构时建议将钢弹簧的刚度控制在6×106N/m~8×106N/m。浮置板密度的增大会在一定程度上减小系统的振动水平,实际设计中要合理设置浮置板密度,建议控制在2 800 kg/m3~3 200 kg/m3。     

钢弹簧损伤对地铁列车-浮置板轨道振动性能的影响

为研究钢弹簧损伤对地铁浮置板轨道及列车振动的影响,基于结构动力学理论建立了钢弹簧损伤情况下地铁列车-浮置板轨道-衬砌-地基的二维整体分析模型。采用模态分析法和Newmark-β法求解车轨系统的动力响应,研究钢弹簧损伤数量、损伤程度、损伤位置及列车速度对车轨振动性能的影响。研究结果表明:钢弹簧损伤会加剧车轨系统的振动响应,且振动幅值随着钢弹簧损伤数量和损伤程度的增加而显著增大;钢弹簧损伤的分布位置对车轨振动影响显著,在相同钢弹簧损伤数量下,损伤位于同一块浮置板板端对车轨振动幅值的影响最大;在钢弹簧损伤情况下,车轨系统的各项竖向加速度随列车速度的增加而显著增大,竖向轮轨接触力及轨道竖向位移幅值则基本不受影响。钢弹簧损伤对乘客舒适度、钢轨使用寿命、周边环境振动都有不利影响,可利用车体竖向加速度、衬砌竖向加速度等敏感指标进行排查和更换,以免造成更严重的后果。     

支撑形式对钢弹簧浮置板轨道减振性能的影响

为了改善钢弹簧浮置板轨道的减振性能,以现有液压弹簧阻尼器的布置形式为基础,设计了一种全新的液压弹簧阻尼器布置形式。利用ABAQUS数值模拟软件建立显式计算有限元模型,施加现场实测的定点轮轨力。通过MATLAB编程软件;分析两种布置形式下,轨道板和基底的振动加速度时程、三分之一倍频程以及Z振级。结果表明在列车轮轨力作用下,现有钢弹簧浮置板轨道的轨道板振动幅值大于新型钢弹簧浮置板轨道;同时,基底振动加速度三分之一倍频程和Z振级分析都证实了在低频区,新型钢弹簧浮置板轨道具有更好的减振效果。     

考虑剪力铰与钢弹簧变刚度下浮置板轨道减振特性研究

针对浮置板轨道中浮置板端部位移偏大的问题,研究剪力铰设置与钢弹簧变刚度两种方式对浮置轨道位移的改善效果。将剪力铰简化为剪切弹簧阻尼单元,根据浮置板挠度分布及钢弹簧间距调整浮置板下钢弹簧刚度,基于振型叠加法和龙格-库塔法数值计算研究不同剪力铰刚度与钢弹簧刚度下浮置板轨道的减振特性。研究表明,设置剪力铰可以有效减少浮置板端部的位移差,但主要对端部3 m左右范围内的浮置板位移改善较为有效,剪力铰刚度并非越大越好,刚度取值应使浮置板和钢轨的位移波动幅度尽可能小。在钢弹簧总刚度不变的前提下,根据浮置板挠度分布调节钢弹簧刚度对浮置板位移和端部位移差的改善效果不大,但可以有效减少钢轨位移及其波动幅度,且长型浮置板轨道下的减振效果更好。适当扩大钢弹簧间距从而增大弹簧刚度可以改善浮置板轨道的位移响应,但间距过大时浮置板位移会出现剧烈波动。研究可为浮置板轨道的减振设计提供一定参考。     

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。     

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。