钢轨波浪磨耗产生和发展机理及其控制

通过研究轨道系统不连续支承钢轨柔度的变化及轮轨系统动柔度关系,提出了＂轮轨柔度差变＂机理,该机理能有效地描述钢轨波浪磨耗产生和发展的原因,通过轨道动柔度理论计算和实验验证及运营条件下实际钢轨波浪磨耗现象的比较,得出一致的结论,从而充分证明了轮轨柔度差变和钢轨不连续支承及轨道支承刚度变化是钢轨波浪磨耗形成的主要原因之一,根据本文提出的钢轨波浪磨耗产生和发展机理,降低轮轨柔度差变及控制钢轨振动能够有效抑制钢轨波浪磨耗的形成与发展。通过在线对采用低刚度谐振动力阻尼隔振扣件的线路与原有普通线路上采用刚度较高扣件的轨道线路上钢轨粗糙度在不同时间间隔进行的测试比较,结果表明,在普通线路上采用刚度较高扣件的轨道线路上钢轨的粗糙度较高,而在安装低刚度谐振动力阻尼隔振扣件的线路上钢轨粗糙度反而有所下降,同时其钢轨本身在垂直方向及横向振动水平也有所下降。     

钢轨吸振器对高架结构垂向振动的影响

建立带有钢轨吸振器的高速铁路高架结构板式轨道与桥梁垂向耦合振动模型,分析钢轨吸振器对轨道和桥梁结构垂向振动的影响。模型已考虑了钢轨吸振器、板式轨道结构及桥梁间的耦合作用。钢轨吸振器被视为两自由度的质量-弹簧系统,钢轨、轨道板和桥梁被视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联接。利用动柔度函数,得到吸振器-板式轨道-桥梁系统垂向振动响应的解析表达式,并以轮轨表面粗糙度谱作为激励求解模型的振动响应。研究结果表明：钢轨吸振器在180 Hz～300 Hz及700 Hz～1 000 Hz频段内对整个高架轨道系统的位移幅值及相位、振动衰减产生较明显的影响;同时,在轮轨表面粗糙度谱的激励下,带有钢轨吸振器的轮轨系统的轮轨力在pinned-pinned频率处明显减小,在前两阶自振主频附近钢轨吸振器对整个高架轨道系统结构振动的影响较明显。     

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。     

基于动柔度法的轨道高架桥橡胶垫减振性能研究

为探讨下橡胶垫对桥梁减振效果,基于动柔度法建立车辆-轨道-桥梁耦合的垂向动力学模型,车辆考虑1/8轮对系统,只考虑一系弹簧阻尼计算车轮动柔度,钢轨看作无限长Timoshenko梁,桥梁简化为简支的Euler梁,扣件系统、橡胶垫用线性弹簧阻尼单元模拟,联合车轮动柔度、钢轨动柔度和线性接触动柔度计算频域轮轨力并施加到钢轨上,计算钢轨、道床板、桥梁的动力响应。采用振动加速度级、加速度级插入损失和Z振级插入损失评价橡胶垫的减振效果,结果表明,采用橡胶垫后钢轨振动响应略有增大,Z振级插入损失为–0.81 d B,道床板振动响应大幅增加,Z振级插入损失为–10.3 d B,桥梁的振动响应减小明显,Z振级插入损失为:15.6 d B,计算结果表明橡胶垫能有效的降低桥梁结构振动,相关的研究为桥梁的减振降噪提供了一定参考。     

调频式钢轨阻尼器对剪切型减振器轨道动力特性的影响

为了探讨采用调频式钢轨阻尼器(TRD)整治剪切型减振器轨道结构区间异常钢轨波磨的可行性,在长25 m的轨道试验平台上采用锤击试验测试了安装TRD前后剪切型减振器轨道的结构动力特性。结果表明:安装TRD可以优化150~400 Hz频段内剪切型减振器轨道结构的频响特性与钢轨的竖向振动衰减率。一方面,TRD降低了此频段内的钢轨频响函数峰值,而该频段内的轮轨共振被认为是导致剪切型减振器轨道钢轨波磨产生的主要原因。另一方面,TRD使钢轨竖向振动衰减率提高了4倍~8倍,抑制了竖向振动沿钢轨纵向的传播;不仅如此,安装TRD后,钢轨的水平向振动衰减率大于原剪切型减振器轨道,即提高了轨道系统沿钢轨纵向对钢轨水平向振动的衰减能力,增强了对钢轨横向振动的约束,在一定程度上增加了轨道的横向稳定性。     

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。     

钢轨波磨对高速车辆振动特性的影响

为了准确研究高频激励下的车辆振动响应,综合考虑了车辆主要部件和轨道弹性振动的影响。对于车辆模型,采用刚柔耦合动力学理论来模拟车体、构架、轴箱和轮对;轨道模型包括基于Timoshenko梁模型的弹性钢轨和基于有限元理论和模态叠加法的轨道板。通过采用单一正弦函数来描述轨道波磨不平顺,分析了钢轨波磨激励对车辆系统动态响应的影响,同时调查了车速、钢轨波磨波长和波深对车辆系统振动响应的影响规律。结果表明:在钢轨波磨作用下,轮轨相互作用力和车辆系统响应均出现了周期性波动;轮轨力随着速度的增加先缓慢增加,再急剧增加,最后又保持缓慢增长趋势;钢轨波磨在一定速度下能导致构架端部和轴箱端盖发生比较严重的弹性振动;轮轨力随着钢轨波磨波深的增加而变大,随着其波长的增加而减小。     

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。     

车辆蛇形运动状态下重载铁路轮轨系统振动特性

该文针对重载铁路货车车辆,从大系统角度,研究了蛇形失稳时的轮轨动态相互作用特征,仿真计算了当货车车辆以高于其非线性临界速度运行时的轮轨系统振动姿态。理论分析结果表明,轮对蛇形运动时,轮轨接触点在车轮踏面与轮缘根部交替变化,导致轮轴横向力变化非常剧烈,最大值接近正常值的10 倍。在轮轨横向力的作用下,轮对以11.25Hz 频率在轨道中心线左右横向运动,幅度达到了15mm,且摇头角位移较大,轮对蛇形运动波长为3.4m;钢轨横向振动也非常明显,将进一步加剧轮对横向运动。另外,轮轨横向相互作用力及钢轨横向振动位移的主频与轮对蛇形频率一致。     

采用上部锁紧式双层非线性减振扣件钢轨频率响应试验分析

轨道结构的频率响应指系统容易被激发产生显著振动响应的频率特性,根据频率响应函数可以辨识出轨道系统容易被激发的振动频率范围。采用锤击方法比较采用上部锁紧式双层非线性减振扣件(GJ-32扣件)以及Ⅲ型减振器两种轨道结构型式的钢轨的垂向和横向频率响应特性,同时也对比分析这两种轨道型式钢轨的振动频率响应情况,并结合两种轨道型式钢轨波磨现象,分析钢轨的频率响应特性与波磨特装频率的相关性。结果表明:上部锁紧式双层非线性减振扣件相对于Ⅲ型减振器在200 Hz～400 Hz之间对于钢轨的垂向及横向振动有较好抑制作用;采用这两种减振装置的钢轨的垂向"Pinned-Pinned"共振不是导致钢轨波磨的主要原因;采用Ⅲ型减振器的钢轨垂向频率共振点与现场实测的典型波磨频率高度吻合;在容易产生钢轨波磨的主要频率段,GJ-32扣件具有较好的衰减性和阻尼特性。     

基于动柔度修改的轴向振动控制系统鲁棒性分析

提出了采用动柔度秩2修改实现轴向振动结构被动控制的方法。该方法通过修改结构特性参数,如刚度和阻尼,使系统响应达到控制要求的目标;在此基础上进一步分析了系统响应对修改参数的灵敏度,讨论了振动控制系统的鲁棒性。仿真算例表明,本文提出的基于动柔度修改的控制方法能够达到较为满意的控制效果,并有较好的鲁棒性。     

铁路车辆车轮高频振动2D轴对称模型计算分析

文中采用2D轴对称模型对车轮进行模态分析,以此为基础用模态迭加法计算车轮的动态响应。计算车轮动柔度代表车轮振动响应。在计算车轮动态响应时,不仅考虑了车轮的弹性模态,也考虑了车轮的刚体模态。论文深入分析了振动响应计算采用轮对和车轮模态的不同特点,在此基础上提出了改进方法。计算结果表明:包含车轴的模态和车轮的刚体模态对2000 Hz以下频段振动响应有影响。利用单个车轮和轮对的混合模态得到车轮振动响应与轮对计算结果在50-5000 Hz频率范围良好一致。     

Generalized receptance‐based method for accurate and efficient modal synthesis

Modal synthesis plays an important role in efficient dynamic analyses of large structural assemblies. However, the numerical accuracy and the computational efficiency which existing modal synthesis methods have achieved to date are not quite satisfactory. This paper presents a new generalized receptance‐based modal synthesis method which is numerically very accurate and computationally very efficient. The method employs receptance data computed at just few frequency values to formulate a derived equivalent eigensys tem from which required eigenvalues and eigenvectors of interest can be solved. It provides mathematical generalization for existing mode‐based modal synthesis methods since modal data are essentially those receptance data at resonant frequencies. A normalization procedure is also presented which can be used to mass normalize computed mode shapes which are often required in practice. Compensation for the contribution of higher uncomputed modes to receptance data at lower frequency of interest is made to improve analysis accuracy by using lower calculated modes and known system matrices. Numerical results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed method. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑动柔度的高速机械系统单频单重最优平衡方法

本文提出了一种考虑机械结构动柔度的二维单重单频最优平衡模型,可使整机平衡目标与动态性能评价指标趋于一致.采用本方法对GK5-3型双针筒式绷缝机整机系统进行最优平衡,取得了显著的减振效果.     

板壳结构振动功率流的子结构线导纳法研究

采用子结构点导纳方法分析铺壳耦合结构振动特性时,需要将衔接线划分为一系列的点进行求解,较为烦琐.针对这一问题,该文提出了改进的子结构线导纳方法.首先建立了铺板和圆柱壳的耦合振动模型;然后采用模态展开法分别求解铺板和圆柱壳的机械线导纳,得到振动传递方程中的线导纳矩阵;最后求解耦合振动方程分析铺板与圆柱壳的振动功率流特性.将结果分别与ANSYS 和AutoSEA 的计算结果进行对比分析表明:该文提出的改进方法能够在宽频带内有效地计算板壳耦合结构的振动功率流特性,且求解过程简单,适于线衔接复杂结构的振动特性分析.     

Rail safety

Rail safety is multifaceted. To understand it, it is first necessary to understand the nature of rail operations. These are summarised, and the nature of the safety management problem is explained by looking in turn at a number of different characteristics.     

轨道交通轮轨噪声机理分析

近年来，随着我国铁路列车提速、快速客运专线的建设、高速铁路以及城市轨道交通的发展，轮轨噪声在国内开始受到关注。根据车辆一轨道耦合动力学理论及声辐射与传播理论，分析了列车运行过程中产生轮轨噪声的机理。在此基础上，分析了轮轨噪声辐射的基本规律。     

钢轨阻尼器控制钢轨波磨噪声的应用

随着近年来城市轨道交通的快速发展,钢轨波磨问题以及因其产生的振动噪声问题越来越受到人们的关注,它直接影响乘客的舒适度。青岛科而泰环境控制技术有限公司研发的一种钢轨阻尼器能够显著增加钢轨阻尼,有效控制钢轨波磨振动与辐射噪声。应用该技术对北京地铁某线路的钢轨波磨振动噪声进行治理,取得良好的减振降噪效果,钢轨垂向振动降低12.0 d B,钢轨横向振动降低6.0 d B,隧道内噪声降低7.7 d BA,车厢噪声降低7.6 d BA。     

轨道交通轮轨滚动噪声的预测

随着我国大规模的铁路提速改造工程的实施，以及大力发展高速客运专线，铁路列车的运行噪声给沿线的居住环境带来了严重影响。基于轮轨竖向及横向振动相互作用关系，根据结构声辐射理论，考虑大地反射的影响，推导了铁路轮轨滚动噪声声压级谱的理论表达式。为验证本模型的正确性，在轮轨高频振动响应和轮轨噪声计算两方面和有关文献实测结果进行了对比验证，此外还对我国既有线轮轨噪声进行了理论预测和现场实测，数值计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

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。